CC BY
39ОБЗОРНЫЕ СТАТЬИ
УДК 573.6: 595.142.59
А.С. Сапаров1, В.М. Кан1, И.Н. Титов2
гКазахскмй научно-исследовательский Институт почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, г. Алматы, Республика Казахстан; kangsoil@mail.ru 2Владимирский государственный университет, г. Владимир, Россия; tit42@mail.ru;
Технология вермифильтрации позволяет производить очистку сточных вод быстро и просто при минимальных энергетических затратах, без использования дорогостоящего оборудования и при низкои стоимости. Вода становится чистои, детоксифицированнои, дезинфицированнои и может быть повторно использована для технических целеи, особенно в сельском хозяистве, ландшафтном дизаине и садоводстве. Это позволит сохранить огромные количества преснои воды. Технология подходит как для сельских, так и городских территориии может использоваться децентрализованно, что будет снижать нагрузку на станции очистки сточных вод.
Вода - это ресурс, имеющий экономическую ценность и определяющий устойчивость развития страны. Проблема охраны водных источников и доступа к питье-вои воде является важным приоритетом всего мирового сообщества. Не исключением является и Республика Казахстан, где дефицит водных ресурсов усугубляется их загрязнением. Практически на всеи территории страны имеет место недостаток водных ресурсов и загрязнение водных источников.
Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод в открытые
бов биологическои очистки сточных вод является повышенная техногенная нагрузка на окружающую среду за счет образующихся достаточно больших объемов избыточного активного ила, что ведет к необходимости применения оборудования по его переработке и хранению, использованию реагентов, применяемых в процессе обработки осадков сточных вод, строительства полигонов для захоронения образовавшихся осадков. Все это приводит к вторичному загрязнению окружающеи среды и необходимости использования дополнительных земель-
водоемы приводит к нарушению в них эко- ных ресурсов. Другой проблемой при
логического равновесия. В лучшем случае это сопровождается перестроикои биоценоза водоема с развитием наиболее толерантных форм, в худшем случае заканчивается полнои гибелью аэробных организмов и развитием процессов гниения. Поэтому обеспечение эффективнои очистки сточных вод для защиты водоемов от загрязнении является краине актуальнои задачеи.
Среди применяемых в настоящее время систем и принципов очистки сточных
использовании этих технологии является проблема выбросов вредных веществ, в том числе неприятно пахнущих, включая сероводород с уловленных в сточных водах осадков в атмосферу, и необходимость вследствие этого увеличения размеров санитарно-защитнои зоны - расстояния от очистных сооружении до жилых домов.
Кроме того, необходимость постоянного удаления вторичных загрязнении: сырого осадка из первичных отстоиников
вод едва ли не самое значительное место и избыточного активного ила из вторич-
занимают биологические методы. Одна- ных отстоиников не позволяет создать
ко, проблемои известных и широко замкнутыи технологически цикл очис-
используемых в настоящее время спосо- тки сточных вод.
Известны также способы биологической очистки, включающие два этапа -механическую очистку и биологическую очистку. На первом этапе удаляются нерастворимые в воде вещества во взвешенном состоянии, на втором этапе - то, что осталось от первого этапа - взвешенное и растворенное в стоках. Недостатками этого способа являются:
- образование вторичных загрязнении в виде сырого осадка в первичных отстоиниках на первом этапе;
- большие объемы избыточно активного ила, образующегося в процессе био-логическои очистки (вторичное загрязнение).
Новая биотехнология, в частности биологическая очистка сточных вод с помощью вермифильтрации с использованием дождевых червеи лишена всех выше указанных недостатков и может быть использована в коммунальном хозя-истве городов, поселков и различных отраслях промышленности и сельского хозяиства для очистки бытовых и промышленных сточных вод, содержащих биологически разлагаемые вещества. С помощью технологии вермифильтрации возможно быстро, рентабельно и экологически безопасно осуществлять очистку бытовых и промышленных сточных вод без образования ила и осадков сточных вод, без выделения запахов и парниковых газов при 100 %-нои регенерации воды
[1-4].
