Schemat biodegradacji ścieków fenolowych na podstawie pomiarów odczynu

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 1974

S e r i a : I n ż y n i e r i a S a n i t a r n a z . 18 Nr k o l . 426

K o r n e l i u s z Mi k s o h

SCHEMAT BIODEGRADACJI ŚCIEKÓW FENOLOWYCH NA PODSTAWIE POMIARÓW ODCZYNU

S t r e s z o z e n l e . C i ą g ł e p o m i a r y odoz y n u p o d o z a a b i o l o g i c z n e g o o o z y - s z o z a n i a ś c i e k ó w f e n o l o w y c h me t o d ą o s a d u c z y n n e g o s p o s o b e m p e r i o - dyoznym p o t w i e r d z i ł y , ż e p r o o e s d e g r a d a c j i t y c h ś o i e k ó w p r z e b i e g a f a z o w o .

W począt kowym o k r e s i e d e o y d u j ą o y wpływ na z mi a ny o d o z y n u ś r o d o w i s k a w y w i e r a j ą f i z y o z n e 1 o h e m i c z n e p r o o e s y z a o h o d z ą c e pod w p ł y wem n a p o w i e t r z a n i a - u s u w a n i e n a d m i e r n e g o a m o n i a k u l o t n e g o o r a z ohemi ozne u t l e n i a n i e f e n o l i . N a s t ę p n i e d o m i n u j ą p r o c e s y b i o l o g i c z n e g o r o z k ł a d u związków f e n o l o w y c h p o p r z e z kwasy o r g a n i c z n e do d w u t l e n k u w ę g l a i wody. Po z a k o ń c z e n i u b l o d e g r a d a o J i s u b s t a n o j l o r g a n i o z n e j , n a s t ę p u j e z a k w a s z e n i e ś r o d o w i s k a w wy n i k u n i t r y f i k a o j i zwi ązków a z o -

•towyoh.

W p r a k t y o e t e c h n o l o g i c z n e j o c z y s z c z a n i a ś o i e k ó w f e n o l o w y c h - g ł ó w n i e z k o k s o w n i , g a z o w n i i r a f i n e r i i r o p y n a f t o w e j , zn a n y j e s t f a k t z n a o z n e g o n i e r a z o b n i ż e n i a odoz y n u ś o i e k ó w w t r a k c i e l o h b i o l o g i c z n e g o o c z y s z c z a n i a z im N a t o m i a s t b r a k j e s t d a n y o h , o b r a z u j ą o y c h d o k ł a d n y p r z e b i e g t y o h zmi an.

Z t e g o powodu p o d c z a s b a d a ń n a d o o z y s z o z a n i e m ś c i e k ó w f e n o l o w y c h me t o d ą o s a d u o z y n n e g o w d w u s t o p n i o w e j l n s t a l a o j i m o d e l o w e j , zwr óoono s z o z e g ó l n ą uwagę na p o m i a r pH, u z y s k u j ą c s z e r e g o i e k a w y o h wyn i k ó w. Z g o d n i e z p r z e w i d y w a n i a m i , o doz yn ś o i e k ó w o o z y s z o z o n y c h b y ł z n a c z n i e n i ż s z y n i ż ś o i e k ó w s u r o w y o h , j e d n a k ż e d o k ł a d n y p r z e b i e g zmi an pH u z y s k a n o w b a d a n i a c h b i o d e g r a d a c j i ś c i e k ó w fonol owj poh w w a r u n k a o h p e r i o d y o z n y o h .

P r z e b i e g d o ś w l a d o z e ń 1 w y n i k i b a d a ń

B a d a n i a p r o wa dz ono w k o mo r a c h n a p o w i e t r z a n i a zb u d o wa n y c h wg Mo K l n n e y a z w l n i d u r u i m e t a p l e x u o p o j e m n o ś c i 3000 ml [ 3 3 . N a p o w i e t r z a n i a odbywał o s i ę p r z y pomooy s p r ę ż o n e g o p o w i e t r z a , d o p r o w a d z a n e g o r u r k ą s z k l a n ą i nad dno k o m o r y , co z a p e w n i a ł o o d p o w i e d n i e n a t l e n i e n i e ś o i e k ó w o r a z p e ł n e wy

m i e s z a n i e o s a d u o z yn n e g o ze ś c i e k a m i . Aby zaohowaó w a r u n k i ' z b l i ż o n e j do t y o h , j a k i e p a n u j ą w i n s t a l a c j i o l ą g ł e g o o o z y s z o z a n i a ś o i e k ó w f e n o l o w y o h , komory do b a d a ń o k r e s o w y o h u m i e s z c z o n o w t e r m o s t a c i e , z a o h o w u j ą o t e m p e r a t u r ę ś r e d n i ą z k i l k u d n i o w y c h pomi arów t e m p e r a t u r y p r o c e s u t e c h n o l o g i c z n e g o . T e m p e r a t u r a t a w a h a ł a s i ę w g r a n i o a o h od 30 do 3 7 °C.

