INPROVEMENT OF INDUSTRIAL WASTES CLEARING ON BIOLOGICAL TREATMENT PLANTS

Full Text

Актуальность повышения качества очистки промышленных сточных вод для существующих биологических очистных сооружений (БОС) заключается в том, что требуется или проведение реконструкции БОС, или новое строительство. Повышение качества очистки сточных вод, как правило, достигается применением физико-химической очистки и мембранных технологий, что повышает себестоимость очистки в 3-5 раз. Для этих целей одним из перспективных направлений повышения степени очистки является подбор и использование микроорганизмов для очистки промышленных сточных вод, загрязненных металлами и нефтепродуктами. Высокий научный и коммерческий потенциал, полезность бактерий микроорганизмов для развивающейся биотехнологии, прежде всего как нефтеокисляющих микроорганизмов, обусловливают необходимость совершенствования методов их культивирования для получения активной культуры. Нами проведено исследование по подбору консорциума в аэробных условиях с помощью активного ила, обогащенного культурой прокариотических микроорганизмов, для повышения степени биологической очистки сточных вод. Для лабораторно-стендовых испытаний, в соответствии с условиями исследования, выбраны: штамм бактерий Pseudomonas sp. N-114, штамм бактерий Bacillus acidocaldarius, штамм бактерий Bacillus stearothermophilus, коллекционный производственный штамм прокариотических микроорганизмов архебактерий-термофилов (Bacillus sp. ВКПМ - 5061). Все выбранные штаммы являются деструкторами нефтепродуктов. Данные штаммы представлены на рис. 1. Наиболее близким к предложенному является способ применения ассоциации микроорганизмов под названием Devouroil, заключающийся в создании консорциума микроорганизмов, в состав которого входят как липофильные, так и гидрофильные микроорганизмы, позволяющие производить эффективную очистку поверхности воды и почвы от загрязнения нефтепродуктами. Задача по повышению эффективности биологической очистки сточных вод - создание консорциума _микроорганизмов, активно окисляющего нефтепродукты как в зоне контакта с водой, так и непосредственно в нефтяной пленке, способного утилизировать широкий диапазон углеводородов нефти как в пресной, так и в засоленной экосистеме. Поставленная задача решается тем, что в состав консорциума микроорганизмов добавляются бактерии, представленные как липофильными (Bacillus sp. ВКПМ В-5061), так и гидрофильными (Рseudomonas) культурами. 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. Полученный штамм Bacillus sp. ВКПМ В-5061 характеризуется следующими культурально-морфологическими признаками: бактериальные прокариотные клетки - закругленные грамотрицательные полиморфные палочки, подвижные (движутся при помощи полярных жгутиков). 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). В эксперименте колонии данного штамма на агаре (75 °С; 24 ч) круглые с диаметром до 1,5 мм, выпуклые, влажные, не имеющие тенденции к слиянию, слегка фосфоресцирующие, но не окрашивающие среду. Физиолого-биохимические признаки: в эксперименте анаэроб с высокой температурой роста до 70 °С, оптимальная температура роста 25-45 °С, рН 6,2-8,6. При нейтральном рН наблюдалось разжижение крахмала. Экспериментальные исследования показали, что штамм Bacillus sp. ВКПМ В-5061 обладает более высокой (в 1,5-2) раза деструкционной активностью в отношении нефтепродуктов и металлов. Преимущества штамма - высокая степень деструкции нефтепродуктов при очистке промышленных 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 аварийным сбросом промышленных сточных вод с температурой более 45 °С и высоким содержанием ХПК более 1500 г/дм3, были выявлены температурные пределы жизнестойкости микроорганизмов. График зависимости приведен на рис. 2. При содержании ХПК от 1500 до 4042 мгО2/дц3 штамм Bacillus sp. ВКПМ - 5061 не теряет своей активности. Для наработки консорциума был сконструирован биореактор (рис. 3), с комплектом вспомогательного оборудования (табл. 1). В стальной биореактор (рис. 3), изготовленный по разработанным чертежам, производилась загрузка