INFLUENCE OF ADDING THE BACILLUS KIND STAMM ON WORKING PARAMETERS OF WASTE WATER BUOLOGICAL TREATMENT

Full Text

Для повышения степени биологической очистки сточных вод нами исследована возможность очистки сточных вод в аэробных условиях с помощью активного ила, обогащенного культурой прокариотических микроорганизмов. Для достижения указанной цели применен штамм архебактерий Bacillus sp. ВКПМ В-5061, депонированный во Всесоюзной коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) института “НИИ Генетика” Минмедбиопрома РФ и предназначенный в качестве деструктора нефтепродуктов и фосфатов [1]. Полученный штамм Bacillus sp. ВКПМ В-5061 характеризуется следующими культурально-морфологическими признаками: бактериальные прокариотные клетки закругленные грамотрицательные полиморфные палочки, подвижные (двигаются при помощи полярных жгутиков). Размер клеток 0,6х1,0х1,2. Склонны располагаться одиночно. Клетки малоподвижны, имеют ограниченное количество жгутиков. Культура Bacillus sp. ВКПМ В-5061 нетребовательна к питательным средам и может культивироваться как в аэробных условиях на обычном пластинчатом и скошенном мясопептонном агаре (мясопептонном бульоне), так и в факультативноанаэробных условиях при посеве в короткий столбик мясопептонного агара под слоем вазелинового масла (для предотвращения высыхания) [1]. В эксперименте колонии данного штамма на агаре (75 оС; 24 ч) круглые с диаметром до 1,5 мм, выпуклые, влажные, не имеющие тенденции к слиянию, слегка фосфорицирующие, но не окрашивающие среду. В мясопептонном бульоне (80 оС; 24 ч) наблюдается равномерное помутнение без образования пленки с постепенным образованием незначительного, легко взмучивающегося осадка с золотистожелтоватым оттенком. Физиолого-биохимические признаки: в эксперименте анаэроб, с высокой температурой роста до 80 оС, оптимальная температура роста 25-55 оС, рН 6,2-8,6. При нейтральном рН наблюдалось разжижение крахмала. Кратковременное хранение штамма осуществляется на скошенном агаре в условиях холодильника с еженедельным пересевом. Культура после хранения освежается путем пересева и проращивается в термостате при 75 оС в течение суток до отчетливо выраженного налета на картофельных пластинах. Для массового размножения культуры использовался метод проточного хемостата. Лимитирующая внутриклеточная концентрация содержания фосфора варьировала в следующих пределах (от 4,2-8,7 до 13,7-16,2 мг/дм3). При концентрации фосфатов до 15 мг/дм3 содержание биомассы превышает 10 мг/дм3, при этом в составе биомассы наблюдаются частицы латекса. Уменьшение фосфора в среде оказывает непосредственное влияние на синтез суммарной РНК, поскольку он является структурным компонентом РНК. Недостаток фосфора во внешней среде способствует накоплению в клетках полисахаридов, что значительно повышает окислительную способность клеток. Экспериментальные исследования показали, что штамм Bacillus sp. ВКПМ В-5061 обладает более высокой (в 1,5-2 раза) деструкционной активностью в отношении фосфатов и нефтепродуктов. Преимущества штамма высокая степень деструкции нефтепродуктов и фосфатов при очистке сточных вод. Все выявленные в результате экспериментального исследования данные нашли отражение в полученном патенте на изобретение [1]. Учитывая, что в производственных условиях возможны ситуации с полным прекращением подачи сточных вод на очистные сооружения, а также залповых аварийных сбросов, были выяснены температурные пределы жизнестойкости микроорганизмов, особенно в условиях экспериментально низких и высоких температур. Зависимость приведена на рис. 1. Исследования показали, что штамм Bacillus sp. ВКПМ В-5061 способен в условиях низких и высоких температур (от -10 до +5 оС в воздушной среде, и от +5 до + 65 оС в водной среде) очищать сточные воды от нефтепродуктов и фосфатов, приближая их содержание в стоках к установленным нормам предельно допустимых концентраций. Поэтому мы предложили добавлять микрофлору в сточную воду, что позволяет сохранить высокую эффективность работоспособности микроорганизмов. Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологической очистке почвы и сточных вод, касается использования штамма микроорганизма для деструкции нефтепродуктов и фосфатов в сточных водах и почве и может быть использовано для очистки почвы и сточных вод нефтехимических предприятий [2]. Для формирования гранулированного ила в лабораторных условиях использовали стеклянный биореактор вместимостью 4 л (высота 142 см, диаметр 6,0 см). В него внесли активный ил из очистных сооружений ООО «Тольяттикаучук» (рис. 2). )l{H3HeCTOHKOCTb MHKpOOpraHH3MOB, % BO::HaH Cpe::a BO3::yrHaH 0 5 0 0 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 to Рис. 1. Зависимость жизнестойкости микроорганизмов (%) от температуры (°С) РД-09 220В l=1420 мм, d=60 мм l=900 мм, d=120 мм l=1800 мм, d=90 мм l=1250 мм, d=80 мм Рис. 2. Исследование различных видов биореакторов в лабораторных условиях Объем ила 3,7 л (сухой остаток 10,5 г/дм3), объем осевшего осадка за 30 мин 98 %. В течение 4 месяцев производилось сбраживание и формирование плотного илового осадка в анаэробных условиях. Сток циркулировал в замкнутом цикле через слой ила со скоростью от 4 до 10 л в сутки. Ил периодически перемешивали при отключенной подаче стока, так как при постоянном перемешивании и циркуляции жидкости происходит вынос ила. Свежий ил имеет окраску от светло-желтой до коричневой, а через 25-30 дней при отсутствии воздуха ил делается черным, циркулирующий раствор становится прозрачным, увеличивается скорость оседания ила в колонке в 3-4 раза. При невысокой скорости пропускания раствора образуется прозрачный надиловый слой, около 30 % объёма колонки, однако при увеличении скорости циркуляции или перемешивании ил «взмучивается» и происходит его вынос. Ил, сброженный в течение 35 дней, после того как скорость его оседания в колонке стала постоянной, помещен в колонку вместимостью 6,2 л (высота 125 см, диаметр 8,0 см) и внесен штамм Bacillus sp. Через него стали пропускать сточные воды с ООО “Тольяттикаучук” при температуре 65-70 оС для проверки деструкционной способности по отношению к нефтепродуктам. В результате проведенного лабораторного исследования получена микрофлора, по своим свойствам способная увеличивать концентрацию до качества гранулированного ила. По физико-химическим показателям гранулированный ил должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 1. Экспериментально-теоретическая проработка и опытно-промышленные исследования штамма микроорганизмов рода Bacillus BKПM-5061 в производственных условиях проводились в несколько этапов. Предпринятая попытка дозировки микрофлоры в поток сточных вод через узловой канализационный колодец из переносной емкости покаХарактеристики гранулированного ила Таблица 1 Показатель Характеристика Внешний вид Слипшиеся бактерии активной биомассы образуют гранулы диаметром до нескольких миллиметров Содержание продуцента Концентрация гранулированного ила должна достигать 12-20 г/дм3(в обычных условиях концентрация активного ила составляет 2,5-3,5 г/дм3) Линейная (вертикальная) скорость подачи Не менее 0,5 м/ч Плотность гранулированного ила 1,08 г/см3 зала возможность снижения нагрузки на заводские очистные сооружения по фосфатам с 7 до 6 кг/ч и нефтепродуктам с 200 до 140 кг/ч за счет выявленной способности штамма Bacillus BKПM-5061 осуществлять биохимическую очистку в динамических условиях канализационного потока. Недостатком этого метода является повышенный расход вносимой культуры, транспортируемой на очистные сооружения, и включаемый в состав активного ила, а также технологическое несовершенство применяемого метода. Это и послужило основой активных разработок в данной области по подбору оборудования, применительно к существующим работающим системам, и селекционирования более активных штаммов для локальных способов переработки концентрированных стоков, ввиду того что стоки нефтехимических предприятий имеют достаточно высокую (30-70 оС) температуру, а существующие очистные сооружения