D o ś w i a d c z e n i a prowadzono w k i l k u s e r i a c h , p r z y czym j e d n a s e r i a o b e j mowała p o m i a r y w o z t e r e o h k o mo r a c h p e r i o d y c z n y c h . Do komór t y o h w p r o wa -

(2)

• T a b e la I Dynamika b i o o k s y d a o ji ścieków fen o lo w y ch p r z e z ak lim aty zo w an y osad ozynny

( S e r i a I )

K o m a r a

za s ( g o d z • ) O z n a - .

o z e n i e

0 1 2 3 4 6 8 1 0 1 2 24

O d c z y n 7 , 5 0 7 , 6 0 7 , 5 5 7 , 4 5 7 , 3 5 7 , 6 5 7 , 6 0 7 , 5 0 7 r4 5 7 , 3 0

F e n o l e og. ( m g / l ) 4 8 5 , 5 4 4 8 , 7 4 0 0 , 6 3 7 2 , 2 3 5 6 , 1 2 8 3 , 4 2 5 7 , 2 2 1 2 , 2 1 9 7 , 8 32 , 1

1 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) •"»,3 2 0 , 0 19,1 1 7 , 8 1 7 , 2 12 ,1 7 , 8 0 , 2 0 , 0 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 1 1 1 9 9 7 7 8 5 6 - 8 3 0 7 9 2 8 5 o 81 9 8 2 o 7 3 6

Z a w . o g ó l n a ( m g / l ) 1 0 0 7 - - - 1 0 4 6 - 1 0 5 2 - 10 4 3 1 0 2 8

Z a w . l o t n a ( m g / l ) 7 7 4 - - - 7 8 2 - 8 0 8 - 7 8 2 7 8 2

O d c z y n 7 , 5 0 7 , 6 0 7 , 5 5 7 , 4 5 7 , 4 0 7 , 6 5 7 , 5 0 7 , 4 5 - 6 , 7 0

F e n o l e og . ( m g / l ) 4 7 2 , 0 3 9 1 , 5 3 5 4 , 9 2 8 0 , 0 251, 1 1 6 5 , 3 4 2 , 7 3 4 , 2 3 2 , 4 3 2 , 0

2 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) 1 9 , 2 16 ,1 1 3 , 0 1 2 , 6 3 , 7 0 , 8 0 , 0 - - 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 1 1 0 2 1 0 4 9 9 4 4 - 8 2 9 7 5 2 7 6 4 7 8 0 7 7 0 7 9 0

Z a w . o g ó l n a ( m g / l ) 1 9 6 1 - - - 2011 - 20 0 7 - 1 9 9 2 1 9 9 0

Z a w . l o t n a ( m g / l 1 5 6 8 - - - 1 6 1 4 - 1 5 9 7 - 1 6 0 0 1 5 7 0

O d e z y n 7 , 4 5 7 , 5 0 7 , 5 5 7 , 5 0 7 , 3 0 7 , 6 0 7 , 3 0 7 , 0 5 - 6 , 4 0

F e n o l e og . ( m g / l ) 4 0 9 , 5 3 1 3 , 1 2 0 4 , 6 85,1 5 2 , 0 17,1 1 6 , 8 16.9, 1 6 , 7 1 6 , 7

3 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) 1 6 , 7 1 1 , 2 0 , 2 0 , 0 - ‘ - - - - 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 1 0 9 2 94 1 7 8 6 7 4 9 7 4 0 791 866 8 9 2 9 1 T 913

Za w . o g ó l n a ( m g / l ) 4 0 0 2 - - - 4 1 5 1 - 4 1 6 6 - 4 1 1 5 4 0 0 6

Z a w . l o t n a (m g / l ) 3 2 4 1 - - - 3 5 5 0 - 35 0 1 - 3 3 6 2 3 2 6 5

Od e zy n 7 , 4 5 7 , 4 5 7 , 5 0 7 , 2 5 7 , 2 0 7 , 4 0 7 , 0 0 6 , 8 0 - 6 , 2 0

F e n o l e og. (m g / l ) 3 1 4 , 6 10 3 , 1 4 3 , 2 3 0 , 7 3 1 , 0 3 0 , 5 2 9 , 8 3 0 , 3 25 , 7 27,8

4 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) 1 7 , 4 5 , 2 0 , 0 0 , 0 - - - - - 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 1 0 4 2 871 7 4 6 - 7 7 2 8 8 1 , 5 88 9 91 9 9 3 2 911

Z a w . o g ó l n a ( m g / l ) 5 9 6 7 - - - 6 1 3 2 - 62 21 - 6 1 4 9 60 2 3

Z a w . l o t n a ( m g / l ) 4 8 6 2 - - - 4 9 8 3 - 5 0 7 6 - 5 0 3 9 4 9 2 7

1.10 KorneliuszMiksoh.

(3)

Dynamika biooksydacji ścieków fenolowych przez aklinatyzowany osad czynny (Seria III)

Komora Ozna- czenia

Czas

(godz.) 0 1 2 3 4 5 6 8 10 12 18 24

Odczyn 7,25 7,45 - 7,55 7,48 7,30 7,30 7,50 7,65 7,80 7,50 7,10

Fenole og. (mg/1) 534,1 383,1 311,6 - 267,3 - 180,2 140,1 90,0 29,1 - 25,4

Fenole lotne (mg/l) 18,5 1 5 , 8 9,35 3,25 1,8 0,0 0,0 - - - - 0,0

ChZT (mg/l) 1112 943 943 940 848 - - 711 672 736 645 672

Zawieś, og. (mg/l) 974 - - - 1046 - - 1042 - 1022 - 996

Zaw • lot • (mg/l) 750 - - - 836 - - 814 - 795 - 726 j

Odczyn 7,25 7,40 - 7,50 7,5 2 7,30 7,30 7,40 7,52 7, 70 7,40 7,05

Fenole og. (mg/l) 512,3 352,2 238,1 - 116,4 - 31,2 31,1 31,1 28,3 - 21,1

•2 Fenole lotne (mg/l) 19,6 9,75 3,35 0,75 0,0 0,0 0,0 - - - - 0,0

ChZT 1056 936 905 720 764 - - 607 596 688 680 636

Zaw. og. (mg/l) 1763 - - - 1868 - - 1864 - 1863 - mii'

