CC BY
26
ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ
ВОД СВИНОКОМПЛЕКСОВ
В статье представлены результаты исследований, полученные на промышленных анаэробных реакторах, которые позволили определить оптимальное время создания активных ассоциатов синтрофных бактерий и метаноген-ных архей при проведении анаэробного процесса биохимической деструкции коллоидных агломератов, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
Ключевые слова: сточные воды свинокомплексов, анаэробные реакторы, эффективность очистки в биореакторе.
I. Введение
Сточные воды свинокомплексов характеризуются присутствием большого количества взвешенных веществ и сложных органических соединений, которые относятся в классу трудноокисляемых и, следовательно, требующих длительного времени для биодеструкции [1, табл.40]. После задержания грубодисперсных примесей применение анаэробного биореактора на первой ступени узла биологической очистки позволяет снизить нагрузку на аэраци-онные сооружения второй ступени очистки. Кроме того, в сточных водах снижается общая токсичность, что позволяет значительно увеличить удельную скорость окисления в аэрационных сооружениях. Это связано с тем, что сложные органические соединения в анаэробном реакторе подвергаются четырем стадиям разложения [2]. На первой стадии жиры, углеводы, липиды, протеины в процессе гидролиза расщепляются до жирных кислот, сахаров и аминокислот. На второй стадии в процессе ацитогенеза эти соединения разлагаются до низкомолекулярных органических соединений, спиртов и альдегидов. Как правило, эти соединения уже не относятся к токсичным веществам и могут быть далее направлены на доочистку в аэрацион-ные сооружения, если объемы сточных вод не превышают 300 м3/сутки. Если объемы сточных вод более 300 м3/сутки, но менее 1000 м3/сутки, то необходимо проводить дальнейшее окисление в биореакторе до уксусной кислоты. Однако здесь необходимо учитывать, что одновременно образуется и молекулярный водород. На больших объемах сточных вод, как правило, используется и четвертая стадия - метаногенез, позволяющая получать метан, который направляется на сжигание.
Все стадии ферментативного разложения тесно взаимосвязаны и поэтому при выполнении проекта требуется четкое понимание особенностей классов органических загрязнений, характерных именно для данных сточных вод. При проектировании анаэробных биореакторов в технологической схеме очистки свинокомплексов необходимо учитывать суточную нагрузку по величине БПК5 на беззольное вещество всей биомассы, то есть иммобилизованного и свободноплавающего биоценоза. На второй ступени очистки и доочистки применение аэрационных сооружений являются гарантами получения значений контролируемых показателей на нормативном уровне.
Белопольский Леонид Марксович
Ген. директор ООО «Техномост Сервис», г. Москва
Опыт эксплуатации анаэробных биореакторов показал, что нагрузка не должна превышать ql < 260 мг
БПКполн/(гила сут.):
Чь
__^ех) Qсут.
где:
а1(1-5)№а+ ЖП)+ С6з'
- - нагрузка на ил, мг БПКполн/(гши сут.);
- а1 — доза ила, г/л;
- Ьеп — БПКполн. воды, поступающей в данную ступень, мг/дм3;
- и
БПКполн. воды, выходящей из данной ступени,
мг/дм3
объем сооружения, м3
- 8 - зольность ила.
Концентрация свободноплавающего активного ила в аэротенке, работающего после биореактора на второй ступени в режиме доочистки, в зависимости от температурного режима в биореакторе меняется от 1,8 г/дм3 до 3,0 г/дм3. При проектировании следует принимать величину а.1 = 2,0 г/дм3, так как на территории России зимний период около 6 месяцев, а биореакторы строятся в основном на открытых площадках. Кроме того, в аэротенках используется биозагрузка «Водоросль», которая способствует максимальному закреплению биоценоза с возрастом до 8 суток, который характеризуется низкими значениями плотности р =1,1г/см3 и зольности S «15-18%.
II. Постановка задачи. Целью исследований являлось определение оптимального времени создания активных ассоциатов синтрофных бактерий и метаногенных ар-хей для проведения анаэробного процесса биохимической деструкции коллоидных агломератов, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
III. Результаты исследований.
На первом этапе исследований необходимо было определить интервал значений величины БПК5 в воде, выходящей из биореактора, в зависимости от температуры поступающих сточных вод. Влияние температуры на эффективность очистки в биореакторе, работающем на первой стадии технологической схемы биодеструкции сложных органических веществ, представлены на рис. 1, 2.
Полученные результаты показывают, что при температуре воды в биореакторе 25-30°С получается достаточно стабильный результат величины БПК5 в выходящей воде на уровне 60-75 мг/дм3. Подогрев воды до температуры 32-35°С позволяет повышать эффективность биоразложения и снижать величину БПК5 очищенной воды до 25-40 мг/дм3.
Снижение температуры в распределительной чаше ниже 20 °С и отсутствие подогрева воды приводит к падению суммарной активности биомассы по всей технологической цепочке биореактор-аэротенк-вторичный отстойник на 40-54%. Но увеличение линейной скорости потока с помощью рецикла жидкости в 3 раза позволяет восстановить активность биоценоза.
