Теоретическая и прикладная экология

1995-43012618-8406

10.25750/1995-4301-2026-1-113-123

Other

Биологическая очистка производственных сточных вод с использованием носителей из вторичных ресурсов

Biological treatment of industrial wastewater using carriers from secondary resources

Калинина

Е. В.

Kalinina

E. V.

kalininaelena1@rambler.ru

https://orcid.org/0000-0001-6965-4895

Рудакова

Л. В.

Rudakova

L. V.

https://orcid.org/0000-0003-3292-8359

Трефилова

А. А.

Trefilova

A. A.

https://orcid.org/0009-0001-1588-043X

Perm National Research Polytechnical University (Perm, Russia)

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, Россия)

25032026

1113123

http://www.envjournal.ru/ari/v2026/v1/26112.pdf

В настоящей работе обоснована целесообразность использования в качестве носителя закреплённой биомассы в процессе биологической очистки сточных вод вторичных материальных ресурсов: мелкой фракции (5–10 мм) хлопьев рециклированного полиэтилентерефталата (ПЭТ), лёгкой фракции отходов рециклинга ПЭТ бутылок (этикетки) и углеродно-синтетического носителя на основе остатков после термодесорбции нефтесодержащих отходов и отходов полиэтилена низкого давления. Наиболее эффективно закрепление биомассы происходит на лёгкой фракции отходов рециклинга ПЭТ бутылок (2,25 г/г носителя) и углеродно-синтетическом носителе на основе остатков после термодесорбции нефтесодержащих отходов и отходов полиэтилена низкого давления (3,5 г/г носителя). Применение данных носителей биомассы позволяет повысить эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод по сравнению с технологией со свободноплавающим илом на 7 % по нефтепродуктам и на 17 % по показателю химического потребления кислорода (ХПК). Это соответствует эффективности очистки 97 % по нефтепродуктам и 92 % по ХПК. Применение в процессе биологической очистки нефтесодержащих сточных вод носителей биомассы на основе вторичных материальных ресурсов приводит к повышению видового разнообразия свободноплавающих микроорганизмов активного ила почти в 2 раза, увеличению количества микроорганизмов высших трофических уровней, улучшению седиментационных свойств активного ила и повышению прозрачности очищенных сточных вод.

The treatment of industrial wastewater containing toxic impurities is a difficult environmental challenge. It can be solved by using a combination of free-floating and carrier-attached reactive sludge in reactors. Biomass carriers are often made from various synthetic materials (polyamide, polyester, polypropylene, polyurethane, polyethylene), sometimes with the addition of organic and mineral components. In this paper we substantiate the expediency of using secondary resources as a carrier of fixed biomass in the process of biological wastewater treatment. We use fine fraction of recycled PET flakes (5–10 mm), light fraction of PET bottle recycling waste (labels) and carbon-synthetic carrier based on residues after thermodesorption of oil-containing waste and low-pressure polyethylene waste. The most effective biomass fixation occurs on light fraction of PET bottles recycling waste (2.25 g/g of carrier) and carbon-synthetic carrier based on residues after thermodesorption of oil-containing waste and low-pressure polyethylene waste (3.5g/g of carrier). Application of these biomass carriers allows increasing the efficiency of oily wastewater treatment in comparison with the technology with free-floating sludge by 7 % for oil products and by 17 % for chemical oxygen demand (COD). This corresponds to a treatment efficiency of 97 % for oil products and 92 % for COD. Thus, the species diversity of free-floating microorganisms of activated sludge increases by almost 2 times as well as the number of higher trophic level microorganisms in the sludge, the sedimentation properties of activated sludge improve and transparency of treated wastewater increases as a result of application in the biological treatment of oily wastewater a biomass carriers on secondary resources base.

очистка сточных водактивный илнефтепродуктыноситель биомассы

wastewater treatmentactivated sludgeoil productsbiomass carrier

1. Шлёкова И.Ю., Кныш А.И. Повышение эффективности аэробной биологической очистки нефтесодержащих сточных вод // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 1. С. 203–209. doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-203-209

2. Ильина Т.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Биоплёнки как способ существования бактерий в окружающей среде и организме хозяина: феномен, генетический контроль и системы регуляции их развития // Генетика. 2004. Т. 40. № 11. С. 1445–1456.

3. Куликов М.И., Зубов, Г.М., Зубов М.Г., Попов Д.В. Биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод // Патент RU 95331 U1. Заявление: 2010107913/22, 03.03.2010. Дата публикации: 27.06.2010. Бюлл. 18.

4. Анфимова Ю.В. Снижение негативного воздействия станций биологической очистки нефтезагрязнённых сточных вод на объекты окружающей среды // Экология и промышленность России. 2008. № 6. С. 34–37.