Zaw. lotna (mg/l) 1357 - - - 1365 - - 1454 - 1455 - T3®L

Odczyn 7,20 7,35 - 7,45 7,42 7,20 7,20 7,30 7,48 7,50 7,20 6,7®

Fenole og. (mg/l) 494,4 307,7 162,4 81,4 31,3 - ^30,3 ^29,2 28,9 30,4 41,2 39,1

3 Fenole lotne (mg/l) 16,25 4,1 1,15 0,0 0,0 0,0 - - - ^- - 0*0'

ChZT (mg/l) 1040 768 - 696 665 - - 647 584 665 600 607

Zaw, og. (mg/l) 3220 - - - 3350 - - 3361 - 3380 - 3260

Zaw. lotna (mg/l) 243 0 - - - 2687 - - 2671 - 2590 - 2 5 H

Odczyn ' 7,22 7,31 7* 30 7,22 - , 8 7,14 7,30 7,30 7,35 6,90 ^ - 4 0

Fenole og. (mg/l) 468,3 338,7 105,-4 50 ,0 29,9 - 2 7 , 2 28,2 32,6 36,8 43,7 | 3 2 , 5

4 Fenole lotne (mg/l) 16,65 3,6 A y O 0,0 0,0 - - - - - 0,0

ChZT 1032 784 7 0 $ s m 655 - - 625 640 720 624 576

Zaw. og. (mg/l) 4777 - - - 5003 - - 5122 - -

_

4776

Zaw. lotna (mg/l) 3677 - -3883 - - 3969 - - - 367 2

Schemat biodegradacjiśoiekó'

(4)

T a b lic a I I I Dynamika b i o o k s y d a c ji ścieków fen o lo w y ch p r z e z ak lim aty zo w an y osad czynny

( S e r i a V)

K o m o r a O z n a c z e n i e

C z a s ( g o d z . )

0 1 2 3 4 6 9 1 2 24

O d c z y n 7 , 4 5 7 , 4 0 7 , 3 0 7 , 2 5 7 , 0 5 6 , 7 5 6 , 2 5 6,00 5 , 8 5

F e n o l e og. (m g / l ) 8 9 , 0 - ^{8 9 , 0} ^88,1 ^{88 ,1} 7 5 , 5 5 0 , 5 4 4 , 2 28 , 6

1 F e n o l e l o t n e (m g / l ) 0 , 0 0 , 0 - - - 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 10 3 1 6 9 6 - 7 1 5 - 623 6 4 8 6 9 8 50 4

Za n. og. (m g / l ) 5 2 ’0 - - - 7 7 6 - 68 9 7 3 5 63 9

Za n. l o t n a ( ® g / l ) 4 2 7 - - - 6 5 7 - 56 4 57 9 511

O d c z y n ( m g / l ) 7 , 3 5 7 , 2 5 7 , 1 0 6 , 8 0 6 , 3 5 6 , 4 0 5 , 7 0 5 , 6 0 5 , 6 0

F e n o l e og. (m g / l ) 6 9 , 8 - 6 9 , 6 6 9 , 3 6 7 , 8 41 , 1 3 4 , 8 30 , 1 3 0 , 1

2 F e n o l e l o t n e (m g / l ) 0 , 0 0 , 0 - - - 0,0

C h Z T ( m g / l ) 9 7 0 67 6 - - 6 4 0 7 0 6 6 7 3 6 9 8 53 6

Za n. og. (mg/l), 1 0 4 2 - - - 1 1 5 6 - _{13 31} 1 2 0 0 1 2 1 1

Zan, l o t n a ( m g / l ) 86 4 - - - 1 0 0 8 - 1 1 1 4 1001 1 0 9 8

O d c z y n ( m g / l ) 7 , 2 5 7 , 1 0 6 , 7 0 6 , 4 5 5 , 8 5 6 , 3 5 5 , 8 5 5 , 7 0 5,55

F e n o l e og. (m g / l ) 6 5 , 9 - 5 3 , 7 41 , 1 3 9 , 5 3 8 , 7 3 1 , 6 3 1 , 1 28 , 6

3 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) 0 , 0 0 , 0 - - - 0 , 0

C h Z T ( m g / l ) 1 2 2 0 7 2 3 7 0 6 6 9 8 7 1 5 6 7 3 6 1 4 6 9 8 544

Za n. og. ( m g / l ) 1 9 3 2 - - - 2 1 0 8 - 21 1 4 2131 2 1 3 2

Za n . l o t n a ( m g / l ) 15 7 1 - - - 1 6 3 4 - 1 6 7 6 1 7 6 0 17 6 3

O d c z y n (m g / l ) 7 , 2 0 7 , 0 0 6 , ^ 8 6 , 3 5 5 , 7 5 6,50 6 , 0 0 5 , 6 0 5 , 6 0

F e n o l e og. ( m g / l ) 7 2 , 5 - 4 5 , 8 3 5 , 1 3 4 , 8 3 4 , 7 3 4 , 6 3 4 , 1 3 4 , 8

4 F e n o l e l o t n e ( m g / l ) 0,0 0,0 - - - - l ° , ° |

C h Z T ( o s / l ) ^{1 0 9 2} ^{6 9 8} 7 3 1 7 4 0 - 648 6 3 0 78 1

,.ł 1 5 6 0

Zan. og. ( m g / l ) 3 0 9 8 - - - 3 0 2 3 - ₂₉₅₁ 3 0 2 5 3 0 7 5

Za n . l o t n a ( m g / l ) 2 5 4 6 - - - 2 4 8 9 - ^{23 6 0} ^{2 4 0 4} ^{2 4 4 8}

112KorneliuszMlksoh.

