Спосіб очищення води від розчиненого урану

Корисна модель належить до обробки матеріалів з радіоактивним забрудненням, зокрема до біологічної обробки рідких радіоактивних відходів (РАВ), і може бути використана для очищення поверхневих природних та стічних радіоактивно забруднених вод. Відомий спосіб очищення води від радіонуклідів з використанням мікробних матів на силікагелі [J. Bender et al. Bioremediation and Bioreduction of Dissolved U(V1) by Microbial Mat Consortium Supported on Silica Gel Particles // Environ. Sci. TechnoL - 2000. - V. 34, N 15. - P. 3235-3241] [1]. Суть способу полягає в вирощуванні трьох груп бактерій (ціанобактерії Oscillatoria sp., Rhodopseudomonas та сульфатредукуючі бактерії) в поживному середовищі з силікагелем протягом 5-7 днів при 22°С. Одержана на силакагелі біоплівка (силіка-мат) використовується для очищення води від радіонуклідів як сорбент. Очистку проводять в статичних умовах, при цьому потрібна щонайменше 6-кратна обробка води при співвідношенні сорбент: водний розчин 1:10. Спосіб забезпечує ступінь очищення води від урану (VI) 88%. Спосіб [1] забезпечує високий ступінь очищення води від урану (VI) в статичних умовах, які практично неможливо реалізувати при очищенні значних об'ємів забруднених вод з низькими концентраціями розчиненого урану. Як показали наші дослідження, реалізація способу [1] для очищення забруднених ураном вод в динамічному режимі забезпечує ступінь очищення води 55%. Крім того, спосіб надзвичайно трудомісткий, потребує значних затрат на вирощування культур біосорбенту. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю є спосіб очищення води від радіонуклідів, оснований на використанні природного гідробіоценозу (біосорбенту) [Україна, патент № 59098, МПК 7 G 02F 3/34, оп. 15.08.2003, бюл. №8] [2]. Суть способу полягає в наступному. Очищенню піддають модельні водні розчини, вихідна активність яких по 9 9 цезію-13 7 і стронцію-90 складає відповідно 440 - 4,4 × 10 і 40 - 4,0 × 10 Бк/м3. Для одержання іммобілізованого природного гідробіоценозу (біосорбенту) волокнистий носій "ВІЯ" поміщають в природну водойму на 12-40 діб, що забезпечує наростання біомаси в кількості 10-20г/кг носія в перерахунку на суху біомасу. Очищення проводять в динамічному режимі, пропускаючи модельні радіоактивні розчини через шар біосорбенту в колонці. Сумарну bактивність води і біосорбенту визначали з допомогою b-радіометра КРК1-01А. Відомий спосіб [2] достатньо ефективний при очищенні води від цезію-137 (ступінь очищення 81,0-95,2%) і стронцію-90 (ступінь очищення 78,8-92,4%). Як показали наші дослідження використання способу [2] для очищення забруднених розчинним ураном вод в динамічному режимі не забезпечує достатнього ступеню очищення, який складає всього 45% (табл., приклад 13). Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є низький ступінь очищення води від урану (VI). Крім того, іммобілізація мікроорганізмів гідробіоценозу на волокнистому носієві потребує значного часу експозиції носія в природному водоймищі, що складає 12-40 діб. Завданням корисної моделі, що пропонується є розробка способу очищення води від розчиненого урану шляхом використання активного природного біосорбенту іншого мікробного складу, іммобілізованого на волокнистому носієві, що забезпечило б високий ступінь очищення великих об'ємів води з низьким вмістом розчиненого урану, а також значне спрощення технології очищення за рахунок скорочення тривалості іммобілізації (нарощування біомаси). Для вирішення поставленого завдання запропоновано спосіб очищення води від розчиненого урану, що включає іммобілізацію мікроорганізмів на волокнистому носієві і пропускання води крізь нього, в якому, згідно з корисною моделлю, як мікроорганізми використовують активний мул станції аерації біологічного очищення стічних вод, іммобілізацію мікроорганізмів проводять протягом 2-3 діб, а процес очищення здійснюють при рН 3,56,2. Нами запропоновано активний природний біосорбент для ефективного вилучення розчиненого урану, який являє собою мікроорганізми активного мулу станцій аерації біохімічного очищення стічних вод, іммобілізовані на волокнистому носієві. Використання хімічного супертонкого волокна, наприклад у вигляді насадки "ВІЯ", дозволяє протягом заявленого часу її експозиції в очисних спорудах станцій біологічного очищення води нарощувати достатньо велику кількість біомаси. Одержаний біосорбент, як ми вважаємо, сприяє ефективному процесу сорбції, концентрування і утримання розчиненого урану при заявляємих величинах рН середовища.. Запропонований спосіб простий в реалізації, не потребує значних витрат часу та складного дорогого обладнання для отримання біосорбенту, відзначається технологічністю, можливістю очистки великих об'ємів вод з низькими концентраціями урану (VI). Спосіб реалізується наступним чином. Для одержання іммобілізованого природного біосорбенту волокнистий носій поміщали в аеротенк з активним мулом і витримували протягом 2-3 діб. Це забезпечувало наростання біомаси в кількості 12,5-18,0г/кг носія (в перерахунку на суху біомасу). Кількість іммобілізованої біомаси оцінювали по білку [Метаболизм микроорганизмов. Практикум. Под ред. Н.