Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

В последние годы проблемы создания и сохранения стабильных геотехнических экосистем путем использования экологически чистого сырья и экологизации технологий являются особенно актуальными. Благодаря использованию экологически чистого сырья обеспечивается создание мало(без)отходных экотехнологий с небольшим количеством технологических процедур, а при экологизации технологий обеспечивается внедрение, с одной стороны, инновационных решений по инженерной защите окружающей среды, с другой – управления отходами производства. Одним из решений данного вопроса является использование в технологических процессах коксуских шунгитов [2, 3].

Цель исследования – сравнительный анализ химико-микробиологических изменений в процессе очистки сточных вод с применением коксуского карбонатно-сланцевого шунгита Казахстана и зажогинского шунгита России.

Объект и методика исследований

Объектом исследования являются сточные воды, сформированные в различных условиях на предприятиях Казахстана: месторождении «Кумколь» Кызылординской области, Тишинского Рудника РГОК и АО «Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат» Восточно-Казахстанской области.

Трехвариантный опыт (200 мл сточной воды + 10 г стерильного шунгита) длительностью 14 дней, имел три повторности.

Тестирование результатов опыта проводили методами визуального, химического [5], микробиологического [4] и статистического [1] анализа.

Результаты и обсуждение

Изучение химико-микробиологических показателей, характеризующих экологические свойства коксуского карбонатно-сланцевого шунгита Казахстана и зажогинского шунгита России при очистке сточных вод в сравнительном аспекте, осуществляли как в зависимости от техногенного происхождения сточных вод, так и в зависимости от используемого типа шунгита.

Визуальное наблюдение по истечении опыта дало следующие результаты:

1) при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита сточная вода была прозрачной для опыта, где очистке подвергались пробы нефтезагрязненной сточной воды и шахтной воды, мутной – в пробах промливневой сточной воды;

2) при использовании зажогинского шунгита испытуемые пробы сточной воды были прозрачными; дополнительно следует отметить, что для проб нефтезагрязненных стоков оттенок желтого цвета в толще воды сохранился.

На содержание примесей в сточной воде указывает наличие мутности и цветности. Если при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита 14 дней опыта можно считать было достаточными для процесса осветления, то при использовании зажогинского шунгита для удаления желтого цвета в нефтезагрязненной сточной воде вследствие присутствия органических примесей этот период оказался недостаточным.

Как видно из рисунка 1, общая минерализация при использовании коксуского карбонатно-сланцевого и зажогинского шунгитов для всех вариантов опыта повысилась на 18% и 87% (нефтезагрязненная сточная вода), 20,3% и 49,7% (шахтная вода), 6,9% и 36,4% (промливневая сточная вода) соответственно. Как видим, больший процент увеличения общей минерализации наблюдается во всех опытах при использовании зажогинского шунгита.

Рис. 1. Изменение общей минерализации сточных вод при использовании шунгитов, мг/л

В таблице 1 показаны результаты химического анализа сточных вод различной техногенной природы.

Таблица 1

Химический анализ сточных вод до и после эксперимента

Примечание. КСКШ – карбонатно-сланцевый казахстанский шунгит; РШ – российский шунгит

Как видно из таблицы 1, химический анализ сточной воды по исследуемым элементам выявил следующие изменения:

1) для нефтезагрязненной сточной воды:

а) содержание меди при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита уменьшилось на 85%, тогда как при использовании зажогинского шунгита – на 74,5%;

б) содержание цинка при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита уменьшилось на 50%, а при использовании зажогинского шунгита содержание цинка, наоборот, увеличилось на 337%;

в) содержание свинца уменьшилось на 87,5% и 62,5% соответственно;

2) для шахтной воды:

а) содержание меди уменьшилось на 38,5% при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита, тогда как при использовании зажогинского шунгита – уменьшилось всего на 8%;

б) содержание цинка при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита уменьшилось на 97,5%, а при использовании зажогинского шунгита, наоборот, увеличилось на 115,6%;

в) содержание свинца уменьшилось на 98,7% и 90,7% соответственно;

г) содержание сульфатов увеличилось соответственно на 14,7% и 34,3%;

3) для промливневой сточной воды воздействие испытуемых шунгитов на степень очистки примерно был одинаковым:

а) содержание магния сократилось на 90,6% при использовании коксуского карбонат-сланцевого шунгита и на 88,6% при использовании зажогинского шунгита, титана – на 93,5% и 92,9 % соответственно;

б) увеличилось содержание хлора на 2,4% и 3,9% и сульфатов на 5,37% и 73,7% соответственно.

Результаты микробиологического анализа по исследуемым сточным водам до и после опыта показаны в таблице 2 и на рисунках 2–4.