активного ила из вторичных отстойников на 30 % объема емкости и добавлялся штамм Bacillus sp. ВКПМ B-5061, наработанный в лабораторных условиях. Сточные воды подавались в реактор снизу, проходили слой активного ила и выводились сверху. Водообмен в емкости на первой стадии формирования консорциума составлял 10-12 м3/сут. При этом условии не происходило выноса ила с биореактора и создавался режим для окислительных процессов, что приводило к уменьшению количества нефтепродуктов, фосфатов, взвешенных веществ, а также снижало ХПК и БПК в сточных водах. Циркуляция иловой смеси осуществлялась по замкнутой схеме: биореактор - насос - низ биореактора. По окончании наработки консорциума (определялась _процентом содержания штамма путем микроскопирования, которого должно быть не менее 25 %) 50 % консорциума сливалось в самотечный лоток и поступало в аэротенки. Биореактор заполнялся до полного объема активным илом и В биореакторе для получения объективных данных очистки сточных вод применялась сточная вода одного состава. Время очистки равнялось 19,2 ч. Качество консорциума определялось по расчету степени очистки сточной воды в биореакторе. Для выбора оптимального соотношения активного ила со штаммом проводилось испытание с различными пропорциями штамма. После внесения в активный ил штамма осуществлялось микроскопирование консорциума для определения процентного отношения штамма в активном иле. Эксперименты проводились при температуре 23-25 °С. Состав вводимой в реактор смеси составлял: активный ил со штаммом - 30 %; сточная вода - 70 %. Концентрация штамма в консорциуме изменялась при каждом исследовании с 1 до 13 %. Увеличение концентрации штамма достигалось добавлением штамма и выдерживанием его с активным илом в Проведенные испытания в биореакторе штамма-активатора Bacillus sp. ВКПМ-5061 определили положительные результаты в очистке сточных вод, при этом консорциум с добавлением штамма Bacillus sp. ВКПМ-5061 в пределах 7,4-13,5 % имеет наилучшие результаты в очистке сточных вод по следующим показателям: БПКполн - на 43 %, ,взвешенным веществам - на 46 %, фосфатам - на 31 %, нефтепродуктам - на 61 %, формальдегиду - на 86 %, никелю - на 90 %, титану - на 33 %, алюминию - на 73 %, метанолу - на 16 %. ч. Настоящими исследованиями доказана возможность и целесообразность применения этого консорциума на действующих БОС по очистке промышленных сточных вод нефтехимических производств. При проведении испытаний на БОС с применением консорциума получены положительные результаты по качеству очистки сточных вод. Прозрачность надиловой воды повысилась с 19,3 до 40 см, что значительно улучшило работу вторичных отстойников. Анализ осаждения ила выявил более высокую скорость уплотнения ила в аэротенке с консорциумом на 22,7 %, что позволит улучшить работу вторичных отстойников по отделению ила и понизить содержание взвешенных веществ на выходе с отстойника. Сравнительные данные осаждения осадка представлены на рис. 4. Сравнительный анализ с обычным и обогащенным активным илом показал эффективность применения штамма Bacillus sp. ВКПМ B-5061 для повышения степени очистки сточных вод [3]. Извлечение нефтепродуктов в экспериментах с консорциумом оказалось значительно более высоким, чем в случае с традиционным илом. Среднее количество поглощаемых загрязняющих веществ в данном испытании оказалось более высоким в системе с консорциумом, чем в системе с обычным илом. Эффективность очистки сточных вод показана в табл. 2. Изменение качества очистки сточных вод с применением штамма-активатора представлено на рис. 5, 6. Установлено, что количество поглощаемых загрязняющих веществ в данном испытании оказалось более высоким. Эффективность очистки сточных вод повысилась по следующим показателям, % нитрит- ион - 64,2, СПАВ анионоактивный - 88,4, нефтепродукты - 70,5, формальдегид -90,4, цинк - 64,2, никель - 87,5, алюминий - 96, ХПК - 51,2.

About the authors

Alexander Viktorovich ANTSIFEROV

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Vladimir Mikhaylovich FILENKOV

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files