Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТАУРИТ КАРБОНАТНОГО ШУНГИТА ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Мусина У.Ш. 1
1 Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева
В статье показаны результаты по изменению микробиоценоза в сточной воде различного техногенного происхождения при их очистке с использованием тауриткарбонатного шунгита. Исследования были основаны на применении визуальных, химических и микробиологических методов. Визуальная оценка показала, что поведение шунгита в воде в зависимости от техногенной природы сточных вод различна: по истечении опыта в толще воды мутность была зафиксирована только для нефтезагрязненной сточной воды, тогда как в других стоках вода была относительно прозрачной. Использование тауриткарбонатного композита на основе углерода благоприятно влияет на процесс очищения сточной воды (содержание тяжелых металлов снижается до 97%), на санитарное «оздоровление» сточной воды и на активность аборигенной микрофлоры, которая проявляется в увеличении скорости роста колоний на плотном питательном агаре.
сточная вода
таурит карбонатный шунгит
тяжелые металлы
сорбционно-микробиологический метод очистки
колониеобразующая единица
1. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М. : Высшая школа, 1990. – 349 с.
2. Мусина У.Ш. Изучение обесцвечивающей способности коксуских шунгитистых пород // Вестник КазНТУ. - 2011. - № 1 (83). - С. 85-90.
3. Мусина У.Ш. Изучение физико-химических свойств коксуских шунгитистых пород // Вестник КазНТУ. - 2010. - № 6 (82). - С. 3-7.
4. Мусина У.Ш., Козьмин Н.Б., Кутыбаев Н.Р., Нурдилданова Б.Е. Изучение влияния коксуского шунгита (таурита) на содержание кислорода в водных растворах // Вестник КазНТУ. - 2012. - № 1 (89). - С. 221-225.
5. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии / Е.3. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Колос, 1993. – 175 с.

Актуальность применения эффективных методов защиты окружающей среды от техногенных загрязнителей (тяжелыми металлами, нефтью и нефтепродуктами и др.) определяется в решении экологических проблем по очистке сточных вод различного техногенного происхождения.

Шунгитовые породы Коксуского месторождения - это природный наноструктурированный композит, основными компонентами которого являются высоко упорядоченное углеродистое вещество (до 96–99% углерода) и кремнезём [3]. Благодаря своим экологическим свойствам, как обесцвечивающие [2] и увеличивающие концентрацию кислорода в воде [4], шунгитовые породы Коксуского месторождения имеют практическую ценность при очистке сточных вод биотехнологическими методами.

Цель исследования – изучение экологических свойств тауриткарбонатного шунгита при очистке сточных вод различного техногенного происхождения.

Объект и методика исследований. Эксперимент по очистке сточных вод с применением тауриткарбонатного шунгита представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Эксперимент по очистке сточных вод с применением тауриткарбонатного шунгита

Объектом исследования, как показано на рисунке 1, послужили отобранные пробы сточной воды различной техногенной природы:

- нефтезагрязненные сточные воды, полученные из месторождения Кумколь Кызылординской области,

- шахтная вода из «Тишинского Рудника РГОК» Восточно-Казахстанской области;

- промливневая сточная вода, отобранная из АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат» (АО «УК ТМК»).

На 200 мл испытуемой воды использовали 10 г стерильного тауриткарбонатного композита на основе углерода (содержимое одной колбы). Каждый вариант как опытной, так и контрольной групп имел 3 повторности. Эксперимент длился 14 дней.

Микробиологическая активность изучалась на основе применения метода предельного разведения с использованием твердых питательных сред, предназначенных для определения ОМЧ, актиномицетов и микромицетов [5].

Статистическая обработка осуществлялась по методике [1].

Результаты и обсуждение. Изучение изменений микробиоценоза в сточной воде различной техногенной природы при их очистке с использованием тауриткарбонатного шунгита было основано на применении визуальных, химических и микробиологических методов исследования.

Визуальная оценка показала, что поведение шунгита в воде в зависимости от техногенной природы сточных вод различна. Так, если в опыте с очисткой нефтезагрязненных стоков по всей поверхности воды была распластана шунгитовая пыль в комплексе с включениями маслянистой природы, то в опыте с промливневой сточной и шахтной водой на поверхности воды шунгитовая пыль распространялась незначительно. В толще воды мутность была зафиксирована только для пробы 1, тогда как у проб 2 и 3 вода была относительно прозрачной. В основе такого различия лежит, с одной стороны, ионообменная активность составляющих шунгита и его наноструктурные особенности, с другой - дополнительное присутствие в испытуемом стоке пробы 1 примесей техногенной природы, в частности нефтезагрязнений. Согласно раннее выполненной работе [2] можно предположить, что для осветления нефтезагрязненной воды тауриткарбонатному шунгиту в комплексе с микроорганизмами требуется больше времени.

В таблице 1 показаны результаты химического анализа для исследуемых сточных вод различной техногенной природы до и после поставленного эксперимента.

