CC BY
68
УДК 574.635+628.35.034.2
РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Молдагулова Н.Б.1, Хасенова Э.Ж.2, Алдынгурова Ф.Ж.3, Меркурьева С.Н.4, Салхожаева Г.М.5, Курманбаев А.А.6 ©
1К.в.н., 4 к.х.н., 5к.б.н., 6д.б.н.
1,2,6РГП «Национальный центр биотехнологии», г. Астана;
3'4ГКП «Астана су Арнасы», г. Астана;
5Евразийский Национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана
Аннотация
Разработан биотехнологический способ очистки сточных вод, предусматривающий замкнутый технологический цикл, обеспечивающее аэробное и анаэробное условия с использованием биопрепарата из специально отобранных микроорганизмов для ускорения процессов разложения.
Summary
A biotechnological process for the purification of wastewater, providing a closed technological cycle, providing aerobic and anaerobic conditions, using a bioproduct of specially selected micro-organisms to speed up the decomposition process.
Введение
Одним из основных требований современной водоохраной деятельности является повышение степени очистки сбрасываемых сточных вод, обезвреживание и утилизация отходов, образующихся на очистных сооружениях предприятий. Для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от целого ряда загрязнений широкое распространение получил метод биологической очистки.
В настоящее время научные исследования, посвященные очистке сточных вод, развиваются по нескольким направлениям - физико-химические, химико-биологические и биологические способы [1-5]. Биологические методы очистки сточных вод основаны на использовании биохимической активности микроводорослей и микроорганизмов.
Все биологические методы очистки сточных вод всегда требуют дополнительных исследований, что связано в первую очередь со специфичностью отходов в зависимости от источника загрязнения, разнообразием его химического состава и специфической микробной флоры данного загрязнения [6-8]. Необходимо отметить, что биологическая очистка сточных вод является наиболее универсальной, и благодаря этому способу избавления от ненужных загрязнений достигается максимально возможная степень очистки. В связи с этим, разработка биотехнологии очистки сточных вод крайне актуальна и требует более глубокого и детального изучения.
Цель работы заключается в разработке биотехнологического способа очистки городских бытовых сточных вод.
Материалы и методы исследований
В работе использовались классические микробиологические, а также следующие биохимические методы исследования.
Объектами исследований являются городские сточные воды г. Астана, илы и микроорганизмы различных таксономических групп.
© Молдагулова Н.Б., Хасенова Э.Ж., Алдынгурова Ф.Ж., Меркурьева С.Н., Салхожаева Г.М. Курманбаев А. А., 2016 г.
Взвешенные вещества мг/дм в сточной воде определяли по СТ РК 2015-2010 [9].
Химическое потребление кислорода (ХПК) мгО/дм3в сточной воде определяли по СТ РК 1322-2005 [10].
Биологическое потребление кислорода БПК5мгО/дм3в сточной воде определяли по ГОСТ 26449.2-85 [11].
Азот аммонийный мг/дм в сточной воде определяли по ГОСТ 26449.2-85 [12].
Результаты исследований
В 2015-2016 годы на базе Национального центра биотехнологии был разработан микробиологический препарат «Тазасу», изготовленный на основе 4 штаммов микроорганизмов, обладающих высокими протеолитическими, амилазными, липолитическими, антимикробными активностями влияющие на общее состояние воды. Препарат предназначен для очистки бытовых сточных вод и представляет собой концентрированную жидкость с добавлением консервирующих веществ.