Впервые Hartenstein с сотрудниками [5] в 1984 году показали, что компостныи червь Еiseniafetidaй африканскии ночнои выползок Eudrillus eugeniae могут успешно использоваться в составе капельных биофильтров, что существенно улучшает эффективность их работы при очистке сточных вод.
В настоящее время для очистки сточных вод (бытовых и промышленных) в
некоторых странах мира успешно используется биотехнология вермифильтрации. Она обладает рядом некоторых преимуществ перед всеми традиционными способами очистки сточных вод. Эта технология была разработана профессором Хосе Тоха (JoseToha) в 1992 году в Чили. В последние годы она усиленно внедряется в практику очистки сточных вод в Чили, Индии, Китае, Мексике, Австралии и Бразилии [6].
Технология основана на способности дождевых червеи работать, как «биофильтры». Они поглощают органические и неорганические поллютанты из сточных вод, переваривают их и выделяют в виде своих экскрементов (копролиты) в окружающую среду. При такои переработке сточных вод (концентрированных или разбавленных) происходит утилизация поллютантов, находящихся в сточных водах, очистка сточных вод, их дезинфекция и детоксикация, а также трансформация органических и неорганических компонентов сточных вод в органо-минеральное высокоценное удобрение -вермикомпост и биомассу дождевых чер-веи, которая может затем служить сырьем для кормовои и фармацевтическои промышленности.
В настоящее время имеется несколько типов систем установок для вермифи-льтрации сточных вод.
Жариков [7] в 1998 году предложил использовать для частичнои предвари-тельнои очистки сточных вод от органических загрязнении отходов Камского целлюлозно-бумажного комбината систему фильтра-накопителя-отстоиника, которая получила название зоофильтр. В качестве фильтрующего материала используют кору. Для улучшения условии фильтрации на дно лотка помещают слои гравия. Слои коры сверху прикрывают металлическои решеткои для предотвра-
щения размыва струеи воды фильтрующего слоя (коры) и его всплывания. Поток сточных вод направляют на фильтрую-щии слои с помощью водоотводного лотка. После заполнения первои секции фильтра лоток удлиняют, чтобы вода поступала во вторую секцию и т.д. В заиленную 1 секцию фильтра помещают дождевых червеи в количестве 1-2 тысячи осо-беи для очистки коры от органических включении. Этот способ сочетает механическую очистку сточных вод с частичнои утилизациеи осевших на коре загрязнении при помощи дождевых червеи. В даль-неишем заилившиися фильтрующии элемент зоофильтра поступал на окончательную переработку вермикомпостиро-ванием.
Ли с сотрудниками [8] разработали и испытали пилотную установку вермифи-льтрации для очистки сточных вод, получаемых при гидросмыве свиного навоза. Она представляла собои емкость размером 5,0x2,5 м с решетчатым дном, в кото-рои находился работающии слои верми-фильтра высотои до 1 м, поддерживае-мыи нетканои синтетическои тканью. Вермифильтрующии слои состоял из смеси древеснои щепы (одна треть от общеи массы) и субстрата с дождевыми червями вида Eiseniaandrei (две трети от общеи массы), которыи был предварительно приготовлен из коры, щепы, торфа, соломы и вермикомпоста. Сточные воды, прошедшие через сито, для отделения твер-дои фракции свиного навоза, накапливались в резервуаре, а затем распылялись на поверхность вермифильтра. Популяция дождевых червеи увеличивалась на 30 % в течение 4-х недель, показывая на акклиматизацию вермикультуры. Численность популяции червеи достигала до 20 000 особеи/м2 вермифильтра. Показано, что при рециклинге сточных вод с помощью технологии вермифильтрации
происходило сокращение выбросов аммиака на 50 %. Авторы считают, что технология вермифильтрации может быть использована для рециклинга сточных вод свинарников. Очищенные сточные воды могут быть повторно использованы, а биомасса дождевых червеи и вермиком-пост могут быть проданы, чтобы компенсировать стоимость очистки воды и уменьшить объемы навоза на ферме. Собранная твердая фракция на сите может быть компостирована или вермикомпос-тирована, а затем ее можно использовать в качестве органического удобрения.