(5)

Sohem at b i o d e g r a d a c j i ś c i e k ó w » « 113

d z o n o a k l i m a t y z o w a n y do ś o l e k ó w f e n o l o w y c h o s a d o z ynny w t a k i e j i l o ś o i , a by po u z u p e ł n i e n i u ś c i e k a m i sur owymi do o b j ę t o ś c i 3000 mł s t ę ż e n i e o s a d u w k o mo r a o h w y n o s i ł o o k o ł o 5 0 0 , 1000 , 2000 , 3000 , 4 0 0 0 ł u b 6000 m g / l . P r ó b k i do o z n a o z e ń p o b i e r a n o w o k r e ś l o n y c h , o d s t ę p a o h o z a s u w o i ą g u Zb. g o d z i n - o z ę ś o i e j w p i e r w s z y c h g o d z i n a o h d o ś w i a d c z e ń , a pot em o o r a z r z a d z i e j . W p r ó b k a o h t y o h , po i o h p r z e s ą c z e n i u , o p r ó c z p o m i a r u o d c z y n u o z n a c z a n o c h e m i c z n e z a p o t r z e b o w a n i e t l e n u , z a w a r t o ś ć f e n o l i o g ó l n y o h i l o t n y o h o r a z za

w i e s i n ę wg o g ó l n i e p r z y j ę t e j m e t o d y k i [4 , 5] .

P r z e p r o w a d z o n o 9 s e r i i d o ś w i a d o z e ń , a n a j b a r d z i e j o h a r a k t e r y s t y o z n e wy

n i k i t r z e c h s e r i i b a d a ń z e s t a w i o n o w t a b e l i I , I I i I I I ( s e r i a I , I I I 1 V) .

Omówi eni e wyników

We w s z y s t k i c h s e r i a c h d o ś w i a d o z e ń , zmi any o d oz ynu n a s t ę p o w a ł y w p e wi e n s t a ł y , o h a r a k t e r y s t y o z n y s p o s ó b .

W J e d n e j o z ę ś o l d o ś w i a d o z e ń n a s t ę p o w a ł p o o z ą t k o w o w z r o s t o d o z y n u , l e o z d a l s z y p r z e b i e g zmi an pH b y ł i d e n t y o z n y j a k w d r u g i e j g r u p i e . N a s t ę p o w a ł m i a n o w i c i e s p a d e k pH, p r z y ozym m i n i m a l n a w a r t o ś ć odozynu p r z y p a d a ł a na 4 - 6 g o d z i n o y k l u . W d a l s z y m o k r e s i e n a s t ę p o w a ł w z r o s t pH, a n a s t ę p n i e po

nowny j e g o s p a d e k , o w i e l e z n a c z n i e j s z y n i ż za p i e r w s z y m r a z e m , t r w a j ą o y do k o ń o a d o ś w i a d o z e ń ( r y s . 1 , 2 1 3 ) . N a j b a r d z i e j o h a r a k t e r y s t y o z n e b y ł y pod tym wzgl ędem z mi any pH w i d o o z n e na r y s u n k u 3 .

W komor z e o s t ę ż e n i u z a w i e s i n y o s a d u o z y n n e g o 500 m g / l s p a d e k pH b y ł o i ą g ł y , d l a s t ę ż e n i a 1000 m g / l na w y k r e s i e z mi an o d c z y n u p o j a w i ł o s i ę " k o - l a n o " m i ę d z y 4 a 6 g o d z i n ą o y k l u , a w y r a ź n a " f a l a " w y s t ą p i ł a w tym samym o z a s i e w k o mo r a o h o s t ę ż e n i u 2000 1 3000 m g / l . T a k i e p r z e b i e g zmi an o d o z y nu w y t ł u m a o z y ó można ohemizmem b i o o k s y d a o j i z a n i e o z y s z c z e ń ś c i e k ó w f e n o - l o w y o h .

O b n i ż e n i e pH w p i e r w s z e j f a z i e spowodowane j e s t bowiem p r a w d o p o d o b n i e p r z e z r o z k ł a d f e n o l i do k w a ś n y c h p r o d u k t ó w p r z e j ś o i o w y c h . Two r z ą s i ę one p r z y r o z e r w a n i u p i e r ś c i e n i a p i r o k a t e o h i o y , k t ó r a j e s t p o ś r e d n i m p r o d u k t e m r o z k ł a d u w i e l u związków f e n o l o w y o h . P l r o k a t e o h i n a u l e g a m i a n o w l o i e u t l e n i a n i u do kwasu o l s - c i s mukonowego [ 6 ] , a t e n z k o l e i p o p r z e z kwas — k e t o a d y p i n o w y do n i ż s z y c h kwasów a l i f a t y o z n y c h [7 , 8 , 9 i 10] . C h o o i a ż n i e k t ó r z y b a d a o z e s ą d z ą , ż e w o b e o n o ś o i o d p o w i e d n i e j i l o ś o i t l e n u , r o z k ł a d p i r o k a t e o h i n y d o p r o w a d z i ć może b e z p o ś r e d n i o do p o w s t a n i a kwasu s z c z a w i o wego £11] , t o J e d n a k typowy p r z e b i e g d e g r a d a o j l f e n o l u p r z e z d r o b n o u s t r o j e z o b r a z o w a ć można p r z y pomocy s c h e m a t u p r z e d s t a w i o n e g o na r y s . 4 .