Как видно из таблицы 2, микробиологическая обсемененность в пробах сточных вод высоковариабельна, как в зависимости от используемого типа шунгита, так и в зависимости от техногенного происхождения сточных вод.

По микробиологической обсемененности мы видим следующее.

1. При использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита (табл. 2; рис. 2, а; 3, а; 4, а):

1) по ОМЧ гетеротрофных микроорганизмов:

а) высокий уровень разведения (1,4 ± 0,4 х 106) наблюдается для промливневой сточной воды, далее по уровню разведения следует нефтезагрязненный сток (1,0 ± 0,5 х 105), после – шахтная вода (3,3 ± 0,4 х 104);

б) по показателям изменчивости (Сv, %): при учете повторности опыта наиболее высока вариация для нефтезагрязненных стоков (71%), а наименьшая (18%) – для шахтной воды, тогда как для промливневой сточной воды коэффициент вариации имел промежуточную позицию (41%);

в) при сравнении с показателями, которые были получены до эксперимента, можно заключить, что коксуский карбонатно-сланцевый шунгит оказал положительный эффект на ОМЧ в случае с опытами, когда использовались пробы нефтезагрязненной сточной воды (обсемененность повышается с четвертого до пятого уровня разведения) и промливневой сточной воды (обсемененность повышается с пятого до шестого уровня разведения), а в случае с опытом, когда испытания были проведены с шахтной водой, карбонатно-сланцевый шунгит на обсемененность оказал отрицательный эффект – снизил уровень разведения с пятого на четвертый;

2) по актиномицетам:

а) обсемененность для нефтезагрязненной и промливневой сточной воды находилась на третьем уровне разведения, тогда как в пробах шахтной воды – на втором уровне разведения;

б) изменчивость по показателям обсемененности при учете повторности опыта имела схожую с общей обсемененностью позицию, т.е. высокая вариация наблюдается в случае с нефтезагрязненным и промливневым стоком (53%) и низкая – с шахтным стоком (22%);

в) при сравнении с показателями, что были получены до эксперимента, можно заключить, что коксуский карбонатно-сланцевый шунгит оказал положительный эффект на обсемененность актиномицетов только в случае, когда использовались пробы нефтезагрязненной сточной воды (обсемененность повышается с первого до третьего уровня разведения), а в двух других опытах, наоборот, эффект был отрицательным: в пробах шахтной воды обсемененность снижается с четвертого на второй уровень разведения, а в пробах промливневой сточной воды обсемененность опускается с четвертого на третий уровень разведения;

3) по микромицетам:

а) наиболее высокую позицию по обсемененности в зависимости от техногенного происхождения сточных вод занимает проба с нефтезагрязненным стоком (четвертый уровень разведения), а наиболее низкую – опыт, где использовалась шахтная вода (второй уровень разведения), тогда как проба с промливневой сточной водой заняла по сравнению с двумя другими опытами промежуточную позицию (третий уровень разведения);

б) изменчивость по обсемененности наиболее высока в опытах с шахтной водой (69%) и низкая в опытах с промливневой сточной водой (36%), тогда как в опытах с нефтезагрязненной водой наблюдается средняя между двумя другими опытами изменчивость (45%);

в) изучая влияние используемого типа шунгита на обсемененность микромицетов в исследуемых сточных водах, видим, что коксуский карбонатно-сланцевый шунгит оказал положительный эффект в опытах, когда использовались пробы нефтезагрязненной воды (уровень разведения повышается с первого до четвертого), отрицательный – в опытах, где использовалась шахтная вода (уровень разведения снизился с третьего до второго), нейтральный эффект обнаружен в опытах с промливневой сточной водой (уровень разведения остался на третьем).

Таблица 2

Количественный учет микроорганизмов в пробах сточной воды различной техногенной природы

а) опыт с коксуским карбонатно-сланцевым шунгитом

б) опыт с зажогинским шунгитом

Рис. 2. Количественный учет микроорганизмов в нефтезагрязненных стоках месторождения Кумколь Кызылординской области до и после опыта, уровень разведения

а) опыт с коксуским карбонатно-сланцевым шунгитом

б) опыт с зажогинским шунгитом

Рис. 3. Количественный учет микроорганизмов шахтной воды «Тишинского Рудника РГОК» Восточно-Казахстанской области до и после опыта, уровень разведения

а) опыт с коксуским карбонатно-сланцевым шунгитом

б) опыт с зажогинским шунгитом

Рис. 4. Количественный учет микроорганизмов промливневой сточной воды АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат» до и после опыта, уровень разведения

2. При использовании зажогинского шунгита (табл. 2; рис. 2, б; 3, б; 4, б):

1) по ОМЧ гетеротрофных микроорганизмов:

а) в зависимости от происхождения сточных вод наиболее высокий уровень разведения (пятый) наблюдается для проб с нефтезагрязненной и шахтной сточной водой, на один уровень разведения (четвертый) уступает проба с промливневой сточной водой;