Рисунок 1. Автоматическая запись изменений показателя температуры сточных вод, поступающих
в распределительную чашу биореактора
Ad-Hoc Trend 16.06.2009 1 1:47:03
90
*— )К | X г
г—-1 II и—^ 1
1-х Г
40 -1 —X 1
30
0
7.5.09 14.5.09 21.5.09 28.5.09 4.6.09 11.6.09
Рисунок 2. Автоматическая запись изменений показателя БПК5 сточных вод, выходящих из биореактора, и поступающих на вторую стадия очистки в аэрационном сооружении
Для увеличения эффективности процесса конверсии органических веществ, особенно находящихся в коллоидном состоянии, была использована методика последовательного подключения UASB-реакторов, позволившая разделить стадии биодеструкции. Одновременно это позволило создать более благоприятные условия для
наращивания и развития биомассы синтрофных и метано-генных микроорганизмов, активность которых лимитирует эффективность очистки в биореакторе. Контроль проводился по показателям БПК5 и редокс-потенциалу (табл. 1).
Таблица 1
Значения показателей БПК5 и Eh вод, выходящих из анаэробного реактора
№п/п Время биообрастания, сутки БПК5 очищенной воды, мг/дм3 Eh воды, мВ
1 Свободноплавающий биоценоз 200...280 - 70.(-80)
2 первые сутки 190...220 - 75.(- 85)
3 вторые сутки 160.180 - 75.(- 85)
4 третьи сутки 140.160 - 80.(- 90)
5 четвертые сутки 127.150 - 80.(- 90)
6 седьмые сутки 100.120 - 85.(- 97)
7 девятые сутки 90.115 - 90.(- 100)
8 одиннадцатые сутки 80.100 - 95.(- 100)
9 четырнадцатые сутки 80.90 - 100.(- 108)
10 шестнадцатые сутки 80.90 - 105 .(- 110)
Полученные результаты показали, что за одиннадцать суток практически формируется биомасса и наблюдается стабилизация контролируемых показателей, что говорит об отсутствии закисления среды в биореакторе при сбраживании сточных вод свинокомплекса. Следовательно, за этот промежуток времени формируются анаэробные сообщества, обладающие разнообразием ферментных систем и большой лабильностью метаболизма, способных разлагать не только широкий спектр химически устойчивых соединений, но и токсичных веществ, характерных для сточных вод свинокомплексов.
Таблица 2
Динамика процесса биообрастания загрузки «Водоросль» в анаэробном биореакторе_
№ п/п Время биообрастания, сутки Концентрация биомассы, г/м2
1 седьмые 57,2
2 девятые 84,8
3 десятые 114,3
4 двенадцатые 121,6
5 четырнадцатые 127,8
6 шестнадцатые 129,0
7 восемнадцатые 130,2
С целью увеличения концентрации биомассы в анаэробном биореакторе в работающем сооружении была закреплена кассета с биозагрузкой «Водоросль». Концентрация биомассы на этот момент в сооружении достигала С=6,1 г/л. Процесс закрепления и наращивания ила на загрузке отслеживался в течение 16 суток. Через каждые два дня от общей загрузки отрезался квадрат площадью 60*90 мм2, который и анализировался на прирост биомассы (табл. 2).
Полученная динамика биообрастания позволяет сделать вывод о том, что на биозагрузке «Водоросль» максимально можно получить 128-130 г/м2 активной биомассы. При этой концентрации иммобилизованной биомассы наблюдались снижения значений органических соединений в воде, выходящей из биореактора, по величине ХПК с 1700.2100 мг/л в присутствии только свободноплавающей биомассы до 610.650 мг/л по мере наращивания активного ила на загрузке (табл. 3).
Если сравнивать скорости биохимической деструкции органических соединений по высоте анаэробного биореактора, то появляется возможность объяснить увеличение степени очистки в присутствии иммобилизованного биоценоза (рис.3). Таким образом, высокие концентрации иммобилизованной биомассы, умноженные на высокие скорости окисления по высоте сооружения, позволяют повышать не только скорость биоразложения, но и снимать суммарную токсичность воды (табл.4).