5. Колесников В.П., Колесников Д.В. Установка для биохимической очистки сточных вод // Патент RU 2422379 C1. Заявление: 2009143268/05, 23.11.2009. Дата публикации: 27.06.2011. Бюлл. 18.

6. Muliyadi M., Purwanto P., Sumiyati S., Retnaningsih Soeprobowati T. Removal of pollutants in wastewater using plastic-based media biofiltration: a meta-analysis // Pollution. 2023. V. 9. No. 1. Р. 421–432. doi: 10.22059/POLL.2022.349305.1642

7. Шелкунова М.В. Разработка материала-носителя биомассы из высоконаполненного микроцеллюлозой ПВД // Вестник ВГУИТ. 2019. Т. 81. № 3. С. 192–194. doi: 10.20914/2310-1202-2019-3-192-194

8. Güneş Y. Inhibition of boric acid and sodium borate on the biological activity of microorganisms in an aerobic biofilter // Environ. Technol. 2013. V. 34. No. 9–12. Р. 1117–1121. doi: 10.1080/09593330.2012.736540

9. Dorji U., Dorji P., Shon H., Badeti U., Dorji C., Wangmo C., Tijing L., Kandasamy J., Vigneswaran S., Chanan A., Phuntsho S. On-site domestic wastewater treatment system using shredded waste plastic bottles as biofilter media: pilot-scale study on effluent standards in Bhutan // Chemosphere. 2022. No. 286. Pt. 2. Article No. 131729. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.131729

10. Juniarta P.S., Budiarsa Suyasa I.W., Sila Dharma IGB. Effectiveness of biofilter made from plastic waste to decrease BOD, COD and ammonia of hospital wastewater // ECOTROPHIC: Jurnal Ilmu Lingkungan (Journal of Environmental Science). 2018. V. 12. No. 1. Р. 1–8. doi: 10.24843/EJES.2018.v12.i01.p01

11. Zeng M., Soric A., Ferrasse J.H., Roche N. Interpreting hydrodynamic behaviour by the model of stirred tanks in series with exchanged zones: preliminary study in lab-scale trickling filters // Environ. Technol. 2013. V. 34. No. 18. Р. 2571–2578. doi: 10.1080/09593330.2013.781199122 Теорeтическая и прикладная экология. 2026. № 1 / Theoretical and Applied Ecology. 2026. No. 1

12. Шлёкова И.Ю., Кныш А.И. Интенсификация биологической очистки производственных сточных вод в аэротенках с помощью адсорбентов // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 20–25. doi: 10.18412/1816-0395-2018-6-20-25

13. Самков А.А., Волченко Н.Н., Худокормов А.А., Самкова С.М., Карасева Э.В. Оптимизация условий иммобилизации микробных клеток при создании биопрепаратов для биодеградации углеводородов // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 1. С. 194–202. doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-194-202

14. Полыгалов С.В., Ильиных Г.В., Коротаев В.Н., Станисавлевич Н. Оценка эффективности раздельного сбора ПЭТ-бутылок с использованием уличных контейнеров-сеток // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 11. С. 55–59. doi: 10.18412/1816-0395-2019-11-55-59

15. Калинина Е.В. Использование материального ресурса твёрдых остатков пиролиза нефтесодержащих отходов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2022. № 5. С. 40–46. doi: 10.33285/2411-7013-2022-5(308)-40-46

16. Калинина Е.В., Рудакова Л.В. Оценка жизненного цикла методов обезвреживания и утилизации нефтесодержащих отходов нефтеперерабатывающих предприятий // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 12. С. 38–43. doi: 10.18412/1816-0395-2021-12-38-43

17. Рекомендации по проведению гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с аэротенками. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2004. 52 с.

18. Nurullina E.N., Sirotkin A.S., Ponkratova S.V., Shaginurova G.I., Emelyanov V.M. Intensification of biological oxidation of contaminants in the biosorption systems for wastewater purification // Biotechnology in Russia. 2002. No. 1. Р. 45–51.

19. Carr S.A., Liu J., Tesoro A.G. Transport and fate of microplastic particles in wastewater treatment plants // Water Res. 2016. V. 91. Р. 174–182. doi: 10.1016/j.wa-Р. 174–182. doi: 10.1016/j.wa-. 174–182. doi: 10.1016/j.wa-tres.2016.01.002

20. Gatidou G., Arvaniti O.S., Stasinakis A.S. Review on the occurrence and fate of microplastics in Sewage Treatment Plants // J. Hazard. Mater. 2019. V. 367. Р. 504–512. doi: 10.1016/j.jhazmat.2018.12.081

21. Sun J., Dai X., Wang Q., van Loosdrecht M.C.M., Ni B.J. Microplastics in wastewater treatment plants: detection, occurrence and removal // Water Res. 2019. V. 152. Р. 21–37. doi: 10.1016/j.watres.2018.12.050

22. Савицкий Н.Е., Лисицын В.Л., Кравцов А.Г. Носитель биомассы фильтров для биологический очистки сточных вод // Патент EA 007088 B1. Заявление: EA 200500433 A, 30.03.05. Дата публикации: 30.06.06.