Tomar и Suthar [10] продемонстрировали потенциал новои системы вермифи-льтрации с использованием дождевых червеи вида Perionyxsansibaricus для очистки городских сточных вод, которая позволяла существенно снизить уровни содержания растворенных веществ (88,6 %), взвешенных веществ (99,8 %), ХПК (90 %), NO3-(92,7 %) и PO43" (98,3 %). Эти показатели были на 38,8; 20,8; 80,6; 50,8 и 144,6 % выше, чем таковые в контроле, соответственно.
Ghatnekar с сотрудниками [11] применили трехступенчатую технологию вер-микомпостирования в сочетании с систе-мои капельного биофильтра, в котором имелась популяция дождевых червеи вида Lumbricusrubellus, для очистки сточных вод производства желатина. Показано, что вода после вермифильтра показатели БПК и ХПК были снижены на 89,2 и 90,1 %, соответственно. Эта очищенная вода была использована для выращивания сине-зеленои водоросли спирулины.
В зависимости от степени загрязнения сточных вод и необходимого качества очищеннои воды можно использовать одноступенчатую или многоступенчатую системы вермифильтра. В принципе одна установка по вермифильтрации может произвести воду любои степени очистки с
помощью увеличения циклов обработки [6].
Вермикультура в составе вермифи-льтра при совместном взаимодействии почвенных микроорганизмов, иммобилизованных на биофильтре, способна в результате механизмов поглощения и биодеградации удалять из сточных вод органические и неорганические загрязнители по таким важнеишим показателям качества воды как БПК5 более, чем на 90 %, ХПК — на 80-90 %, растворенные вещества на 90-92 % и взвешенные вещества на 90-95 % [4].
Французская компания LombriTek écoinnovation (Монпелье) разработала так называемые Ломбристанции (дослов-но:Червестанция) для очистки сточных вод.Например, установка по вермифи-льтрации типа LombriAPL® способна производить очистку сточных вод от 200 до 500 жителеи, а комплексная Ломбристан-ция типа LombriSTEP® с вермифильтра-циеи жидкои фракции сточных вод после прохождения муниципальных стоков через сито для отделения твердых приме-сеи и вермикомпостированием этои твер-дои фракции способна производить очистку сточных вод от поселка от 1000 до 4000 жителеи. Эта компания использует в качестве вермикультуры смесь двух видов компостных червеи: Eisenia fétida и Eisenia andrei. Сама вермифильтрующая установка размещается в небольшом и компактном здании и подходит для любого климата (www.lombritek.com).
Титов и Ириков [12] запатентовали в России способ очистки сточных вод с помощью технологии вермифильтрации, которыи отличается тем, что в системе вермифильтра, содержащеи три слоя из камнеи размером до 7,5 см (высота слоя до 25 см), гравия размером до 4,5 см (высота слоя до 25 см) и мелкого гравия (1012 мм) с кварцевым песком, заменяется
на один слои из колецРашига высотои 90 см. Пилотная установка усовершенство-ваннои системы вермифильтрации для очистки сточных вод представляет собои коммерческую пластиковую емкость в 1 куб.м. в металлическои оплетке, заполненную кольцами Рашига высотои до 90 см, над которыми наслаивают слои садо-вои земли в 10 см, в которыи заселяют популяцию компостных червеи вида Eiseniafetidaйз расчета 10 кг биомассы червеи на куб.м.