С. Егорова. - М.: Изд-во МГУ. - 1986. - 256с.] [3]. Одержаний природний біосорбент поміщали в лабораторний біореактор ємністю 6дм3. Через біореактор з швидкістю 2дм3/год пропускали модельний розчин урану (VI) з концентрацією 20мг/дм3. Концентрації урану (VI) у вихідному і очищеному розчинах визначали з використанням індикатора арсеназо III шляхом вимірювання оптичної густини при 670нм і визначення концентрацій урану (VI) за градуювальним графіком [Упор Э., Мохай М., Новак Д. Фотометрические методы определения следов неорганических соединений. - М.: Мир, 1985. - 360с.] [4]. Ступінь очищення води від розчиненого урану визначали із виразу: Свих - С рівн × 100% CO = С вих , де Свих та Срівн - концентрація урану (VI) у вихідній та очищеній воді, мг/дм3, відповідно. Приклад реалізації корисної моделі Волокнистий носій "ВІЯ" поміщали в останню секцію аеротенку з активним мулом Бортницької станції аерації і витримували протягом 2,5 діб. Одержаний іммобілізований біосорбент містив 15г біомаси (в перерахунку на суху речовину) на 1кг носія. Розчин урану (VI) з концентрацією 20мг/дм3 при рН 4,0 прокачували через біореактор з швидкістю 2дм3/год протягом 2,0год. Кінцева концентрація урану (VI) становила 1мг/дм3. 20 - 1 × 100% Таким чином, ступінь очищення води від розчиненого урану складав 20 , тобто 95% (таблиця, приклад 2). Аналогічно прикладу реалізації за корисною моделлю були проведені досліди по очищенню уранвмісної води при різній тривалості одержання іммобілізованого на волокнистому носієві біосорбенту та різних значеннях рН очищуваних розчинів як у заявленому діапазоні, так і при позамежних значеннях. Одержані результати представлені в таблиці (приклади 1-12). Встановлено, що заявлені тривалість іммобілізації мікроорганізмів активного мулу на волокнистому носієві (23 доби) та умови процесу очищення забрудненої розчиненим ураном води (рН=3,5-6,2) вибрані із умов, які забезпечують високий ступінь очищення (таблиця, приклад 1-8). Позамежне зменшення тривалості іммобілізації мікроорганізмів активного мулу на носієві, наприклад, до 1,75 діб, призводить до зменшення ступеню очищення води від урану (VI) за рахунок зменшення маси біосорбенту (таблиця, приклад 9). Позамежне збільшення тривалості іммобілізації мікроорганізмів активного мулу, наприклад, до 3,25 діб, нераціональне, тому що ступінь очищення практично не підвищується при збільшенні витрат часу на підготовку біосорбенту (таблиця, приклад 10). Позамежне зменшення рН процесу очищення, наприклад, до 3,2, спричиняє значне зменшення ступеню очищення води за рахунок, як ми вважаємо, значної десорбції урану (VI) (таблиця, приклад 11). Позамежне підвищення рН води, наприклад до 6,5, призводить до значного зменшення ступеню очищення за рахунок, як ми вважаємо, переважання у воді нейтральних та негативно заряджених форм розчиненого урану, які незначно сорбуються (таблиця, приклад 12). Переваги запропонованого способу очищення води від розчиненого урану в порівнянні з відомими полягають у наступному: - реалізація запропонованого способу забезпечує підвищення ступеню очищення води від урану (VI) з 45% (за способом [2]) до 87-96,5%, тобто в 1,93-2,14 рази. Слід відмітити, що ступінь очищення води від розчиненого урану запропонованим способом перевищує найбільш високий ступінь очищення (88%) за відомим способом [1] на 8,5%; - спосіб характеризується значно меншою тривалістю нарощування біомаси (2-3 доби) порівняно з відомим [2] (12-40 діб), що зумовлює його економічну доцільність; - спосіб технологічно простий в реалізації при підготовці і використанні сорбенту. Достоїнством запропонованого способу є можливість ефективної утилізації надлишкової маси активного мулу, який є відходом біологічного очищення стічних вод. Таблиця № пп Тривалість іммобілізації активного мулу, діб рН води, що очищається Ступінь очищення, % 1 2 3 4 5 6 7 8 2,0 2,5 3,0 2,5 2,5 2,0 3,0 3,0 4,0 4,0 4,0 3,5 6,2 6,2 3,5 6,2 92,0 95,0 96,5 90,0 88,0 85,0 90,0 87,0 9 10 11 12 1,75 3,25 2,5 2,5 4,0 4,0 3,2 6,5 51,5 90,0 44,0 41,0 13 30,0 7,0 45,0 14 Масова частка біомаси на носієві, г/кг За корисною моделлю 12,5 15 18 15 15 12,5 18 18 Позамежні значення 7,5 20 15 15 За способом [2] 15 За способом [1] Біосорбент : розчин 1 : 10 88,0