CC BY
52
УДК 628.351
С. В. Суслова, А. С. Сироткин
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ
Ключевые слова: токсичность, ионы тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества, сточная вода,
локальная очистка, дегидрогеназная активность.
В статье обсуждаются результаты лабораторных исследований биологической очистки реаль-ных сточных вод гальванического и оптического производств ОАО «Казанский оптико-механический завод». На основании данных дегидрогеназной активности активного ила и его гидробиологического анализа проведена оценка эффективности биологической очистки сточных вод оптико-механического производства в условиях различных схем смешения отдельных потоков сточных вод.
Keywords: toxicity, ions of heavy metals, synthetic surfactants, waste water, local treatment, dehydrogenase activity.
In article the results of lab investigations for biological waste water treatment from galvanic and opti-cal production of JSC "Kazan optical & mechanical plant" are discussed. Based on data of dehydrogenase activity for active sludge and its hydrobiological analysis the effectiveness of biological waste water treatment from optical & mechanical production under the different schemes for mixing of the separate waste water was estimated.
Введение
Крупные химические, нефтехимические, приборостроительные и другие предприятия промышленности образуют сточные воды, которые после очистки поступают в водные объекты. В водные объекты Республики Татарстан ежегодно сбрасывается более 700 млн. м3 сточных вод, с которыми поступает свыше 600 тыс. тонн загрязняющих веществ, оказывающих токсическое действие на животный и растительный мир водоемов, а также на человека [1]. Со сточной водой в водоемы часто попадают тяжелые металлы, которые являются ядами кумулятивного, канцерогенного и мутагенного действия, поэтому должны подвергаться глубокой очистке.
В то же время сточные воды некоторых промышленных производств содержат примеси, обладающие различными физико-химическими свойствами. В связи с этим актуальным является поиск возможностей разработки и реализации процессов очистки СВ с использованием сточных вод различных производств, при смешении которых могут протекать реакции нейтрализации, окисления, восстановления, комплексообразования с участием поллютантов, наблюдаться процессы коагуляции, флокуляции, хемосорбции с выделением продуктов взаимодействия примесей чаще всего в виде твердой дисперсной фазы.
Поиск возможностей и разработка технических решений, позволяющих использовать физико-химические особенности отдельных стоков различных промышленных производств для повышения эффективности очистки смешанных химически загрязненных сточных вод и снижения техногенной нагрузки на открытые водоемы, является актуальной задачей.
В работе исследуются сточные воды гальванического и оптического производств ОАО «Казанский оптико-механический завод», содержащие компоненты с различными физико-
химическими свойствами, что позволяет обеспечить снижение токсичности смешанного стока и повышение эффективности их дальнейшей биологической очистки.
Экспериментальная часть
Очевидно, что смешение отдельных потоков сточных вод различных производств ОАО «КОМЗ» в канализационном коллекторе осуществляется по трассе движения сточной воды в сложившемся порядке расположения производств в производственном цикле. Смешение наиболее токсичных потоков оптического производства и гальванического цеха происходит практически на выходе сточных вод с территории предприятия и подачи их на биологические очистные сооружения.
В качестве одного из путей снижения токсичности сточной воды был предложен способ локальной совместной обработки сточных вод гальванического и оптического цехов до их попадания в общезаводской коллектор [2]. При этом было отмечено значительное снижение токсичности сточной воды, очевидно, вследствие взаимодействия ионов тяжелых металлов и СПАВ, выявленное в результате исследований модельных растворов сточных вод методом ЭПР.
Предлагаемая схема, являющаяся опытной, предусматривает смешение токсичных стоков гальванического цеха и оптического производства между собой непосредственно после их образования с последующим смешением объединенного стока этих двух производств со сточной водой других цехов и производств в канализационном коллекторе. Данная схема была имитирована в лабораторных условиях для исследования процесса аэробной биологической очистки полученных потоков сточных вод сообществом активного ила.
Таким образом, целью настоящей работы являлось экспериментальное подтверждение снижения токсического воздействия смешанного стока в
условиях изменения схемы смешения отдельных производственных потоков для микроорганизмов биологических очистных сооружений.
В ходе исследований качество поступающей и очищенной воды определялось по значениям ХПК, СПАВ, а также по содержанию ионов металлов, доминирующих в сточных водах, с использованием стандартных аналитических методик.
Данные исследования позволили определить зависимость качественного и количественного состава очищенной сточной воды от последовательности смешения отдельных потоков сточных вод. При этом проводился сравнительный анализ эффективности процесса биологической очистки в контрольном (по традиционной схеме смешения) и опытном (по опытной схеме смешения) аэротенках. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты биологической очистки сточных вод
Наименование определяемого вещества Поступающая сточная вода Очищенная сточная вода
Контрольный аэротенк Эффективность, % Опытный аэротенк Эффек тив- ность, %
ХПК, мг/л 110 33-36 68,6 10-14 80,0
Хром, мг/л 0,205 0,020,064 79,5 0,0050,028 92,0
Медь, мг/л 0,115 0,02-0,05 69,6 0,0090,03 83,0
Никель, мг/л 0,320 0,060,098 75,3 0,0180,06 87,8
СПАВ, мг/л 0,318 0,070,132 68,2 0,05-0,09 78,0
рН 7,7 7,6 - 7,4 -
Как следует из полученных результатов, эффективность очистки сточной воды, поступающей на очистные сооружения, выше по всем анализируемым показателям в случае использования предлагаемой схемы смешения потоков, на 10-14% по сравнению с традиционной схемой.