Таблица 1

Результаты химического анализа по тяжелым металлам для исследуемых сточных вод различной техногенной природы до и после поставленного эксперимента

Техногенная природа проб сточной воды

Единица измерения

Массовая доля определяемых элементов

Cu

Zn

Pb

Mg

Ti

Cl

SO4

Нефтезагрязненный сток

мг/л

0,047

0,006

0,008

-

-

-

-

0005

0,003

<0,001

-

-

-

-

Шахтная вода

мг/л

0,013

0,353

0,150

-

-

-

420,0

0,008

0,011

<0,001

-

-

-

503,8

Промливневая сточная вода

мг/л

-

-

-

307,53

0,49

674,00

100,00

-

-

-

32,36

0,011

720,0

140,0

ПДКрыб-хоз

мг/л

0,001

0,01

0,006

40

0,06

300

100

Как видно из таблицы 1, согласно показаниям TDS-метра, общая минерализация претерпела по группам следующие изменения:

- пробы 1 (нефтезагрязненный сток) и 2 (шахтная вода): снижаются соответственно на 4 и 12,6%, хотя дополнительно из состава композита вносятся сульфат-ионы;

- проба 3 (промливневая сточная вода): повышение на 7%, что связано с присутствием в составе исследуемого шунгита сульфидов и сульфатов железа.

При использовании тауриткарбонатного композита на основе углерода также видим, что содержание тяжелых металлов меняется по-разному в зависимости от природы происхождения сточных вод.

Проба 1 (нефтезагрязненный сток): содержание меди уменьшилось на 89,4%, цинка – на 50%, свинца – на 87,5%. Следовательно, тауриткарбонатный шунгит обладает хорошим эффектом очистки нефтезагрязненных стоков от тяжелых металлов.

Проба 2 (шахтная вода): содержание меди уменьшилось на 38,5%, цинка – на 96,6%, свинца – на 99,3%, тогда как сульфатов увеличилось на 20%.

Проба 3 (промливневая сточная вода): содержание магния и титана уменьшилось на 89,5 и 97,8% соответственно, тогда как содержание хлора и сульфатов, наоборот, повысилось на 10,8 и 40% соответственно.

Следовательно, использование тауриткарбонатного композита на основе углерода благоприятно влияет на процесс очищения сточной воды АО «УК ТМК» по таким тяжелым металлам, как магний и титан (почти 90 и 98% соответственно), а для шахтной воды «Тишинского Рудника РГОК» по таким тяжелым металлам, как медь, цинк и свинец (почти 39, 97 и 99% соответственно), тогда как для хлора (проба 3: увеличение на почти 11%) и сульфатов (пробы 2 и 3) данный тип композита оказывает аккумулирующее действие (увеличение на почти 20 и 40% соответственно).

Особый интерес представляет изучение изменения скорости роста микроорганизмов, как показателя микробиологической активности, до и после поставленного эксперимента в зависимости от техногенного происхождения сточной воды.

В таблице 2 показан количественный учет микроорганизмов в пробах сточной воды различной техногенной природы.

Как видно из таблицы 2, исследования по микробиологической обсеменённости при использовании в очистке от тяжелых металлов тауриткарбонатного шунгита показало различные результаты в зависимости от техногенной природы сточных вод.

Так, в нефтезагрязненных стоках рост колоний для исследуемых таксонов на твердом агаре был обнаружен через 48 часов культивирования: по ОМЧ на пятом, актиномицетам – на третьем и микромицетам – на четвертом уровне разведения.

Таблица 2

Количественный учет микроорганизмов в пробах сточной воды различной техногенной природы

Обсемененность,

КОЕ/мл

Техногенная природа проб сточной воды

Нефтезагрязненный сток

Шахтная

вода

Промливневая сточная вода

Сv, %

Сv, %

Сv, %

ОМЧ гетеротрофных микроорганизмов

2,7 ± 1,1

х 105

57

7,0 ± 1,2

х 104

25

6,7 ± 0,4

х 104

9

Актиномицеты

5,0 ± 1,24

х 103

35

2,9 ± 0,7

х 105

34

1,0 х 104

0

Микромицеты

1,8 ± 1,5 х104

49

1,0 ± 0,9

х 104

122

6,5 ± 0,8

х 103

18

Если рассматривать обсемененность на твердых питательных средах до и после постановки эксперимента (рис. 2а), то:

- по ОМЧ рост колоний был обнаружен на уровне четвертого разведения уже через 24 часа культивирования, тогда как после поставленных экспериментов через 24 часа культивирования роста колоний обнаружено не было;

- по актиномицетам и микромицетам наблюдается увеличение активности: третий и четвертый уровень разведения (после эксперимента) против первого и второго уровня разведения (до эксперимента) соответственно.

Также следует отметить, что изменчивость по количественному учету микроорганизмов согласно коэффициенту корреляции (%) для ОМЧ выше после поставленного эксперимента (57%) по сравнению с Сv, полученному до опыта (28%), следовательно, полученные после опыта по повторностям результаты были менее однородны. Коэффициент изменчивости по актиномицетам и микромицетам, наоборот, после опыта был ниже по сравнению с результатами, полученными до эксперимента (25% против 94% и 9% против 100% соответственно), что свидетельствует о получении в повторностях после опыта более однородных показателей.