Tak w i ę c w y t w o r z o n e p ó ł p r o d u k t y b i o d e g r a d a c j i f e n o l i p o wo d u j ą zakwa

s z e n i e ś r o d o w i s k a w p i e r ws z y m o k r e s i e b a d a ń . Z t a k i m t ł u m a o z e n i e m o b n i ż e n i a s i ę o d o z y n u ś c i e k ó w w p i e r ws z y m e t a p i e d o ś w i a d o z e ń p r z e ma wi a r ó w n i e ż f a k t , ż e s t o p i e ń t e j o b n i ż k i z a l e ż y od z a w a r t o ś c i z a w i e s i n y o s a d u c z y n n e -

(6)

114 K o r n e l i u s z M lkso h

R y s .

.

A *

k o m o r a /

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o —

k o m o r a 2

— A— a-

k o m o r a

3

k o m o r a 4 V-'<

1l.

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_X ₆₀₀₀^>s‘* _.

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O 1 2

3

4 6

8

10

12 2 4

» C2US feoctz.J

I . Zmiany o dc z ynu w komor a c h d o ś w i a d c z a l n y c h p o d c z a s b i o k s y d a o j i ś c i e k ó w f e n o l o w y c h ( s e r i a I )

(7)

S ohem at b l o d a g r a d a o . 1 l ś c i e k ó w » . 115

Rys» 2» Zmiany odczynu * komoraoh. doáw lado ż a ln y c h podozas b io o k a y d a o jl áolekdw fe n o lo s y c h ( s e r la I I I )

(8)

116 K o r n e l i u s z M lksoh

R y s . 3 . Zmi any o d c z y n u w komor ach d o ś w i a d o z a l n y o h p o d c z a s b i o o k s y d a o j i ś c i e k ó w f e n o l o w y o h ( s e r i a V)

go - im w i ę c e j d r o b n o u s t r o j ó w , a tym samym i n t e n s y w n i e j s z e p r o c e s y r o z k ł a d u f e n o l i , tym w i ę k s z e o b n i ż e n i e odoz y n u ( r y s . 3 ) .

Końcowym e t a p e m b i o d e g r a d a o j i f e n o l i J e s t u t l e n i e n i e w y t w o r z o n y c h kwa

sów a l i f a t y o z n y o h do d w u t l e n k u w ę g l a 1 wody. P r o o e s t e n powoduj e podwyż

s z e n i e odozynu ś o i e k ó w obs er wowane p o d c z a s d o ś w l a d o z e ń , p o n i e w a ż kwasy k a r b o k s y l o w e s ą m o o n i e j s z y m i kwas ami n i ż t w o r z ą c y s i ę w n i o h kwas w ę g l o wy.

Ś l e d z ą o z mi any pH ( r y s . 3 ) w i d a ó , ż e w komor ze d o ś w i a d o z a l n e j z a w i e r a j ą c e j 500 m g / l o s a d u o z y n n e g o n i e o b s e r w u j e s i ę t ypowe go d l a komór o w i ę k s z e j z r i a r t o ś c i z a w i e s i n y o s a d u , wahań o d o z y n u . Wynika t o s t ą d , i ż m n i e j s z a n i ż w p o z o s t a ł y o h k o mo r a c h l i c z b a d r o b n o u s t r o j ó w p o w o d u j e , że i l o ś ó k wa ś n y o h p ó ł p r o d u k t ó w r o z k ł a d u f e n o l i w j e d n o s t o e c z a s u j e s t s t o s u n k o w o m a ł a , a l e b l o o k s y d a o j a z a c h o d z i d ł u ż e j , r ó w n o l e g ł a z r o z p o c z y n a j ą c y m i s i ę

(9)

fe n o L plro ka te ch in o . k w a s k u q s

a s - c i s m u k o n o h t L j ¡ 3 - k e t o a c i y p i n o H y

:wa c o o n

* + C V U C 0 0 H ---> C O - + H ? 0

CHgCOOH ¿

cLwuttenek

kwas bursztynowy kwas o c t o w y k ę y i a Noda

R y s . 4.. Sohemat b i o l o g i c z n e g o r o z k ł a d u f e n o l u

(10)

118 K o r n e l i u s z Miksoh

p r o o e s a m i d a l s z e g o r o z k ł a d u . Powoduj e t o , i ż p r z e o i w s t a w n e - j e ś l i c h o d z i o wpływ na pH ś r o d o w i s k a - p r o c e s y , n i w e l u j ą w z a j e m n i e swe d z i a ł a n i e . Su

m a r y c z n i e n a s t ę p u j e wi ę o o l ą g ł y s p a d e k o d c z y n u , p o n i e w a ż d o m i n u j ą c y wpływ na z mi a ny pH w y w i e r a j ą kwaś ne p ó ł p r o d u k t y b l o o k s y d a c j i f e n o l i . W mn i e j s z y m s t o p n i u d z i e j e s i ę t a k w komor ze z a w i e r a j ą o e j 1000 m g / l o s a d u c z y n n e g o , a w komor aoh o j e s z o z e w i ę k s z e j z a w a r t o ś c i d r o b n o u s t r o j ó w u w i d a o z n i a s i ę wy

r a ź n a e t a p o w o ś ó b l o k s y d a o j i ś c i e k ó w f e n o l o w y o h . Albowiem po ohwilowym pod

w y ż s z a n i u s i ę o d o z y n u , o b s e r w u j e s i ę w d a l s z e j k o l e j n o ś c i ponowne j e g o o b n i ż e n i e , u t r z y m u j ą c e s i ę do k o ń c a p r o w a d z e n i a d o ś w i a d o z e ń (24 g o d z i n y ) , p r z y ozym s t o p i e ń z a k w a s z e n i a z a l e ż y r ó w n i e ż od i l o ś o l o b e c n y c h w u k ł a d z i e d r o b n o u s t r o j ó w . Wyt ł u ma c z e n i e m t e j k o l e j n e j zmi any odozynu s ą p r o c e s y n i t r y f i k a c y j n e , r o z p o o z y n a j ą c e s i ę po w y c z e r p a n i u p r z y s w a j a l n e j p r z e z d r o b n o u s t r o j e s u b s t a n o j i o r g a n i o z n e j .