1. Shlekova I.Yu., Knysh A.I. Improving the efficiency of aerobic biological treatment of oily wastewater // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 1. P. 203–209 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-203-209

2. Ilina T.S., Romanova Yu.M., Gintsburg A.L. Biofilms as a mode of existence of bacteria in external environment and host body: phenomenon, genetic control, and regulation systems of development // Genetics. 2004. V. 40. No 11. P. 1445–1456 (in Russian).

3. Kulikov M.I., Zubov G.M., Zubov M.G., Popov D.V. Bioreactor for additional treatment of biologically treated wastewater // Patent RU 95331 U1. Application: 2010107913/22, 03.03.2010. Date of publication: 27.06.2010. Bull. 18 (in Russian).

4. Anfimova Yu.V. Reduction of the negative influence of the biological treatment stations of the oil-polluted wastewater on the environmental objects // Ecology and Industry of Russia. 2008. No. 6. P. 34–37 (in Russian).

5. Kolesnikov V.P., Kolesnikov D.V. Effluents biochemical treatment plant // Patent RU 2422379 C1. Application: 2009143268/05, 23.11.2009. Date of publication: 27.06.2011. Bull. 18 (in Russian).

7. Shelkunova M.V. Development of biomass carrier material from high-filled with microcellulose LDPE // Proceedings of VSUET. 2019. V. 81. No. 3. P. 192–194 (in Russian). doi: 10.20914/2310-1202-2019-3-192-194

10. Juniarta P.S., Budiarsa Suyasa I.W., Sila Dharma I. Effectiveness of biofilter made from plastic waste to decrease bod, cod and ammonia of hospital wastewater // ECOTROPHIC: Jurnal Ilmu Lingkungan (Journal of Environmental Science). 2018. V. 12. No. 1. Р. 1–8 (in Indonesian). doi: 10.24843/EJES.2018.v12.i01.p01

12. Shlekova I.Yu., Knysh A.I. Intensification of biological treatment of industrial wastewater in aeration tanks using adsorbents // Ecology and Industry of Russia. 2018. V. 22. No. 6. P. 20–25 (in Russian). doi: 10.18412/1816-0395-2018-6-20-25

123

Теорeтическая и прикладная экология. 2026. № 1 / Theoretical and Applied Ecology. 2026. No. 1

13. Samkov A.A., Volchenko N.N., Khudokormov A.A., Samkova S.M., Karaseva E.V. Optimization of the conditions of microbial cells immobilization for the creation of hydrocarbons-degrading biopreparations // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 1. P. 194–202 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-194-202

14. Polygalov S.V., Il’inykh G.V., Korotaev V.N., Stanisavlevich N. Evaluation of the effectiveness of separate collection of PET bottles using street container-baskets // Ecology and Industry of Russia. 2019. V. 23. No. 11. P. 55–59 (in Russian). doi: 10.18412/1816-0395-2019-11-55-59

15. Kalinina E.V. Use of material resource of solid residues of oil-containing waste pyrolysis // Environmental protection in oil and gas complex. 2022. No. 5. P. 40–46 (in Russian). doi: 10.33285/2411-7013-2022-5(308)-40-46

16. Kalinina E.V., Rudakova L.V. Life cycle assessment of the management and disposal of oil-containing wastes from refineries // Ecology and Industry of Russia. 2021. V. 25. No. 12. P. 38–43 (in Russian). doi: 10.18412/1816-0395-2021-12-38-43

17. Guidelines for hydrobiological control at biological treatment facilities with aeration tanks. Perm: Perm State Technical University Publishing House, 2004. 52 p. (in Russian).

19. Carr S.A., Liu J., Tesoro A.G. Transport and fate of microplastic particles in wastewater treatment plants // Water Res. 2016. V. 91. Р. 174–182. doi: 10.1016/j.watres.2016.01.002

21. Sun J., Dai X., Wang Q., van Loosdrecht M.C.M., Ni B.J. Microplastics in wastewater treatment plants: Detection, occurrence and removal // Water Res. 2019. V. 152. Р. 21–37. doi: 10.1016/j.watres.2018.12.050

22. Savitskiy N.E., Lisitsyn V.L., Kravtsov A.G. Filter biomass carrier for biological treatment of sewage water // Patent EA 007088 B1. Application: EA 200500433 A, 30.03.05. Date of publication: 30.06.06 (in Russian).