Влияние технологических факторов на каталазную активность ила, формирующегося на промстоках химических предприятий

Специфика процессов продленной аэрации промышленных стоков диктует целесообразность изыскания и внедрения в практику более чувствительных и экспрессных показателей, достоверно описывающих состояние активного ила в процессе биологической очистки, что необходимо для обеспечения эффективного контроля и управления процессом водоочистки. Возможное перспективное решение проблемы – использование ферментативной активности ила, что требует экспериментального подтверждения. В работе приведены результаты исследования влияния ряда технологических факторов, включая возраст активного ила, условия его регенерирования на каталазную активность. Выбор каталаз в качестве объекта исследования был обусловлен низкой активностью дегидрогеназ в процессах продленной аэрации и их инактивацией при наличии токсичных загрязнителей в сточных водах, что затрудняет достоверную оценку изменения их активности в динамике, особенно для зрелых илов. Что касается каталаз, относящихся к основным компонентам защитной клеточной системы, участвующих в нейтрализации избыточной перекиси водорода, образующейся при стрессировании активного ила при воздействии негативных экофакторов и изменении условий функционирования биостанции, следовало ожидать их более высокой чувствительности, что получило экспериментальное подтверждение. В результате проведенных исследований установлено снижение активности каталаз при увеличении возраста ила. Анализ каталазной активности показал, что активность проб нерегенерированных илов была ниже по сравнению с соответствующими пробами активного ила, прошедшего регенерацию, независимо от аппаратурного оформления узла регенерации, но при этом для илов, формирующихся в системах с отдельно стоящими регенераторами, характерно более глубокое изменение активности каталаз.

1. Смирнов Ю.Д., Матвеева В.А., Яковлев Н.М., Сахабутдинова Э.Р. Анализ и оценка современных технологий очистки сточных вод на гальваническом производстве // Горный журнал. 2023. N 9. С. 55–60. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.08. EDN: CWBNRA.

2. Вертинский А.П. Физико-химические методы очистки сточных вод: проблемы, современное состояние и возможные пути усовершенствования // Инновации и инвестиции. 2019. N 11. С. 257–261. EDN: UYXBRJ.

3. Wang H., Dai B., Gao F., Cao X., Ji X., Zuo L., et al. Petrochemical wastewater treatment in a full-scale biological aerated filter system: Insight into the mechanism of performance deterioration // Chemical Engineering Journal. 2024. Vol. 488. P. 151089. DOI: 10.1016/j.cej.2024.151089.

4. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. М.: Химия, 1975. 253 с.

5. Pourakbar M., Behnami A., Mahdavianpour M., Dariyan F.S., Aghayani E. Developing a method for measurement of dehydrogenase activity in biological wastewater treatment processes applied for toxic compounds degradation // MethodsX. 2020. Vol. 7. P. 100970. DOI: 10.1016/j.mex.2020.100970.

6. Pan Y., Yu S.-S., Xiao Z.-C., Min Y., Tian T., Zheng Y.-M., et al. Re-evaluation and modification of dehydrogenase activity tests in assessing microbial activity for wastewater treatment plant operation // Water Research. 2023. Vol. 246. P. 120737. DOI: 10.1016/j.watres.2023.120737.

7. Гюнтер Л.И., Беляева М.А., Ребарбар М.М. Оценка токсичности компонентов промышленных сточных вод по дегидрогеназной активности ила // Водоснабжение и санитарная техника. 1976. N 9. С. 9–12.

8. Головко Т.К., Силина Е.В., Лашманова Е.А., Козловская А.В. Активные формы кислорода и антиоксиданты в живых системах: интегрирующий обзор // Теоретическая и прикладная экология. 2022. N 1. С. 17–26. DOI: 10.25750/1995-4301-2022-1-017-026. EDN: WMMPOL.

9. Gonzalez A., van Lier J.B., de Kreuk M.K. Effects of mild thermal pre-treatment combined with H₂O₂ addition on waste activated sludge digestibility // Waste Management. 2022. Vol. 141. P. 163–172. DOI: 10.1016/j.wasman.2022.01.017.

10. Liu Z., Smith S.R. Enzyme activity of waste activated sludge extracts // Water Science & Technology. 2020. Vol. 80, no. 7. P. 1861–1869. DOI: 10.2166/wst.2020.002.

11. Çakici A., Bayramoğlu M. An approach to controlling sludge age in the activated sludge process // Water Research. 1995. Vol. 29, no. 4. P. 1093–1097. DOI: 10.1016/0043-1354(94)00249-7.

12. Shulnikova A., Balymova E., Novikova A., Zakirov R., Akhmadullina F. The influence of ultrasonic exposure on the biocenosis of activated sludge from treatment facilities of domestic and industrial wastewater // Ecology, energy, earth science and agriculture (AEES2023): International conference on ensuring sustainable development. Les Ulis, 2024. P. 1023. DOI: 10.1051/e3sconf/202449401023.

13. Anjum N.A., Sharma P., Gill S.S., Hasanuzzaman M., Khan E.A., Kachhap K., et al. Catalase and ascorbate peroxidase-representative H₂O₂-detoxifying heme enzymes in plants // Environmental Science and Pollution Research. 2016. Vol. 23, no. 19. P. 19002–19029. DOI: 10.1007/s11356-016-7309-6.

14. Залетова Н.А., Залетов С.В. Изучение отклика дегидрогеназной активности ила на изменение технологических параметров работы аэротенка // Водоснабжение и санитарная техника. 2020. N 1. С. 22–26. DOI: 10.35776/MNP.2020.01.03. EDN: MZUAOU.

15. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. М.: Химия, 1987. 156 с.

16. Закиров Р.К., Ахмадуллина Ф.Ю., Балымова Е.С., Геталов А.А. Сонохимический метод повышения ферментативной активности илов большого возраста // Вестник Технологического университета. 2015. Т. 18. N 4. С. 287–289. EDN: TMYZAT.

17. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 507 с. EDN: QNKHHB.

18. Horan N.J., Shanmugan P. Effects of starvation and nutrient depletion on the settling properties of activated sludge // Water Research. 1986. Vol. 20, no. 5. P. 661–666. DOI: 10.1016/0043-1354(86)90031-X.

19. Watari T., Asano K., Omine T., Hatamoto M., Araki N., Mimura K., et al. Effects of denitrifying granular sludge addition on activated sludge and anaerobic–aerobic systems for municipal sewage treatment // Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2022. Vol. 57, no. 9. P. 830–839. DOI: 10.1080/10934529.2022.2118485.

20. Cydzik-Kwiatkowska A., Ciesielski S., Florczyk M., Pasieczna-Patkowska S., Komorowska-Kaufman M., Pomian W., et al. Biopolymer production in a full-scale activated sludge wastewater treatment plant: seasonal changes and promising bacterial producers // Energies. 2024. Vol. 17, no. 24. P. 6231. DOI: 10.3390/en17246231.

21. Imlay J.A. The molecular mechanisms and physiological consequences of oxidative stress lessons from a model bacterium // Nature Reviews Microbiology. 2013. Vol. 11, no. 7. P. 443–454. DOI: 10.1038/nrmicro3032.