P r z e b i e g n i t r y f i k a c j i można s o h e m a t y o z n i e p r z e d s t a w i ć n a s t ę p u j ą c o :

NH+ + 202 — *> NOj + H20 + 2H+.

Twor z ą oe s i ę j o n y H+ p o wo d u j ą z a k w a s z e n i e ś r o d o w i s k a , a p o n i e w a ż wody a m o n i a k a l n e s t a n o w i ą p o k a ź n y p r o c e n t ś c i e k ó w f e n o l o w y o h - wpływ n l t r y f i - k a o j l na o d c z y n ś o l e k ó w j e s t z n a c z n y .

J e s t r z e c z ą z r o z u m i a ł ą , i ż c z a s t r w a n i a p o s z c z e g ó l n y c h f a z b i o d e g r a d a - o j i ś o l e k ó w f e n o l o w y o h z a l e ż y od s t ę ż e n i a s u b s t r a t u . U w i d a o z n i a s i ę t o p r z y p o r ó w n a n i u r y s . 1 1 2 , k i e d y t o w j e d n e j s e r i i d o ś w i a d c z e ń s t ę ż e n i e p o o z ą t k o w e f e n o l u w y n o s i ł o o k o ł o 500 m g / l , a w d r u g i e j z a l e d w i e 90 mg / l ( t a b . I i I I) . Ci ekawy n a t o m i a s t j e s t f a k t , że i n t e r w a ł czas owy p o s z o z e - g ó l n y o h et a pów b l o o k s y d a o j i f e n o l u n i e z a l e ż a ł od i l o ś c i d r o b n o u s t r o j ó w w badanym u k ł a d z i e .

W y j a ś n i e n i a wymaga w z r o s t pH na p o o z ą t k u d o ś w i a d c z e ń w d u ż e j c z ę ś c i s e r i i b a d a ń ( r y s . 1 1 2 ) . P r z y p u s z c z e n i e , że powodem t e g o b y ł o w y t w o r z e n i e s i ę o z y n n i k a a l k a l l z u j ą c e g o , w wyni ku c h e m i c z n e g o u t l e n i e n i a ś o i e k ó w f e n o l owyoh p r z y pomooy wpr owa dz a ne go do komór p o w i e t r z a , o k a z a ł o s i ę s ł u s z n e . P r z e p r o w a d z o n e d o ś w l a d o z e n i e p o l e g a j ą c e na n a p o w i e t r z e n i u p o w i e t r z e m o z y s t e g o r o z t w o r u f e n o l u , w y k a z a ł o , ż e t w o r z ą o e s i ę p r o d u k t y o n i e s p r e o y - z owa ne j b u d o wi e 1 b r ą z o w e j b a r w i e , p o d w y ż s z a j ą pH ś r o d o w i s k a . N p . : po dwóoh g o d z i n a c h n a p o w i e t r z a n i a r o z t w o r u f e n o l u o s t ę ż e n i u wynosząoym 50 m g / l o d o z y n w z r ó s ł z 7 , 1 do 7 , 9 , a w t r a k o l e d a l s z y o h 8 g o d z i n d o ś w i a d o z e ń , zmi any pH b y ł y m i n i m a l n e i w a h a ł y s i ę od 7 , 9 5 do 8 , 0 0 . S t ą d w n i o s e k że p r o o e s o h e m i oz n e g o u t l e n i e n i a z a p h o d z l w o k r e s i e p i e r w s z y o h g o d z i n n a p o w i e t r z a n i a .

P o z o s t a j e wi ęo do w y j a ś n i e n i a p r z y c z y n a , d l a k t ó r e j w n i e k t ó r y o h s e r i a c h b a d a ń n i e n a s t ę p o w a ł na p o c z ą t k u d o ś w i a d o z e ń w z r o s t o d c z y n u ( r y s . 3 ) . P r z y p u s z o z a n o , i ż w i ą ż e s i ę t o z z a w a r t o ś o i ą a moni a ku w d o p r o wa d z o n y o h do i n s t a l a o j l ś o i e k a o h . Aby p r z y p u s z c z e n i e z m i e n l ó w p e wn o ś ó , p r z e p r o w a d z o n o d o d a t k o w ą s e r i ę b a d a ń , w k t ó r y o h s t o s o w a n o j a k o s u b s t r a t r o z t w ó r f e n o l u o s t ę ż e n i u z b l i ż o n y m do t e g o , j a k i e w y s t ę p o w a ł o w ś o i e k a c h . W j ednym w y p a d -

(11)

Sohem at b l f f d e g r a d a o J 1 ś c i e k ó w . . 119

ku do komór d o ś w i a d o z a l n y o h wpr owadzono wy mi e n i o n y r o z t w ó r z n i e w i e l k i m d o d a t k i e m f o s f o r a n u amonu j a k o ź r ó d ł a a z o t u i f o s f o r u , a w d r u g i m wypadku - o p r ó o z wymi eni onych, s k ł a d n i k ó w - pożywka z a w i e r a ł a a m o n i a k .

