СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК C02F3/34 C12N1/20 

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод, загрязненных органическими веществами, и может быть с успехом реализовано на любых предприятиях (химических, нефтехимических, биотехнологических), нуждающихся в очистке производственных и бытовых сточных вод и заинтересованных в совершенствовании существующих технологий.

Известен способ очистки сточных вод, включающий окисление содержащихся в ней фенолов. В качестве окислителей могут быть использованы кислород воздуха в нейтральных или щелочных средах, перексид водорода, озон в присутствии фенолоксидазы или лакказы (авт. св. СССР 1711669, кл. С 02 F 3/30, 19.03.87).

Указанный способ не обеспечивает эффективной очистки сточной воды и требует использования дорогостоящих ферментов и применения сложного оборудования.

Известен способ биологической очистки сточных вод, включающий биологическую сорбцию и окисление в биоценозе активного ила путем аэрации смеси сточной воды и активного ила, отделение его от очищенной воды и задержку ила путем многократных последовательных процессов флокуляции частиц ила с помощью биологически активной пленки и их гравитационного осаждения, возврат вспухшего ила на стадию аэрации (авт. св. РФ 2146231, кл. С 02 F 3/34, С 12 N 1/00, 1/20, 13/00).

Основным недостатком данного метода является то, что он требует значительных затрат электроэнергии. Кроме того, необходимо наличие специалиста-микробиолога для оценки качества используемого ила.

Наиболее близким к предлагаемому методу является способ очистки почвы, природных и сточных вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием биопрепаратов, который осуществляется за счет высокой численности жизнеспособных микроорганизмов в биопрепаратах, а также за счет специальных добавок биологически активных веществ (витамины, биотин, фолиевая кислота, никотинамид и т. д.). В качестве биопрепаратов используют отдельные штаммы микроорганизмов или консорциумы микроорганизмов (Rhodococcus maris, Pseudomonas stutzeri, Yarrowia lipolytica). Для сохранения биомассы в активном состоянии необходима предварительная подготовка, включающая обработку.микроорганизмов физиологическими методами. Это достигается следующим образом. За 12 ч до конца процесса наращивания биомассы в питательную среду добавляют NaCl в конечной концентрации 3,5%. За 6 ч до конца процесса культивирования содержание NaCl в питательной среде поднимают до 7%, биомассу сепарируют до плотности микроорганизмов 1•10¹¹ - 5•10¹² кл/мл. Далее в полученную биомассу добавляют NaCl до конечной концентрации 10%, специальные добавки биологически активных веществ (витамины) и осмопротектор (бетаин). Биомасса охлаждается и хранится в виде суспензии при температуре (-10)-(-1)^oС в специальных термоконтейнерах (авт. св. РФ 2114071, кл. С 02 F 3/34, 22.05.97).

Недостатком данного метода является то, что, несмотря на высокую эффективность такой очистки, использование ее на практике связано с рядом затруднений:
- значительные временные затраты для приготовления биопрепарата;
- использование дорогостоящего сырья и технологического оборудования.

Задачей изобретения является снижение времени очистки сточных вод при использовании дешевого сырья и доступного для большинства предприятий оборудования.

Поставленная задача достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод от загрязнений (фенолов), включающего внесение предварительно подготовленных биопрепаратов в очищаемую среду при положительных значениях температуры, согласно изобретению, в качестве биопрепарата используют биомассу бактериальной природы Bacillus megaterium, являющуюся отходом производства ферментного препарата мегатерин, в количестве 80÷90 г/л. Целесообразно процесс очистки проводить при рН 7÷9. Рекомендуемое время обработки природных и сточных вод - 30÷40 мин. Ферментный препарат мегатерин (щелочная протеаза) предназначен для применения в качестве биокатализатора при получении подсластителя аспартама. Мегатерин получают путем культивирования микроорганизма Bacillus megaterium на питательной среде, содержащей дрожжи кормовые, муку кукурузную, кальций хлористый, натрия гидроокись. По окончании процесса ферментации целевой препарат выделяют, очищают и сушат, а отход производства - биомассу клеток, отделенную от нативного раствора, подвергают в заводских условиях термической обработке при (135±2)^oС в течение (60±1) мин, и применяют в заявляемом способе как биосорбент. (Опытно-промышленный регламент на производство ферментного препарата мегатерин. ОПР 29-94. Утвержден 04.10.94. Вышневолоцкий завод ферментных препаратов). Биомасса представляет собой клетки продуцента, содержащие в основном биополимеры, включающие белки, липиды, а также остаточные количества целевого продукта и неиспользованные компоненты питательной среды (хлористый кальций, кормовые дрожжи).