Для повышения эффективности биопрепарата был разработан биотехнологический способ очистки сточных вод и утилизации иловой массы в бытовых стоках. Способ представляет собой замкнутый технологический цикл, обеспечивающий аэробное и анаэробное условия с использованием биопрепарата из специально отобранных микроорганизмов для ускорения процессов разложения. С этой целью использовали лабораторный колоночный биореактор, состоящий из аэробной и анаэробной зоны. Анаэробная зона состоит из пластиковых бутылок с крышками, соединенных между собой резиновыми шлангами, одетых на стеклянные трубки, имеющие входное и выходное отверстия для обеспечения движения воды. Аэробная зона колонки состоит из открытой емкости. В колоночный биореактор вносили 2,0 дм сточную иловую воду. При этом движение водной среды обеспечивается за счет перистальтического насоса, подключенного к установке. Насос обеспечивает непрерывную циркуляцию воды по всей системе. Создание аэробных и анаэробных условий катализирует метаболитическую активность микроорганизмов, тем самым способствуя процессу очищения воды. Биопрепарат «Тазасу» добавляли в обеме 2 см3 содержащего 200 000 кл микробной биомассы (рисунок 1).
Процесс очистки сточной воды оценивали по результатам ХПК, зольности, одновременно определяли запах по 6 бальной шкале по ГОСТУ 3351-74 и измеряли концентрацию клеток методом титрования по Коху. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Таблица 1
Изучение эффективности биопрепарата на лабораторном колоночном биореакторе
Отбор проб, сут. Запах ХПК 3 (мгО/дм ) ОМЧ, ^ (КОЕ/см3) Зольность,%
контроль 5 5684 6,21±0,08 76
ч\з 30 мин после внесения биопрепарата 5 5096 7,59± 0,22 78
1 сут. после внесения биопрепарата 4 3528 8,36±0,11 71
5 сут. после внесения биопрепарата 0 1568 8,09±0,23 64
7 сут. после внесения биопрепарата 0 784 6,74±0,14 52
10 сут. после внесения биопрепарата 0 47 6,24±0,18 31
В результате исследований было установлено, что на 7 сутки иловая вода по визуальной оценке осветлилась, объем иловой массы в воде уменьшился на 69%, также наблюдается заметное понижение показателя ХПК (5684 мгО/дм3-47 мгО/дм3). Кроме того, начиная с 5 суток отмечается отсутствие фекального запаха. По результатам микробиологического анализа в начале опыта наблюдается увеличение концентрации микробных клеток и на 7-10 сутки данный показатель стабилизируется.
Далее разрабатанный биотехнологический способ очистки сточных вод апробировали на базе КОС г. Астаны.
Для проведения испытания разработанного способа технологическую установку скоректировали. Для этого использовали 5 дм пластиковые бутыли, которые были соединены между собой резиновыми шлангами. Движение водной среды также обеспечивали за счет перистальтического насоса, подключенного к установке.
Для испытания использовали препарат «Тазасу» и поступающую в КОС сточную
33
воду в объеме 10 дм . Препарат вносили в дозе 1 500 000 кл на 10 дм загрязненной воды. При этом показатели исходной сточной воды по значениям: рН составило 6,89, температуру
0 3 3 3
12°С ХПК - 768 мгО/дм3, БПК- 165мгО/дм3,
растворенный кислород- 7,32мгО/дм , концентрация взвешенных веществ- 402 мг/дм3, ПАВ 3,23 мг/дм3, содержание биогенных
33
веществ по азот аммонийному- 19,38 мг/дм , азот нитритному- 3,13 мг/дм , азот нитратному - 1,06 мг/дм3, зольности 85%. Кроме химического состава нами была изучена и микробиологический состав воды до и после внесения биопрепарата. Биоценоз исходной воды представлен грибами с титром 6,04 ^ КОЕ/см3, количество молочнокислых бактерий
33
7,38 ^ КОЕ/см3, общее
количество микробных клеток 12,18 ^ КОЕ/см , дрожжи 4,80 ^
КОЕ/см3.
Предлагаемая система очистки проста в применении, а также не требует повторного внесения препарата (рисунок 2).
Рис. 2 - Биотехнологический способ очистки сточных вод
1) созданный лабораторный биореактор; 2) вода после внесения биопрепарата. 3) вода через 7 суток 4) вода через 10 суток
Продолжительность очистки в предлагаемом технологическом цикле составляет 10 суток. В период наблюдения за экспериментом проводили физико-химические и микробиологические анализы воды. Отбор пробы образциов иловой воды и химические анализы проводили сотрудники Аналитической лаборатории КОС через 1, 5, 7 и 10 сутки.