не приспособлены к такому температурному режиму непрерывной работы, особенно в период максимальных производственных нагрузок и залповых сбросов. В течение длительного срока применения технологии очистки сточных вод имелась возможность изучить вариант использования биореактора для наработки гранулированного ила в производственных условиях и разработать методику доочистки сточных вод на локальных очистных сооружениях. Эксперименты проводились при температуре 25 °С. Ежесуточно из реактора отбиралось по 500 мл перемешанной иловой смеси и добавлялось 390 мл свежей сточной воды, 100 мг активного ила и 10 г штамма Bacillus sp. ВКПМ B-5061 (1:10). Все измерения проводились трижды в соответствии со стандартной методикой исследования воды и сточных вод. Величина рН измерялась с помощью рН-метра Crison micro pH 2000. Контроль содержания растворенного кислорода проводился кислородомером Jenway 9071. Концентрацию общего фосфора в воде измеряли фотометрически после окисления персульфата калия. Концентрацию общего фосфора в активном иле определяли с применением перхлорной кислоты. Нефтепродукты рассчитывали спектрометрическим методом на анализаторе АН-2. ХПК рассчитывали титриметрическим методом. Доза ила определялась после высушивания в течение 1 часа при температуре 105 °С. Иловый индекс рассчитывали после 30 мин отстаивания ила. Эксперименты с обычным и обогащенным активным илом проводились с целью возможности применения обогащенного штаммом Bacillus sp. ВКПМ B-5061 ила для повышения степени извлечения фосфора и нефтепродуктов в аэробных условиях. Извлечение общего фосфора и нефтепродуктов в экспериментах с обогащенным илом оказалось значительно более высоким (р<0,05), чем в случае с традиционным илом. Доза ила возрастала в ходе экспериментов в обеих системах (табл. 2). В конце эксперимента прирост ила по отношению к исходному значению был несколько выше в системе с обогащенным илом по сравнению с обычным илом. Среднее количество поглощаемого фосфора, Изменение характеристик илов во времени Таблица 2 Показатель Время(поступление сточных вод на очистку), ч Обычный ил Обогащенный ил штаммомBacillus sp. ВКПМ B-5061 Р, мг/дм3 0 3,60 3,62 ХПК, г/дм3 212,8 208,6 Доза ила, г/дм3 1,42 1,11 Нефтепродукты 1,68 1,66 Р, мг/дм3 24 3,12 2,68 ХПК, г/дм3 78,2 62,5 Доза ила, г/дм3 2,43 1,76 Нефтепродукты 0,46 0,18 Р, мг/дм3 48 3,04 2,04 ХПК, г/дм3 77,4 58,6 Доза ила, г/дм3 3,24 2,53 Нефтепродукты 0,28 0,11 отнесенное к дозе ила, в данном эксперименте оказалось более высоким в системе с обогащенным илом (2,71 мг Ро6щ/г), чем в системе с обычным илом. Штамм Bacillus sp. ВКПМ B-5061, вводимый в обогащенный ил, обнаруживает высокую способность к выживанию, размножению и внедрению в хлопья активного ила, хотя их размножение в системах с чередованием анаэробно/аэробных условий протекает несколько интенсивней. В традиционной системе общий фосфор, извлеченный из сточной воды, используется биомассой активного ила, тогда как в системе с обогащенным илом поглощение общего фосфора является результатом жизнедеятельности штаммов. Для наработки гранулированного ила был сконструирован биореактор (рис. 3) с комплектом вспомогательных помещений и оборудованием. На первом этапе производится наработка биологически активной массы, которая служит «затравкой» для основного процесса очистки. С этой целью в авторский биореактор загружается активный ил, к которому добавляется в определённой пропорции адаптированный к исходной среде штамм микроорганизмов для наработки гранулированного ила и подается концентрированная сточная вода. Время наработки ила 5-7 суток. Наработанный гранулированный ил вносится в сточную воду или на почву для деструкции биогенных веществ. Эффективность применения: улучшается очистка сточных вод и почвы от нефтепродуктов, фосфатов, взвешенных веществ, снижаются показатели ХПК и БПК20; повышается окислительная способность ила в 1,5-2 раза; гранулированный ил не теряет своей активности без регенерации более трех месяцев, а сам процесс безвреден для