ЗНЕВОДНЕННЯ ОСАДІВ СТІЧНИХ ВОД З ВИКОРИСТАННЯМ БІОФЛОКУЛЯЦІЇ
Анотація
Зневоднення осадів стічних вод є важливим етапом очищення, що значно впливає на екологічність і економічність роботи очисних споруд. У статті досліджується проблема зневоднення осадів стічних вод із застосуванням біофлокуляції — біотехнології, що базується на природному процесі агрегації частинок за участі мікроорганізмів або їх метаболітів. Біологічне очищення стічних вод залишається провідним напрямом у світі та Україні, проте існуючі методи зневоднення осадів мають обмеження через високі витрати та недостатню ефективність. Біофлокуляція дозволяє знизити вологість осаду, підвищити концентрацію сухих речовин і зменшити об’єм відходів, що сприяє економії ресурсів та зменшенню хімічного навантаження. У роботі проаналізовано вплив різних мікробних біофлокулянтів, зокрема екзополісахаридів бактерій Bacillus, Pseudomonas, Klebsiella, на процеси осадження та зневоднення. Розглянуто параметри, що впливають на ефективність, зокрема дозування, час контакту, pH і аерацію. Поєднання біофлокуляції з традиційними методами, такими як центрифугування і механічне ущільнення, підвищує ефективність очищення, знижуючи споживання енергії і реагентів. Особливу увагу приділено можливостям впровадження біофлокуляції на очисних спорудах України, де внутрішнє виробництво біофлокулянтів мікроорганізмами може замінити синтетичні полімери. Проаналізовано ключові чинники — склад мікрофлори, фізико-хімічні властивості осаду, умови культивування — що впливають на стабільність процесу. Визначено переваги біофлокуляції: екологічність, зниження токсичності продуктів, покращене зневоднення і зниження витрат. Водночас відзначено виклики, пов’язані з адаптацією мікроорганізмів, варіабельністю стічних вод і потребою подальших досліджень для впровадження технології. Отже, біофлокуляція є перспективним напрямом для підвищення ефективності очищення стічних вод і зневоднення осадів, що відповідає сучасним екологічним вимогам і сприяє сталому управлінню відходами.
Посилання
2. Tavartkiladze, I. M., Tarasiuk, T. P., & Dotsenko, M. I. (1988). Ochisni sporudy vodovidvedennia: Dovidnyk [Sewerage treatment facilities: Reference book]. Kyiv: Budivelnyk. [in Ukrainian].
3. Kulskii, L. A. (1976). Khimiia i mikrobiolohiia vody [Chemistry and microbiology of water]. [in Russian].
4. Toralova, Y., Ribarova, I., Dimkov, R., & Arsov, R. (1995) Upgrading of a small wastewater treatment plant: design & operation. Water Sci. Tech. vol. 32, № 7, 111–117.
5. Water Treatment Handbook (2 Volumes set, 7th Ed.) (2007). Degrémont.
6. Mosiichuk, Ya. B. (2020). Udoskonalennia tekhnolohii ochyshchennia i vykorystannia stichnykh vod u silskii mistsevosti [Improvement of wastewater treatment and utilization technologies in rural areas] [Doctoral dissertation, Institute of Water Problems and Land Reclamation of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine]. [in Ukrainian].
7. Ahmad, J., Mohd Said, N. S., Ramli, N. N., Buhari, J., Abdullah, S. R. S., Othman, A. R., Wan Jusoh, H. H., Juahir, H., & Kurniawan, S. B. (2024). A review on the roles of extracellular polymeric substances (EPSs) in wastewater treatment: Source, mechanism study, bioproducts, limitations, and future challenges. Water, 16(19), 2812. https://doi.org/10.3390/w16192812
8. Kurniawan, S. B., Abdullah, S. R. S., Imron, M. F., Said, N. S. M., Ismail, N., Hasan, H. A., Othman, A. R., & Purwanti, I. F. (2020). Challenges and Opportunities of Biocoagulant/Bioflocculant Application for Drinking Water and Wastewater Treatment and Its Potential for Sludge Recovery. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(24), 9312. https://doi.org/10.3390/ijerph17249312
9. Mnif, W., & Ben Rebah, F. (2023). Bioflocculants as alternative to synthetic polymers to enhance wastewater sludge dewaterability: A review. Energies, 16(8), 3392. https://doi.org/10.3390/en16083392
10. Yu, L., Tang, Q.-w., Zhang, Y.-j., Chen, R.-p., Liu, X., Qiao, W.-c., Li, W.-w., Ruan, H.-h., & Song, X. (2016). A novel Fe(III) dependent bioflocculant from Klebsiella oxytoca GS-4-08: culture conditions optimization and flocculation mechanism. Scientific Reports, 6(1). https://doi.org/10.1038/srep34980