В связи с полученными данными возникла необходимость оценки возможного угнетения микробной активности активного ила из-за ингибирова-ния культур активного ила большим количеством поглощенных металлов. Как было показано выше [2], металлорганические (Ме-СПАВ) комплексы, образующиеся в результате предварительного локального смешения потоков гальванического и оптического производств по предложенной схеме, обладают значительно более низкой токсичностью, чем индивидуальные компоненты сточной воды.
Справедливой может быть гипотеза о том, что биодеградация СПАВ в составе поглощенных комплексов адаптированными микроорганизмами в процессе биологической очистки может привести к проявлению высокой токсичности металлов, освобожденных из комплексов. Проверке этой гипотезы
было посвящено выполнение следующего экспериментального этапа.
Оценка эффективности биологической очистки сточных вод оптико-механического производства в условиях отъемно-доливного культивирования
В процессе биологической очистки реальных сточных вод, полученных по традиционной и предлагаемой схемам смешения, основным параметром анализа эффективности деятельности микроорганизмов активного ила являлась дегидрогеназ-ная активность микробного сообщества активного ила (ДАИ).
В качестве токсикантов, снижающих дегид-рогеназную активность, выступали ионы тяжелых металлов (Си (II), № (II), & (VI)).
В ходе экспериментов качество очищенной воды анализировалось также по значениям ХПК с использованием стандартных аналитических методик.
Замена сточной воды производилась с периодичностью 2-3 раза в сутки, каждые 6-10 часов.
Отбор проб и анализ проводился на1-е, 3-е, 8-е и 14-е сутки.
Изменение ДАИ в ходе эксперимента представлено на рисунке 1.
Сравнение изменения удельной ДАИ активного ила в ходе биологической очистки, смешанных по различным схемам, сточных вод
О 2 4 6 & 10 12 м 16
Рис. 1 - Изменение дегидрогеназной активности в исследуемых образцах и в контрольной пробе
Из графика видно, что первые трое суток дегидрогеназная активность увеличивалась, к восьмым суткам активность ила в пробах с реальной сточной водой, смешанной по различным схемам снизилась до критической отметки, и до окончания эксперимента сохранялась на таком уровне.
Одним из важнейших факторов исследования состояния активного ила является гидробиологический анализ, поскольку он определяет состав, количественное распределение и своеобразие организмов активного ила.
Изучение индикаторных организмов, характерных для биоценоза активного ила очистных сооружений, по ходу проведения эксперимента, проводилось при помощи светопольной микроскопии. Для исследования микроорганизмов активного ила с помощью микроскопирования, использовался метод "живой" капли под покровным стеклом. Наблюде-
ния проводились не менее 5 раз для каждой пробы. Микроскопирование выявило присутствие таких организмов, как коловратки, черви, дафнии, прикрепленные инфузории (рис. 2). Известно, что при токсичном воздействии соединений металлов на биоценоз активного ила, в первую очередь исчезают такие биоиндикаторные организмы как, в частности, коловратки [3], поэтому сравнение токсического действия металлов на биоценоз активного ила при различных схемах смешения проводили на основании их подсчета в исследуемом иле. Сравнительные результаты микроскопирования представлены в таблице 2.
Рис. 2 - Биоценоз активного ила очистных сооружений ОАО «КОМЗ»
Таблица 2 - Результаты микроскопирования активного ила
Время, Коловратки в активном иле,
сут число особей
традиционная предлагаемая контроль
схема схема
1 1 5 1
2 2 4 1
7 Не обнаружены 1 2
8 Не обнаружены Не обнаружены 2
9 Не обнаружены Не обнаружены 1
13 Не обнаружены Не обнаружены 1
Данные экспериментальных исследований позволяют сделать вывод, что металлы в составе сточной воды, полученной по предлагаемой схеме, оказывают ингибирующее действие для окислительно-восстановительных ферментов микроорганизмов активного ила на уровне, не превышающем такое ингибирование по традиционной схеме.
При этом полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность очистки сточных вод при смешивании по предлагаемой схеме повышается не столько за счет увеличения сорбции ионов металлов активным илом, сколько за счет того, что металлы и СПАВ могут образовывать нерастворимые соединения в виде мелкодисперсных частиц, которые выводятся во вторичном отстойнике с активным илом. Для подтверждения данной гипотезы требуется проведение дополнительных исследований.
Литература
1 Е.Л Леснова, Н.Н. Смирнова, С.В. Фридланд, Вестник Казанского технологического университета, 10, 137-139 (2014).
2 С.В. Суслова, А.С. Сироткин, Д.Г. Хузяшева, В.И. Морозов, Вестник Казанского технологического университета, 6, 11, 54-60 (2011).
3 Н.В. Демина, Н.В. Ионина, Рекомендации по проведению гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с аэротенками. Методическое пособие. ОГУ "Аналитический центр", Пермь, 2004. С. 12.
© С. В. Суслова - соискатель кафедры промышленной биотехнологии факультета пищевых технологий КНИТУ, [email protected]; А. С. Сироткин - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной биотехнологии факультета пищевых технологий КНИТУ, [email protected].
© S. V. Suslova, postgraduate student of the department of industrial biotechnology of the KNRTU, [email protected]; A. S. Sirotkin, Department of Industrial Biotechnology of the KNRTU, [email protected].