Установлено, что увеличение концентрации биомассы, при равных исходных концентрациях фенола, сопровождается закономерным снижением остаточного содержания фенола в растворе. Лучше всего процесс сорбции проходит при содержании сорбента в растворе, равном 80÷90 г/л. При уменьшении количества биопрепарата ниже 80 г/л процесс очистки проходит недостаточно полно. При использовании большего количества биопрепарата становятся затруднительными процесс перемешивания суспензии и процесс разделения биомассы от сточных вод. Наиболее эффективно процесс очистки проходит в температурном интервале от 0 до 25^oС (см. табл.1). Повышение температуры инкубационной среды значительно понижает сорбционную активность препарата. При минусовых температурах образуется смерзшаяся масса, поэтому проведение процесса невозможно. Наиболее полно сорбция проходит в интервале рН 7÷9. Уменьшение или увеличение рН не позволяет более полно концентировать фенолы (см. табл.2). Максимальное количество загрязнений утилизируется в течение 30÷40 минут. Более длительная обработка не дает каких-либо значительных изменений.

Данный способ поясняется графиками результатов проведения процесса, где на фиг. 1 - зависимость интенсивности сорбции от концентрации биопрепарата, на фиг.2 - кинетика процесса сорбции фенолов биомассой.

Способ осуществляется следующим образом: сухую биомассу Bacillus tegaterium (отход производства ферментного препарата мегатерин), полученную с завода-производителя, обрабатывают 2%-ным раствором NaOH (для удаления гидрофобных загрязнений), затем промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод и высушивают. При использовании сильного раствора щелочи увеличиваются временные затраты на обработку биомассы дистиллированной водой.

Навеску биосорбента помещают в водный раствор, содержащий фенол. Смесь выдерживают 30 мин при комнатной температуре. Процесс интенсифицируют с помощью перемешивания. Затем смесь отфильтровывают. Фильтрат используют для дальнейшего анализа. Фенолы, содержащиеся в биомассе, могут быть подвержены дальнейшей деградации методом биоконверсии. За процессом сорбции следят по изменению концентрации фенола в воде. Для определения концентрации фенола фотоколориметрическим методом используют реакцию с диазотированной сульфаниловой кислотой, в результате которой образуются окрашенные комплексы, поглощающие в области 490 нм.

Пример 1. В аэротенк, содержащий обработанную биомассу Bacillus megaterium - отход ферментного препарата мегатерин - в количестве 90 г/л, подают сточные воды, содержащие фенол в концентрации 100 мг/л. Процесс концентрирования фенолов осуществляется при 15^oС и рН 8. Процесс интенсифицируют с помощью перемешивания (механическая мешалка) Продолжительность обработки в аэротенке равна 30 мин. После очистки содержание фенола в воде снижается на 41%.

Пример 2. В аэротенк, содержащий обработанную биомассу Bacillus megaterium - отход ферментного препарата мегатерин - в количестве 90 г/л, подают сточные воды, содержащие фенол в концентрации 100 мг/л. Процесс концентрирования фенолов осуществляется при 40^oС и рН 8. Процесс интенсифицируют с помощью перемешивания (механическая мешалка) Продолжительность обработки в аэротенке равна 30 мин. После очистки содержание фенола в воде снижается на 19%.

Пример 3. В аэротенк, содержащий обработанную биомассу Bacillus megaterium - отход ферментного препарата мегатерин - в количестве 90 г/л, подают сточные воды, содержащие фенол в концентрации 100 мг/л. Процесс концентрирования фенолов осуществляется при 15^oС и рН 3. Процесс интенсифицируют с помощью перемешивания (механическая мешалка) Продолжительность обработки в аэротенке равна 30 мин. После очистки содержание фенола в воде снижается на 21%.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что бактериальная масса клеток - отход производства ферментного препарата мегатерин - обладает способностью извлекать из водных растворов фенолы. Такие биосорбенты могут быть достаточно эффективны и конкурировать с неорганическими сорбентами (в частности, с активированными углями). Это ведет к удешевлению процесса утилизации вредных веществ при сохранении высокой степени очистки сточных вод и решению проблемы создания безотходных технологий.

Данный способ возможно реализовать на любых предприятиях, нуждающихся в очистке сточных вод и заинтересованных в совершенствовании существующих технологий.

Способ биологической очистки сточных вод от органических загрязнений (фенолов) включает использование предварительно подготовленного биопрепарата, являющегося отходом производства препарата мегатерин и представляющего собой бактериальную биомассу Bacillus megaterium в количестве 80÷90 г/л. Очистку производят при 0÷25^oС при предпочтительном рН 7÷9 в течение 30÷40 мин. Преимущество данного способа состоит в снижении времени очистки сточных вод при использовании дешевого сырья. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ биологической очистки сточных вод от загрязнений, включающий внесение предварительно подготовленных биопрепаратов в очищаемую среду при положительных значениях температуры, отличающийся тем, что в качестве биопрепарата используют бактериальную массу клеток Bacillus megaterium, являющуюся отходом производства ферментного препарата мегатерин, в количестве 80÷90 г/л. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сточных вод проводят при диапазоне рН 7÷9. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сточных вод проводят в течение 30÷40 мин.