ИК-спектроскопический облик низкосортных фосфоритных руд Центральных Кызылкумов после обработки микрофлорой активного ила станции биохимической очистки

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены ИК-спектроскопический облик активного ила и низкосортных фосфоритов в различных вариантах их смешивания между собой, создание условий для активной работы микрофлоры активного ила. Показан химический состав активного ила и фосфоритов, а также появление новых функциональных групп, которые при взаимодействии между собой приводили к появлению растворимых фракций, способных благотворно влиять на рост и развитие сельскохозяйственных культур и создавать предпосылки для получения органоминерального удобрения, обогащенного фосфором.

ABSTRACT

This article discusses the IR spectroscopic appearance of activated sludge and low-grade phosphorites in various ways of mixing them together and creating conditions for the active work of the microflora of activated sludge. The chemical composition of activated sludge and phosphorites is shown, as well as the emergence of new functional groups, which, when interacting with each other, led to the appearance of soluble fractions that can positively influence the growth and development of agricultural crops and provide prerequisites for obtaining organic-mineral fertilizer enriched with phosphorus.

Ключевые слова: низкосортные фосфоритовые руды, обработка руды, микрофлора активного ила, органические вещества, рентгенофлуоресцентный спектральный анализ.

Keywords: low-grade phosphorite ores, ore processing, activated sludge microflora, organic matter, X-ray fluorescence spectral analysis.

Введение. В индустриальных странах с высоким уровнем развития производственных сил очистка промышленных сточных вод как одно из мероприятий охраны природы приобрела значение проблемы государственной важности. Количество городских стоков и осадков сточных вод (ОСВ) постоянно растет, вместе с этим обостряются проблемы, связанные с их рациональной, экономически эффективной и экологически безопасной утилизацией. За рубежом, в зависимости от региональных геоэкологических особенностей стран, в агропроизводстве (земледелии) используют от 10 до 90% накапливающихся ОСВ, в среднем в Западной Европе – 30-40%. АИ в сочетании с такими веществами, как аммофос и известь, рекомендуется применять как удобрение [4]. Фосфаты малотоксичны, их летальная концентрация для дафний довольно высока – 2 мг/дм³, однако именно фосфатам как основным питательным элементам принадлежит решающая роль в процессе цветения природных водоемов [2].

Примененный нами новый метод биотехнологической переработки основан на способности некоторых видов микроорганизмов в определенных условиях использовать не только загрязняющие вещества в качестве своего питания, но и некоторые нерастворимые минеральные соединения в составе фосфоритов, трансформируя их под воздействием внеклеточных метаболитов, выделяемых ими в загрязненную среду [3].

Объект и методика исследований.

Объектом исследования служила низкосортная фосфоритовая руда Джерой-Сардаринского месторождения следующего химического состава (табл. 1) [1]: 

Таблица 1.

Химический состав фосфоритов Центральных Кызылкумов

Главный фосфатный минерал – франколит (фторкарбонатапатит) и кальцит слагают руды на 80-90%. Франколит в среднем содержит около 42,1% Р₂О₅, 55,4% СаО, 1,2% F, 2,3% Cl, 0,6% H₂O, сумма редких элементов достигает 0,03% .

Для решения поставленных задач в Навоийском государственном горном институте были проведены лабораторные исследования по выщелачиванию различных элементов из низкосортных фосфоритов Джерой-Сардаринского месторождения с применением аэробных видов нейтрофильных микроорганизмов активного ила станции биохимической очистки коммунально-бытовых отходов.

Опыты были выполнены в реакторах нескольких вариантов, имитирующих аэротенки, с применением воды, активного ила с компрессионной подачей воздуха и непрерывным перемешиванием. Были составлены следующие варианты по руде (табл. 2): 

Таблица 2.

Варианты опытов по низкосортной фосфоритовой руде

Анализы составов образцов активного ила с фосфоритами были выполнены в научно-исследовательском институте общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан (табл. 3).

Анализ результатов табл. 3 свидетельствует о том, что активный ил биохимической очистки сточных коммунально-бытовых отходов после некоторой доработки сам по себе может служить готовым органическим удобрением, однако основной составляющей проводимого нами исследования является функционирующий биоценоз микрофлоры активного ила, способный трансформировать минеральные соединения в составе фосфоритов. 

Таблица 3.

Химический состав активного ила из цеха № 56 станции биохимической очистки АО «Навоиазот»

Анализы состава микрофлоры АИ показали, что в них функционируют более 200 видов микроорганизмов и сформировалась трофическая пирамида пищевой связи, состоящая из хищных простейших (инфузории, амебы и коловратки), питающихся бактериями-трансформаторами органических и неорганических загрязнителей, нитчатыми грибами и одноклеточными водорослями. Количественная составляющая хищных простейших является своего рода индикатором активности микрофлоры АИ [5].  

Полученные результаты и их обсуждение.

Результаты исследования иловых осадков после обработки низкосортными фосфоритами показали ряд существенных изменений в минеральной структуре перерабатываемой смеси с образованием растворимых фосфорного ангидрида – P₂O₅, оксидов кальция и магния_. Эти соединения имеют различную степень растворимости в воде и определьных средах. Также установлено, что формирующийся в процессе карбонатного дыхания микроорганизмов углекислый газ выделялся из минерала кальцита (СаСО₃).  Отмечены процессы, свидетельствующие о прохождении стадий аммонификации, денитрификации, свидетельством которых служит наличие появившихся в осадке нитратов (NO₂) и нитритов (NO₃). Центрифугирование иловых осадков с фосфоритами показало изменение содержания соединений фосфора в жидкой фазе (табл. 4). 

Таблица 4.

Химический состав и характеристика перспективных вариантов для предложения производству

Для определения трансформационных изменений исследуемых вариантов был использован метод ИК-спектрометрии. Метод основан на явлении поглощения группами атомов испытуемого объекта электромагнитных излучений в инфракрасном диапазоне. Поглощение связано с возбуждением молекулярных колебаний квантами инфракрасного света. При облучении инфракрасным излучением молекулы поглощают только те кванты, частоты которых соответствуют частотам их валентных, деформационных и вибрационных колебаний. Важным диагностическим показателем полос поглощения является величина пропускания.

Таким образом, изучение ИК-спектров активного ила, фосфоритной руды и различных вариаций их смешиваний позволило установить возможность определения наиболее перспективных вариантов для получения органоминерального удобрения, а также подбора специальной технологической схемы переработки низкосортной фосфоритовой руды. Анализ ИК-спектров позволил установить также наличие зернистого франколита, который под воздействием микрофлоры АИ стал более рыхлым из-за отделения из его состава минерала кальцита.

Список литературы:
1. Влияние концентрации раствора нитрата кальция на степень отмывки концентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов / Б.Э. Султанов, З.М. Турсунова, Ш.С. Намазов и др. // Узб. хим. журнал. – 2002. – № 4. – С. 10-13.
2. Голуб Н.М. Влияние веществ-загрязнителей, содержащихся в сточных водах, на жизнедеятельность активного ила // Вестник Брестского университета. – 2011. – № 1. – С. 14-18.
3. Донияров Н.А., Тагаев И.А. Анализ вещественного состава фосфоритов Центральных Кызылкумов после обработки микрофлорой активного ила // Горный вестник Узбекистана. – 2018. – № 4 (75). – С. 91-95.
4. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения: Учебное пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – С. 2-27.
5. Черныш Е.Ю. Экобиотехнология обработки иловых осадков: удаление соединений фосфора. – Сумы: Сумский гос. ун-т, 2014. – С. 6.