окружающей среды. Эффективность очистки сточных вод с применением гранулированного ила в условиях производства проверялась в центральной заводской лаборатории и лаборатории цеха № 102 ООО «Тольяттикаучук». Проведенные исследования позволили разработать методику получения ила и использования его для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Результаты анализа очищенных сточных вод на содержание фосфатов (по фосфору) и нефтепродуктов на выходе с БОС ООО «Тольяттикаучук» за период с 2001 по 2008 гг. представлены на рис. 4. Кроме того, под влиянием гравитационных сил появляется возможность удерживать большое колиЗагрузка ила 6 6 1 7 30с41нж Ду 50 9 30с41нж 5 Ду 100 4 Ду 32 2 Выгрузка гранулята 3 30с41нж 8 1 Ду 50 Рис. 3. Технологическая схема биореактора: 1 сварной корпус; 2 насос; 3 трубопровод подачи сточной воды; 4 трубопровод, рециркуляции биомассы; 5 штуцер выгрузки консорциума; 6 люк для загрузки; 7 запорно-регулирующая арматура; 8 всасывающий патрубок; 9 люк для очистки биореактора; 10 самотечный лоток сточных вод а б 6) 1-2008, 2-2007, 3-2006, 4-2005 2004, 6-2003, 7-2002, 8-2001 ro)ll 1-2008, 2-2007, 3-2006, 429=005, 5-2004, 6-2003, 7-2002 ro)ll 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2001. 2 2 1 1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 KoHUeHTpaUur Mr/Ky6.)lM 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 KoHUeHTpaUur Mr/Ky6.)lM Рис. 4. Остаточное содержание загрязнений в очищенных сточных водах: а фосфатов (по фосфору); б нефтепродуктов чество активной биомассы благодаря слипанию бактериальных клеток друг с другом. Данный биореактор служит для выработки гранулированного ила, а также может быть применен в качестве локальной очистки сточных вод от отдельного конкретного цеха [5]. Из рис. 4 видно, что после внедрения штамма выявлено улучшение очистки сточных вод по фосфору на 49,5 % и нефтепродуктам на 67,4 %. В результате проведенных исследований разработаны методика наработки и технические условия на применение гранулированного ила, а испытанный в производственных условиях штамм-активатор по деструкции нефтепродуктов и фосфатов Bacillus. sp. ВКПМ-5061 показал положительные результаты в очистке сточных вод. Эффект деструкции проверен: на ООО «Тольяттикаучук» 7.09.2003 г. и 17.06 2008 г. в цехе № 102; ООО «ТольяттиМеханикаСервис» 23 06.2008 г., ООО «Капитальное строительство и Реконструкция»08.08.2008 г. БИБлИоГРАФИЧЕСКИЙ СПИСоК Филенков, В.М. Патент 2204597 Россия; МКИ С 12 N 1/20; С 02 F 3/34, В 09 С 1/10. Штамм архебактерий Bacillus SP. ВКПМ В-5061 деструктор нефтепродуктов и фосфатов, используемый при очистке почвы и сточных вод [ Текст] / В.М. Филенков, А.Л. Каплан, А.В. Анциферов, А.Ю. Абрамов. Заявлено 05.03.2001; Опубликовано 20.05.2003. Бюл. №14. – З с. Анциферов, А.В. Разработка эффективной методики очистки стоков от нефтепродуктов [Текст] / А.В. Анциферов, В.М. Филенков // Известия Самарского НЦ РАН. – Самара, 2008. – С. 12-15. Gujer, W. The implementation of biokinetics and conservation principles in ASIM [Текст] / W. Gujer, T.A. Lansen // J. Water Scince and Technology. – 1995. Серебряков, Д.В. Анализ технологических решений, применяемых для локальной очистки поверхностного стока [Текст] / Д.В.Серебряков, В.Г. Пономарев, Б.Г. Мишуков // Вода и экология. Проблемы и решения. – 2002.– № 1. – С. 68-73. Филенков, В.М. Доочистка сточных вод на локальных очистных сооружениях от фосфатов, нефтепродуктов и азотистых биогенов [Текст] / В.М. Филенков, А.В. Анциферов // Московская международная научно-практическая конференция «Биотехнология: экология крупных городов». М.: ЗАО «Экспо-биохимтехнологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 15-17 марта 2010 г. С. 59-60. © Анциферов А.В., Филенков В.М., 2011

About the authors

A. V ANTsIFEROV

ООО «Тольяттикаучук»

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

инженер

V. M FILENKOV

Тольяттинский государственный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения

References

Supplementary files