Следовательно, использование тауриткарбонатного композита на основе углерода для нефтезагрязненной воды способствует по ОМЧ замедлению скорости роста, тогда как для актиномицетов и микромицетов скорость роста на твердом селективном агаре возрастает.

 а)

 

 б)

 в)

Рис. 2. Количественный учет микроорганизмов до и после постановки эксперимента, уровень разведения: а) нефтезагрязненные сточные воды месторождения Кумколь Кызылординской области; б) шахтная вода «Тишинского Рудника РГОК» Восточно-Казахстанской области; в) промливневая сточная вода АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат»

Дополнительно следует отметить, что если до постановки опыта в пробах нефтезагрязненной сточной воды было отмечено присутствие колиморфных бактерий, то после опыта – роста их колоний не было. Полученные результаты свидетельствуют о том, что тауриткарбонатный шунгит способствует санитарному «оздоровлению» сточных вод.

Результаты эксперимента по общей обсемененности исследуемой пробы шахтной воды, отобранные в «Тишинском Руднике РГОК» Восточно-Казахстанской области и подвергшиеся опыту, свидетельствуют об относительно умеренном росте микроорганизмов: 4-й уровень разведения по ОМЧ, 5-й по актиномицетам и 4-й по микромицетам.

При сравнении с данными, полученными по общей обсемененности перед экспериментом (рис. 2б), с данными, полученными после постановки опыта, мы видим, с одной стороны, незначительное снижение (один уровень) обсемененности по ОМЧ, с другой – существенное снижение изменчивости с 94% до 25%, что свидетельствует о получении после опыта по повторностям более однородных данных по сравнению с результатами, полученными до опыта. Обсемененность по актиномицетам и микромицетам показала кардинально противоположные результаты как по обсемененности (повышение на одно разведение), так и по изменчивости (повышение коэффициента корреляции: 34% против 8% и 122% против 14% соответственно).

Таким образом, полученные после опыта по шахтной воде результаты свидетельствуют, что использование данного типа шунгита благоприятно влияет на рост актиномицетов и микромицетов.

В промливневых стоках рост колоний для исследуемых таксонов на твердом агаре был обнаружен через 48 часов культивирования: по ОМЧ и актиномицетам на четвертом, по микромицетам – на третьем уровне разведения. При сравнении с результатами до поставленного опыта можно отметить, что по росту колоний по ОМЧ наблюдалось снижение обсемененности (один уровень), а у актиномицетов и микромицетов изменений не было, тогда как по коэффициенту корреляции можно утверждать, что изменчивость существенно сократилась после опыта (9% против 100%, 0% против 49% и 18% против 35% соответственно). Следовательно, после опыта рост колоний в повторностях был более однородным.

При этом необходимо отметить, что данные по микробиологической обсемененности, полученные в процессе эксперимента, достоверно (р=0,05) отражают во всех вариантах состояние исследуемых сточных вод.

Заключение и выводы. Изучение закономерностей изменения микробиоценоза в сточной воде в сочетании с тауриткарбонатным шунгитом позволит, благодаря направленности процесса биоочистки сточных вод от различных ксенобиотиков, получить безопасный субстрат, который при оптимальных условиях может быть использован в очистных сооружениях.

Выводы

1. Благодаря своим экологическим свойствам, как обесцвечивающие и увеличивающие концентрацию кислорода в воде, шунгитовые породы Коксуского месторождения имеют практическую ценность при очистке сточных вод биотехнологическими методами.

2. Использование тауриткарбонатного композита на основе углерода благоприятно влияет:

а) на обесцвечивание сточных вод: по истечении опыта в толще воды мутность была зафиксирована только для нефтезагрязненной сточной воды, тогда как в других стоках вода была относительно прозрачной;

б) на процесс очищения сточной воды, т.к.:

- для нефтезагрязненной сточной воды содержание меди уменьшилось на 89,4%, цинка – на 50%, свинца – на 87,5%,

- для шахтной воды содержание меди уменьшилось на 38,5%, цинка – на 96,6%, свинца – на 99,3%,

- для промливневой сточной воды содержание магния и титана уменьшилось на 89,5% и 97,8% соответственно;

в) на санитарное «оздоровление» сточной воды;

г) на активность аборигенной микрофлоры, которая проявляется в увеличении скорости роста колоний на плотном питательном агаре:

- по нефтезагрязненной сточной воде для актиномицетов с первого (перед опытом) до третьего уровня разведения (после опыта), микромицетов с первого до четвертого уровня разведения соответственно,

- по шахтной воде для актиномицетов с четвертого (перед опытом) до пятого уровня разведения (после опыта) и микромицетов с третьего до четвертого уровня разведения соответственно,

- по промливневой сточной воде активность рассматриваемых таксонов осталась без изменения (четвертый и третий уровень разведения соответственно).

Рецензенты:

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

Курбанова Г.В., д.б.н., профессор кафедры прикладной экологии НАО «КазНИТУ имени К.И. Сатпаева», г. Алматы.


Библиографическая ссылка

Мусина У.Ш. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТАУРИТ КАРБОНАТНОГО ШУНГИТА ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21475 (дата обращения: 22.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074