11. Selepe, T. N., Maliehe, T. S., Moganedi, K., Masoko, P., & Mulaudzi, V. (2022). Isolation and Optimisation of Culture Conditions for a Marine Bioflocculant-Producing Bacterium and Application of Its Bioflocculant in Wastewater Treatment. International journal of environmental research and public health, 19(16), 10237. https://doi.org/10.3390/ijerph191610237
12. Yang, Q., Luo, K., Liao, D.-X., Li, X.-M., Wang, D.-B., Liu, X., & Xu, L. (2012). A novel bioflocculant produced by Klebsiella sp. and its application to sludge dewatering. Water and Environment Journal, 26(3), 560–566. https://doi.org/10.1111/j.1747-6593.2012.00319.x
13. Peng, L., Yang, C., Zeng, G., Wang, L., Dai, C., Long, Z., Liu, H., & Zhong, Y. (2014). Characterization and application of bioflocculant prepared by Rhodococcus erythropolis using sludge and livestock wastewater as cheap culture media. Applied microbiology and biotechnology, 98(15), 6847–6858. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5725-4
14. Ntsangani, N., Okaiyeto, K., Uchechukwu, N. U., Olaniran, A. O., Mabinya, L. V., & Okoh, A. I. (2017). Bioflocculation potentials of a uronic acid-containing glycoprotein produced by Bacillus sp. AEMREG4 isolated from Tyhume River, South Africa. 3 Biotech, 7(1), 78. https://doi.org/10.1007/s13205-017-0695-8
15. Kurade, M. B., Murugesan, K., Selvam, A., Yu, S. M., & Wong, J. W. (2016). Sludge conditioning using biogenic flocculant produced by Acidithiobacillus ferrooxidans for enhancement in dewaterability. Bioresource technology, 217, 179–185. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.02.113
16. Agunbiade, M.O., Van Heerden, E., Pohl, C.H. et al. Flocculating performance of a bioflocculant produced by Arthrobacter humicola in sewage waste water treatment. BMC Biotechnol 17, 51 (2017). https://doi.org/10.1186/s12896-017-0375-0
17. Fujita, M., Ike, M., Tachibana, S., Kitada, G., Kim, S.-M., & Inoue, Z. (2000). Characterization of a bioflocculant produced by Citrobacter sp. TKF04 from acetic and propionic acids. Journal of Bioscience and Bioengineering, 89(1), 40–46. https://doi.org/10.1016/S1389-1723(00)88048-2
18. Dai, J., Zhao, X., Mu, S., Yang, Q., Zhao, C., & Zhao, Z. (2024). A novel polysaccharide-based bioflocculant produced by Bacillus subtilis 35A and its application in the treatment of dye decolorization, heavy metal ion adsorption and meat product wastewater. Frontiers in Microbiology, 15. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1457909
19. Arimieari, L., & Ademiluyi, J. (2018). Sludge filtration resistance model based on electrical resistance analogy. Journal of Environmental Protection, 9, 1–12. https://doi.org/10.4236/jep.2018.91001
20. Guo, J., Liu, J., Yang, Y., Zhou, Y., Jiang, S., & Chen, C. (2018). Fermentation and kinetics characteristics of a bioflocculant from potato starch wastewater and its application. Scientific reports, 8(1), 3631. https://doi.org/10.1038/s41598-018-21796-x
21. Sabliy, L. A. (2013). Fiziko-khimichne ta biolohichne ochyshchennia vysokokoncentrovanykh stichnykh vod: Monohrafiia [Physical and chemical and biological treatment of high-concentration wastewater: Monograph]. Rivne: NUVHP. [in Ukrainian].
22. Koganovskii, A. M., Klimenko, N. A., Levchenko, T. M., et al. (1983). Ochistka i ispolzovanie stochnykh vod v promyshlennom vodosnabzhenii [Treatment and use of wastewater in industrial water supply]. Moskva: Khimiia. [in Russian].
23. Zapolskii, A. K., Mishkova-Klimenko, N. A., Astrelin, I. A., et al. (2000). Fiziko-khimichni osnovy tekhnolohii ochyshchennia stichnykh vod [Physicochemical foundations of wastewater treatment technology] (A. K. Zapolskii, Ed.). Kyiv: Libra. [in Ukrainian].
24. Klimenko, N. A., & Kozhanov, V. A. (1991). Kolloidno-khimicheskie aspekty formirovaniia sostava stochnykh vod tekstilnykh predpriiatii i vozmozhnye metody ikh ochistki [Colloidal-chemical aspects of the formation of the composition of wastewater from textile enterprises and possible treatment methods]. Khimia i tekhnologiia vody, 13(7), 579–592. [in Russian].
25. Sabliy, L. A., & Zhukova, V. S. (2008). Vdoskonalennia roboty kanalizatsiinykh ochysnykh sporud [Improving the operation of sewer treatment facilities]. Vodopostachannia ta vodovidvedennia, (5), 33–36. [in Ukrainian].
26. Khoruzhii, P. D., Khomutetska, T. P., & Khoruzhii, V. P. (2008). Resursosberihaiochi tekhnolohii vodopostachannia [Resource-saving water supply technologies]. Kyiv: Ahrarna nauka. [in Ukrainian].