Титов и др. [6] запатентовали в Казахстане способ очистки сточных вод с помощью технологии вермифильтрации. Пилотная установка усовершенствован-нои системы вермифильтрации для очистки сточных вод представляет собои коммерческую пластиковую емкость в 1 куб.м. в металлическои оплетке, заполненную снизу слоем камнеи размером до 7,5 см, высотои до 25 см, слоем гравия размером до 3,5 см, высотои до 25 см, над которыми наслаивается слои специально обработанного адсорбента (измельченного цеолита) в 10 см, над которым наслаивают слои садовоиземли в 10 см, в которыи заселяют популяцию компостных червеи вида Eiseniafetidaйз расчета 10 кг биомассы червеи на куб.м.В другом варианте пилотнои установки слои садовои земли в 10 см, в которыи заселяют популяцию компостных червеи вида Eisemafetidaиз расчета 10 кг биомассы червеи на куб.м., заменяется на слои компостированного коровьего навоза высотои 25-30 см, в которыи заселяют популяцию компостных червеи вида Eiseniafetida из расчета 10 кг биомассы червеи на куб.м. субстрата.
Необходимо отметить то, что система вермифильтрации не требует сложного и дорогостоящего оборудования, ее обслуживание требует минимальных энергетических затрат. Еще одним из важных преимуществ технологии вермифильтрации
является то, что отсутствует газообразование, отсутствуют какие-либо запахи, не образуются осадки сточных вод, что характерно для всех традиционных способов очистки сточных вод. Очень важно еще и то, что система вермифильтрации может работать децентрализованно, то есть на месте образования сточных вод (частные дома, коттеджи, отели, перерабатывающие предприятия и т. д.). Получаемая очищенная вода содержит в себе основные питательные вещества, что очень выгодно использовать ее для ирригации фермерских земель и в садоводстве.
Такие установки по вермифильтра-ции необходимо будет устанавливать непосредственно на станциях очистки сточных вод или на предприятиях на месте образования сточных вод. Преимуществами технологии вермифильтрации являются:
- низкая стоимость операции и обслуживания;
- требуется мало энергии;
- не образуются осадки сточных
вод;
- не используются химикаты;
- не требуется предварительная обработка сточных вод для отделения твердои фракции;
- образуются хозяиственно ценные побочные продукты утилизации сточных вод (высокогумусированное органическое удобрение вермикомпост и биомасса компостных червеи);
- очищенная вода обогащена питательными веществами (азотом, фосфо-
ром и калием) и микроэлементами и может использоваться для ирригации фермерских земель;
- процесс очень гигиеничен при полном отсутствии каких-либо запахов и без эмиссии парниковых газов.
Однако следует отметить те недостатки и ограничения, которые присущи даннои технологии. Прежде всего, она не предназначена для очистки сточных вод ряда промышленных предприятии. Сами установки по вермифильтрации сточных вод должны работать постоянно и непрерывно в течение всего года, то есть их нельзя их эксплуатировать при переработке сточных вод от предприятии, работающих сезонно, например, летние лагеря, кемпинги и т.п. Операторы по обслуживанию таких установок должны проходить специальное обучение.
Таким образом, технология вермифи-льтрации позволяет производить очистку сточных вод быстро и просто при минимальных энергетических затратах, без использования дорогостоящего оборудования и при низкои стоимости. Вода становится чистои, детоксифициро-ваннои, дезинфицированнои и может быть повторно использована для технических целеи, особенно в сельском хозя-истве, ландшафтном дизаине и садоводстве. Это позволит сохранить огромные количества преснои воды. Технология подходит как для сельских, так и городских территориии может использоваться децентрализованно, что будет снижать нагрузку на станции очистки сточных
вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Титов И.Н. Рециклинг бытовых и промышленных сточных вод с помощью вер-микультуры. Инновационная биотехнология вермифильтрации // Матер. VII Московского Междун. конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва. 19-22 марта 2013. М.: ЗАО «Экспо-биохимтехнологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013. С. 315-316.
2. Aguilera, M.L., 2003. Purification of wastewater by vermifiltration // Doctoral Thesis.University of Montpellier 2, France,.188 p.