D o ś w i a d c z e n i e t o p o t w i e r d z i ł o , ż e r ó ż n l o a w z m i a n a o h pH na p o o z ą t k u b a d a ń w y n i k a ł a z r ó ż n e j z a w a r t o ś c i l o t n e g o a mo n i a k u w ś o i e k a o h ( r y s . 5 1 . Zna o z n y s p a d e k o d c z y n u w p i e r w s z e j g o d z i n i e b a d a ń spowodowany b y ł u s uwa ni em n a d m i e r n e j i l o ś c i l o t n e g o a m o n i a k u , a w i ę c c z y n n i k a a l k a l i z u j ą c e g o ś r o d o w i s k o . P o n i e w a ż r ó w n o c z e ś n i e n a s t ę p o w a ł a I f a z a b l o o k s y d a o j l f e n o l u , t a k ż e p o w o d u j ą c a z a k w a s z e n i e ś r o d o w i s k a - z m n i e j s z e n i e pH odbywa ł o s i ę w s p o s ó b c i ą g ł y do c h w i l i r o z p o c z ę c i a d e g r a d a c j i w y t w o r z o n y c h kwasów a l i f a t y c z n y c h . N a t o m i a s t a l k a l i z u j ą c y wpływ t w o r z ą o y o h s i ę p r o d u k t ó w p r z e m i a n o h e m i o z n y o h z a o h o d z ą o y o h pod wpływem n a p o w i e t r z a n i a , n i e u w i d a c z n i a ł s i ę , p o n i e w a ż d e o y d u j ą o y m c z y n n i k i e m wpł ywa j ą c ym na z mi a ny pH b y ł y wy mi e ni one p r o o e s y k w a s o t w ó r c z e .

10,0 o .A

9.5

9,0

8,5

6.0

0 <2 1 4 5 6 ? 8

> C

2

Q,s[qocLz.]

Rys« 5« Zmiany odoz y n u w k o mo r a c h d o ś w i a d c z a l n y c h p o d o z a s b i o o k s y d a o j i r o z t w o r u f e n o l u z a mo n i a k i e m o r a z b e z amo n i a k u

(12)

120 K o r n e l i u s z M iksoh

Podsumowani e

C i ą g ł e p o m i a r y o d c z y n u p o d o z a a b i o l o g i c z n e g o o o z y a z o z a n i a ś c i e k ó w f e n ol owyoh me t o d ą o s a d u c z y n n e g o w komor aoh d o ś w i a d c z a l n y c h s pos obem p e r i o - dyoznym p o t w i e r d z i ł y , że g r o o e s d e g r a d a o j l t y o h ś c i e k ó w p r z e b i e g a f a z o w o .

W pooząt kowym o k r e s i e d e c y d u j ą o y wpływ na zmi any odozynu ś r o d o w i a k a wy

w i e r a j ą f i z y c z n e i c h e m i c z n e p r o o e a y z a c h o d z ą c e pod wpływem n a p o w i e t r z a n i a - u s u w a n i e n a d m i e r n e g o a mo n i a k u l o t n e g o o r a z o h e mi o z n e u t l e n i e n i e f e n o l i . N a s t ę p n i e d o m i n u j ą p r o c e s y b i o l o g i c z n e r o z k ł a d u związków f e n o l o w y o h p o p r z e z kwasy o r g a n i c z n e do d w u t l e n k u w ę g l a 1 wody, a po z a k o ń c z e n i u b i o d e g r a d a c j i s u b s t a n o j i o r g a n i o z n e j n a s t ę p u j e z a k w a s z e n i e ś r o d o w i s k a w wy

n i k u n i t r y f i k a o j i związków a z o t o w y o h .

O d n o s z ą c i n f o r m a o j e u z y s k a n e w b a d a n i a o h d y n a m i k i b i o d e g r a d a c j i ś o i e - ków f e n o l o w y o h w w a r u n k a o h p e r i o d y c z n y c h do p r o c e s ó w z a o h o d z ą o y o h w dwu

s t o p n i o w e j l n a t a l a o j i o s a d u c z y n n e g o o c z t e r o g o d z i n n y m o z a s l e z a t r z y m a n i a w 1 s t o p n i u n a p o w i e t r z a n i a o r a z oś mi o g o d z i n n y m w XI s t o p n i u a e r a o j i , s ą - d z i ó moż na , i ż o b n i ż e n i e o d c z y n u ś o l e k ó w po I s t o p n i u n a p o w i e t r z a n i a wy

n i k a z ohemi zmu b i o d e g r a d a c j i f e n o l i ,

a>

powodem z m n i e j s z a n i a a i ę pH w o d - o i e k u po I I s t o p n i u n a p o w i e t r z a n i a , j e s t p r o o e s n i t r y f i k a o j i związków a z o . t o w y o h .

LITERATURA

[ i ] B e r n a o k i K . s Ź o i e k l f e n o l o w e . B . i A . , Wars zawa 1 9 5 7 .

[Z ] Ę o l l n V . , Sohumann J . : F e n o l o f e o d p a d n i v o d y . 8 N T L . , P r a h a 19 6 8 . [ 3] MoKinney R . E . , Gram A . s P r o t o z o a a n d A o t i v a t e d S l u d g e . Sew. a n d I n d .

W a s t e s , £ £ , 1 2 1 9 , 1 9 5 6 .