б) по показателям изменчивости (Сv, %) с учетом повторности опыта наиболее высокую вариацию наблюдаем для проб с нефтезагрязненной сточной водой (71%), а наименьшую (20%) – с промливневой сточной водой, тогда как для шахтной сточной воды коэффициент вариации составил 34%;

в) при сравнении с показателями, которые были получены до опыта, можно заключить, что зажогинский шунгит оказал положительный эффект на ОМЧ в случае с опытом, когда использовалась проба нефтезагрязненной сточной воды (обсемененность повышается с четвертого до пятого уровня разведения), в опытах с шахтной водой поведение зажогинского шунгита было нейтральным (обсемененность осталась на пятом уровне разведения), в опыте с промливневой сточной водой зажогинский шунгит на обсемененность оказал отрицательный эффект – снизил уровень разведения с пятого на четвертый;

2) по актиномицетам:

а) активность не была обнаружена в пробах с нефтезагрязненной водой, тогда как в пробах с шахтной водой достигался третий уровень разведения, а в пробах с промливневой сточной водой – второй уровень разведения;

б) изменчивость при учете повторности опыта для проб с шахтной и промливневой сточной водой была примерно одинаковой: 45% и 36% соответственно;

в) при сравнении с показателями, полученными до эксперимента, можно заключить, что зажогинский шунгит оказал для всех вариантов опыта на обсемененность актиномицетов отрицательный эффект: наблюдается снижение обсемененности с первого уровня до полного отсутствия в пробах с нефтезагрязненной водой, с четвертого уровня разведения до третьего в пробах с шахтной водой и с четвертого до второго уровня разведения в опытах с промливневой сточной водой;

3) по микромицетам:

а) наиболее высокую позицию по обсемененности в зависимости от техногенного происхождения сточных вод занимает проба с нефтезагрязненным стоком (четвертый уровень разведения), в других опытах, где использовалась шахтная и промливневая сточная вода, – третий уровень разведения;

б) изменчивость по активности микромицетов для всех вариантов опыта была невысокой и варьировала от 25% (нефтезагрязненная сточная вода) и 33% (шахтная вода) до 36% (промливневая сточная вода);

в) изучая влияние используемого типа шунгита на обсемененность микромицетов в исследуемых сточных водах, видим, что зажогинский шунгит имел положительный эффект по обсемененности для опыта, когда использовался нефтезагрязненный сток (повышение уровня разведения с первого до четвертого); для двух других опытов, где использовались пробы шахтной воды и промливневой сточной воды, воздействие шунгита на обсемененность было нейтральным (третий уровень разведения).

Заключение

Полученные результаты свидетельствуют, что использование коксуского карбонатно-сланцевого и зажогинского шунгитов для очистки сточных вод влияет как на микробиологическую активность, так и на эффект очистки.

Выводы

1. Установленное время для осветления воды коксуским карбонатно-сланцевым шунгитом было достаточным в опытах, где были использованы нефтезагрязненные и шахтные сточные воды, тогда как для промливневой сточной воды отведенное время было недостаточным. В опытах с зажогинским шунгитом прозрачность воды была достигнута для всех вариантов опыта.

2. Результаты химического анализа показали, что:

1) для нефтезагрязненной и шахтной сточной воды испытуемые шунгиты обладают хорошим эффектом очистки по меди (до 85%, 39% при использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита и 75%, 63% при использовании зажогинского шунгита соответственно) и свинцу (до 88%, 99% и 63%, 91% соответственно), тогда как для очистки от цинка и сульфатов применение зажогинского шунгита будет неэффективным;

2) для промливневой сточной воды положительный эффект очистки мы наблюдаем по магнию и титану (93%, 94% и 89% и 93% соответственно), тогда как для ионов хлора и сульфатов применение исследуемых шунгитов, как коксуского карбонатно-сланцевого, так и зажогинского, будет неэффективным.

3. При использовании коксуского карбонатно-сланцевого шунгита высокая обсемененность отмечена по ОМЧ для промливневой сточной воды, по актиномицетам для промливневой и нефтезагрязненной воды и по микромицетам для нефтезагрязненной воды, низкая по всем исследуемым группам – для шахтной воды. При использовании зажогинского шунгита высокая обсемененность обнаружена по ОМЧ для нефтезагрязненной и шахтной сточной воды, по актиномицетам и микромицетам для нефтезагрязненной воды, низкая обсемененность по исследуемым группам отмечена в промливневой сточной воде.

Рецензенты:

Казова Р.А. , д.х.н., профессор; профессор кафедры Прикладной экологии НАО «КазНИТУ имени К.И. Сатпаева», г. Алматы;

Еликбаев Б.К., д.б.н., профессор КазНАУ , г. Алматы.