3. Bouche, M.B., Soto, P., 2004. An industrial use of soil animals for environment: the treatment of organically polluted water by lumbrifiltration // In: Proceedings of the XlVth International Colloquium on Soil Zoology and Ecology, University of Rouen, Mont Saint Aignan, France. August 30-September 3. P. 1-13.
4. Sinha, R.K., Valani D. Vermiculture Revolution: The Technological Revival of Charles Darwin's Unherlded Soldiers of Manking.Nova Science Publishers Inc. 2011.328 p.
5. Hartenstein, R., D. L. Kaplan, E. F. Neuhauser. Earthworms and trickling filters. J.Water Pollution Control Federation. 1984. v.56, №3, P. 294-298.
6.Титов И. Н., Кан В.М., Титов Н.Н. Способ очистки сточных вод // Патентная заявка Республики Казахстан № 2013/0304.1 от 11.03.2013.
7.Жариков Г.А. Научно-методические основы биотехнологической переработки промышленных органических отходов и санации загрязненных почв // Диссертация доктора биологических наук. Москва. 1998.
8. Li, Y.S. , P. Robin, D. Cluzeau, M. Bouche, J.P. Qiu, A. Laplanche, M. Hassouna, P. Morand, C. Dappelo, J. Callarec. Vermifiltration as a stage in reuse of swine wastewater: Monitoring methodology on an experimental farm // Ecological Engineering. Vol. 32, Issue 4, 2008, P. 301-309.
9. Tomar P., S.Suthar. Urban wastewater treatment using vermi-biofiltration system.Desalination, Vol. 282, 2011. P. 95-103.
10. GhatnekarS.D., M.F.Kavian, S.M. Sharma, S.S. Ghatnekar, G.S. Ghatnekar, A.V. Ghatnekar.Application of Vermi-filter-based Effluent Treatment Plant (Pilot scale) for Biomanagement of Liquid Effluents from the Gelatine Industry // Dynamic Soil, Dynamic Plant. 2010. P. 83-88.
11. Ghatnekar S.D., M.F.Kavian, S.M. Sharma, S.S. Ghatnekar, G.S. Ghatnekar, A.V. Ghatnekar. Application of Vermi-filter-based Effluent Treatment Plant (Pilot scale) for Biomanagement of Liquid Effluents from the Gelatine Industry // Dynamic Soil, Dynamic Plant. 2010. P. 83-88.
12. Титов И.Н., Ириков О.В. Способ очистки сточных вод // Патентная заявка РФ № 2013116627 от 11.04.2013 г.
TYMH
Вермильтрация технологиясы - а;аба суларды тазартуды ;ымбат курылгыларды ;олданбаи жэне ете теменп багада, тез, эрi арты; энергетикалы; шыгынсыз ЖYргiзуге мумкшдж бередь Тазартылган су экологиялы; таза, уытсыз, курамында зиянды жукрасы жо; жэне ;аитадан техникалы; ма;сатта, эаресе ауыл шаруашылыгында, ландшафтты; дизаинда, бау-ба;ша шаруашылыгында ;олданыла алады. Бул кеп келемде тущы суды са;тап ;алуга мYмкiндiк бередi. Аталган технология ауылды;, сол сия;ты ;алалы; аума;тарга да сэикес келедi жэне орталы;тандырылган ЖYИе ретiнде де ;олданыла алады, бул ез кезегiнде агынды суларды тазалаитын станцияларга тYсетiн ^шт де азаитады.
SUMMARY
Technology of vermifiltration enables the treatment of the wastewater quickly and easily with a minimum expenditure of energy, without the use of expensive equipment and at low cost. Water is clean, detoxify, disinfected and can be re-used for technical purposes, especially in agriculture, landscaping and gardening. This will save huge amounts of fresh water. The technology is suitable for both rural and urban areas and can be used decentralized, which will reduce the load on the wastewater treatment plant.