[ 4 ] M a l i n a I . F . , F o r d D . L . , E o k e n f e l d e r W.W.: A n a l i t y o a l P r o c e d u r e s and M e t h o d s . U n i v e r s i t y o f T e x a s . A u s t i n 1 9 6 5 .

[ p ] Her manowi oz W. , Doż a ns ka W. , S i k o r o w s k a C . , K e l u s J . : F i z y o z n o - o h e - mi ozne b a d a n i a ś o l e k ó w m l e j s k l o h i osadów ś o l e k o w y o h . A r k a d y . War

szawa 1 9 6 7 .

[ 6 ] H a y a s h i 0 . , K a t a g l r i M . , R o t h s b e r g s . s Meohani am o f t h e P y r o o a t e o h a - se R e a o t l o n . J . Am. Chem. S o o . 21» 2 0 * 5 4 5 0 , 1 9 5 5 .

[Y] N l o k e r s o n W . J . s T r a n s f o r m a t i o n s o f C a r b o n Compounds by M l o r o r g a - n i s m s . I n d . E n g . Chem. ¿ 8 , 9 . 1 4 1 1 , 1 9 5 6 .

["81 D a v i s J . B . ; M i o r o b i a l D e c o m p o s i t i o n o f H y d r o c a r b o n s . I n d . E n g . Chem.

¿ 8 , 9 , 1 4 4 4 , 1 9 5 6 .

[ 9] Z d y b i e w s k a M . : M i k r o b i o l o g i c z n y r o z k ł a d związków f e n o l o w y o h . P o s t ę p y M i k r o b i o l o g i i i , V I I , 1 9 6 8 .

[to]

McKinney R . E . . T o m l i s o n H . D . , W i l c o x R . L .

:

M e t a b o l i s m o f A r o m a t i c Compounds by A o t i v a t e d S l u d g e . Sew. I n d . W a s t e s . 2 £ , 4 , 5 4 7 , 1 9 5 5 . Qll] Ta u s o n W. O. s R a z r u s z e n i e m i k r o o r g a n i z m a m i o h l m l o z e s k l ust oicziwyoh

s o j e d i n i e n i . M i k r o b i o l o g i a 1_, 4 9 , 1 9 3 2 .

(13)

S ohem at b l o d e g r a d a o j l é o l e k d w . . 121

CXEMA BHOJiErPAJAIiM ®EHOJIOBHX CTOHHHX' BOfl HA OCHOBAHHH H3MEPEHH8 PEAKHHH

P e 3 k> m e

noeTOHHHUe H3MepeHHH peaKUHH BO BpeUH SHOJIOrHHeCKOg OHHCTKH $eHOÎOBHX

CTOHHHX BOi MeTOflOM aKTHBHOTO HJia nepHOiHHeCKHM OnOCOfiOM nOflTBepflHJIH, HTO npopeoo Æerpa^aiiHH 3 T h x c t o h h h x b o æ npoH3xo*HT no $a3aM. B HanEuiBHHÎi nepnoÆ pemaiomee b j t h h h h 6 Ha n3MeneHHH peaicnHH c p e a n HMeœi $H3HnecKHe h XHMjrqeoKHe npopeooH, k o t o pue ooymecTBJLaœTCH n o s BJiHnaaeu a s p a u M - y j a - n e m e npesMepHO- r o KOJiHnscTBa a e T y n e r o aKM Haxa, a Taitate x h m h h ô c k o @ OKHOxeHHe $eHOJioB. Æanee SOMHHzpyœT nponeooH tSaojiorHHeoKoro pa3JioaceHHfl ÿeHOJiOBux coesHHeHHë n o c p e s - OTBOM OprâHHHeCKHX KHOJIOT SO SByOKHOH yrÆepOSa H BOSH. IlOCJie OKOH-qaHHH 6 h o -

s e r p a s a p HH opraHHneoKoro BemecTBa npoaoxosHT o p a s a b pe3yjiibTaTe h h tpH$HKa—

HHH aSOTHUX OOeSHHeHHfi.

THE BIODEGRADATION DIAGRAM FOR PHENOL SEWAGE ON THE BASE OF REACTION MEASUREMENTS

S u m m a r y

The o o n t l n u o u s r e a c t i o n m e a s u r e m e n t s , t a k e n i n t h e p e r i o d l o way d u r i n g t h e b l o l o g i o a l t r e a t m e n t o f p h e n o l sewage w i t h t h e met hod o f a o t i v a t e d s l u d g e , c o n f i r m e d t h a t t h e p r o c e s s o f t h e s e sewage d e g r a d a t i o n t a k e s a p h a s i o o o u r s e .

I n i t i a l l y t h e p h y s i o a l a n d o h e m i o a l p r o c e s s e s - t h e r e m o v a l o f e x o e s s v o l a t i l e ammonia a n d t h e o h e m i o a l o x i d a t i o n o f p h e n o l s p r o c e e d i n g u n d e r t h e i n f l u e n o e o f a e r a t i o n - ha ve a d e c i s i v e s f f e o t on t h e o h a n g e s o f me

dium r e a o t i o n .

Ne x t t h e r e d o m i n a t e t h e p r o c e s s e s o f p h e n o l compounds b l o l o g i o a l deoom p o s i t i o n t h r o u g h t h e o r g a n i c a c i d s t o c a r b o n d i o x i d e a n d w a t e r . Ehen t h e o r g a n i c s u b s t a n o e b i o d é g r a d a t i o n i s f i n i s h e d t h e medium i s a o l d y f i e d , a s t h e r e s u l t o f n i t r i f i o a t i o n o f n i t r i c c o mp o u n d s .