Таблица 3
Значения величины ХПК воды, выходящей из биореактора, в присутствии биозагрузкой «Водоросль»
№п/п Время биообрастания, сутки ХПК воды, выходящей из биореактора, мг/л
1 свободноплавающий биоценоз 1800. .2100
2 первые сутки биообрастания 1600. .1720
3 вторые сутки биообрастания 1400. .1540
4 третьи сутки биообрастания 1000. .1320
5 четвертые сутки биообрастания 700. .910
6 седьмые сутки биообрастания 680. .770
7 девятые сутки биообрастания 650. .700
8 одиннадцатые сутки биообрастания 630. .700
9 четырнадцатые сутки биообрастания 620. .670
10 шестнадцатые сутки биообрастания 610. .650
Рисунок 3. Динамика изменения концентраций органических веществ в анаэробном биореакторе со свободноплавающей биомассой и иммобилизованным биоценозом
Таблица 4
Значения конт] полируемых показателей в воде, выходящей из анаэробного био реактора
Контролируемый показатель Среднее арифметическое Среднеквадратичное Дисперсия,
значение, х отклонение, ст ст2
ХПК, мг/л 610,4 ± 3,97 13,7
N-NH4+, мг/л 32,7 ± 1, 42 1,96
P-POl-, мг/л 19,8 ± 0,29 0,08
Eh, мВ - 100,0 ± 1,53 2,41
Р, мг БПК/ (гбз ила-ч) 21,2 ± 1, 96 2,72
IV. Выводы.
1. Доказано, что в анаэробных условиях имеется возможность достигать 80% деструкция органических соединений, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
2. Показано, что увеличение биомассы на носителе «Водоросль» позволяет повышать окислительную мощность комплекса анаэробно-аэробных сооружений, что приводит к сокращению продолжительности обработки сточных вод, более глубокой их очистке и уменьшению объемов сооружений.
3. Результаты исследований являются основой для планирования и формирования благоприятных
условий, позволяющих совершенствоваться биосистемам, что приведет к трансформированию активности всей системы.
Список литературы
1. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
2. Дроздов А.А., Дядя Г.И., Осипова О.В. Общая биология: учеб. пособие. М: Эксмо, 2007.- 319 с. ISBN: 978-5-699-21462-4.
ЗНАЧЕНИЕ ТРОФИЧЕСКОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ ЧЛЕНИСТОНОГИХ В ЭВОЛЮЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Чайка Станислав Юрьевич
Доктор биологических наук, профессор Московского, гос. университета имени М.В. Ломоносова
Выдающимся биологом прошлого столетия В.Н. Беклемишевым было убедительно показано, что трофическая специализация и ее эволюция имеют главенствующее значение в становлении паразитизма и развития гематофа-гии членистоногих [1, 2], а также в определении круга возбудителей болезней, передаваемых последними [3]. Не меньшее значение имеет эволюция трофики членистоногих для эволюции некоторых возбудителей болезней. Этот вопрос мы рассмотрим на нескольких примерах: 1) эволюции трофики высших двукрылых и эволюции нематод отряда Spirurida [5]; 2) эволюции трофики кровососущих членистоногих и эволюции арбовирусов [6]; 3) эволюции трофики блох и эволюции возбудителя чумы [4].
1. Анализ жизненных схем мух и нематод с учетом эволюции трофических связей мух с копытными животными, проведенный Н.А. Тамариной и Л.А. Хромовой, позволил установить изменение способов получения и передачи инвазии промежуточным хозяином (насекомыми) дефинитивному хозяину (копытным) [5]. При этом выделены 3 типа трехчленных паразитарных систем.
Триаду паразитарной системы I типа составляют нематоды подотряда Spirurata, Filaria, Sшfflaria - копытные животные - членистоногие (в том числе и мухи), ко-профаги и полифаги, связанные с экскрементами. В такой паразитарной системе паразиты локализуются в дефинитивном хозяине (позвоночном) в его пищеварительных органах и инвазионное начало (яйца со сформированной личинкой) выделяются с экскрементами. Следовательно, в жизненной схеме нематоды есть стадия яйца и его выход во внешнюю среду. Личинки мух поедают экскременты с
яйцами нематод и дальнейшее развитие нематод происходит одновременно с метаморфозом насекомого. В имаго мух образуется инвазионная личинка нематоды. Копытные заражаются через рот, поедая мух с растительности или при инвазии факультативными гематофагами.
Триаду паразитарной системы II типа составляют нематоды Spirurata и Filariata - копытные животные -мухи сем. Muscidae (факультативные и облигатные ге-матофаги). Передача инвазионного начала (личинок нематод) дефинитивному хозяину осуществляется факультативными гематофагами (мухами) при их питании на ранах животных, поскольку нематоды локализуются в коже хозяина и вызывают кровоточащие язвы или кратковременные кожные кровотечения - «сечения». Таким образом, паразит, проникнув в кровяное русло хозяина, непосредственно передается из организма дефинитивного хозяина в организм промежуточного хозяина.
Триаду паразитарной системы III типа составляют нематоды подотряда Filariata - копытные животные - двукрылые (облигатные гематофаги). Связь с кровью дефинитивного хозяина, сформированная с помощью мух - факультативных гематофагов, оказалась для эволюции филяриат решающим моментом. Расширение такого способа передачи филяриат стало возможным благодаря наличию облигатные гематофагов, с которыми сопряженно эволюционировали филярии. Это привело к смене способа инвазии промежуточного хозяина путем возникновения подвижного инвазионного начала - микрофиля-рии. Попав с кровью в организм промежуточного хозяина (мухи), микрофилярии проникают к хоботку и при крово-