В результате было установлено, что содержание растворенного кислорода постепенно увеличивается, и составило в конце опыта 7,65 мгО/дм , такая же тенденция наблюдается в случае с азотом нитритным и нитратным 94 -97% соответственно. Улучшение качества водной среды также можно наблюдать по результатам динамики уменьшения показателей ХПК (88%), БПК (91%), фосфора (73,5%), концентрации азота аммонийного (94,3%) и иловой масса на 78%. Параллельно наблюдается снижения уровня ОМЧ на 3-4 порядка.
В целом по результатам эксперимента апробируемый биотехнологический способ и биопрепарат в период наблюдения показали хорошие результаты. Анализируя изменения химических показателей в эксперименте, отмечается положительная динамика снижения не только показателей ХПК и БПК, но и биогенных веществ, так как уменьшаются концентрации фосфора и азота аммонийного, при этом наблюдается повышение содержания азота нитритного и нитратного (за счет снижения концентрации азота аммонийного повышается концентрация содержания азота нитритного и нитратного). Также после внесения биопрепарата на 7 сутки уровень численности микробных клеток, дрожжей и грибов снижается на 3 и 4 порядка.
После обработки препаратом содержание анализируемых химических показателей сократилось до уровня, предусмотренного нормами. Выводы
Таким образом, разработанные биологический препарат «Тазасу» и биотехнологический способ очистки сточных вод апробированы на базе КОС «Астана су арнасы» г. Астана. Полученные результаты пилотного испытания подтверждают его эффективность биопрепарата в процессе очистки загрязненных вод. При этом биопрепарат позволяет значительно снизить уровень химической и биологической потребности в кислороде, взвешенных веществ, ПАВ и содержание биогенных элементов. После обработки препаратом за положенное количество времени содержание анализируемых химических показателей сократилось до уровня предусмотренного нормами.
Литература
1. Беляев А.Н., Васильев Б.В., Маскалёва С.Е., Мишуков Б.Г., Соловьёва В.А. Удаление азота и фосфора на канализационных очистных сооружениях // Водоснабжение и санитарная техника. -2008. - №9. - С. 38-43.
2. Губайдуллина Г. М., Жакитова Г.У. Изучение сорбционной способности пористых алюмосиликополифосфатов: тез.докл. науч. конф. молодых ученых «Научные достижения молодых ученых - химиков Казахстана». - Алматы, 2003. - С.64-65.
3. Тапалова А.С., Назаров Е.А., Калдарова Т. Использование неорганических сорбентов при очистке сточных вод в нефтяной промышленности // Молодой ученый. - 2014. - №4(1). - С. 1617.
4. Кузнецова Е. Г., Сарибекова Ю.Г. Влияние электроразрядной обработки на очистку сточных вод в процессах коагуляции и флокуляции// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. -2011. - Т. 4, - № 6(52). - С. 50-53.
5. Видякин М.Н. Очистка сточных вод с применением технологии мембранного биореактора // Экология производства. - 2009. - №3. - С. 63-66.
6. СТ РК 1963-2010 «Охрана природы. Гидросфера. Определение содержания нитритов в природных, сточных водах»
7. СТ РК ИСО 7890-3-2006 «Качество воды. Определение нитрата. Часть 3. Спектрометрический метод с использованием сульфосалициловой кислоты
8. СТ РК 2016-2010 «Охрана природы. Гидросфера. Определение содержания фосфатов в природных, сточных водах»
9. СТ РК 2015-2010. Наименование НД, Охрана природы Гидросфера Определение взвешенных веществ в поверхностных и сточных водах.
10. СТ РК1322-2005 Определение химического потребления кислорода (ХПК) мгО/дм3в сточной воде.
11. ГОСТ 26449.2-85 Определение биологического потребления кислорода БПК5мгО/дм3в сточной воде.
12. ГОСТ 26449.2-85 Определение азота аммонийного мг/дм3 в сточной воде
