Настоящее изобретение относится к способу биологической обработки ила для уменьшения его количества в очистном сооружении и к установке для осуществления такого способа. Более конкретно, настоящее изобретение относится к области очистки, главным образом, городских сточных вод.
Этот способ, в частности, предназначен для переработки ила, образующегося в результате очистки, главным образом, "городских" сточных вод, которые попадают в почву, что приводит к необходимости решения проблем, связанных с загрязнением окружающей среды и нарушением существующих экосистем.
Различные методы очистки сточных вод уже известны. Обычно сточные воды подвергают физической и/или химической обработке (возможно в несколько стадий), что приводит к образованию ила. Этот ил затем подвергают активации химическими и/или ферментативными методами, либо любым другим аналогичным методом, после чего такой ил может быть подвергнут дегидратации, центрифугированию и сушке (или аналогичным процедурам), с последующим его удалением из очистного сооружения.
В частности, для снижения объема ила, продуцированного при осуществлении методов обработки сточных вод с использованием "активного ила" или аналогичных методов, необходимо стимулировать катаболизм эндогенных микроорганизмов. Это может быть осуществлено исходя из возраста ила или комбинированными методами, предусматривающими клеточный лизис и аэробную (CO2) или анаэробную (СН4) биологическую обработку.
Известны различные анаэробные или аэробные (термофильные или не-термофильные) методы гидролиза. Эти методы предусматривают трансформацию биомассы, состоящей из большого числа бактерий, таких как Pseudomonas, жизненный цикл которых приводит к превращению фракции органического углерода в газ (CO2 или метан). Этот процесс контролируется временем пребывания в иле, которое является минимальным, но все же достаточно длительным.
Другие методы ставят своей целью ограничение в высокой степени варьирующейся биомассы, присутствующей в иле, а в частности бактерий и водорослей.
Несмотря на применение множества различных известных методов, количество ила при очистке часто остается слишком большим, и разработка способа его снижения является особенно актуальной. Известные термофильные анаэробные способы обработки дают лучшие результаты, чем аэробные способы, но для их осуществления требуется сложное оборудование.
Настоящее изобретение ставит своей целью решение этих проблем.
Целью настоящего изобретения является снижение соответствующего объема ила, а в частности разложение большей части органического вещества в иле в среднем на 20%-40% в расчете на сухое вещество (органическое вещество и минеральное вещество), присутствующее в иле.
Кроме того, целью настоящего изобретения также является регуляция уровня такого разложения для оптимизации степени очистки сточных вод в соответствии с ограничениями, накладываемыми выше и ниже расположенными (по ходу потока) элементами данной установки.
Целью настоящего изобретения также является общее снижение эксплуатационных затрат на переработку ила и на обслуживание очистного сооружения, поскольку затраты на уничтожение остаточного ила все возрастают.
Поэтому в своем первом аспекте настоящее изобретение относится к способу переработки ила, главным образом, городского ила в очистном сооружении, где указанный способ предусматривает обработку указанного ила микрогрибами.
Термин "микрогрибы" означает микроорганизмы, не являющиеся высшими грибами. Этот термин означает как мицелий, который представляет собой вегетативный орган, так и споры. Этот термин, кроме того, означает любые низшие грибы, используемые в достаточном количестве для разложения ила, где указанное разложение оценивают подходящими методами, известными специалистам. Таким образом, указанные ниже виды рассматриваются как неограничивающие примеры, и в объем настоящего изобретения также входит использование видов, которые, как известно, обладают активностью, направленной на разложение ила. Для простоты изложения в нижеследующем описании термины "микрогрибы" или "мицелий" является взаимозаменяемыми.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, более конкретно указываются виды, которые могут быть выбраны в соответствии с подходящими протоколами отбора, описанными ниже. Такой отбор штаммов с последующим их культивированием облегчает продуцирование большого количества мицеллярного препарата, обладающего активностью против указанного ила. После отбора штаммов препарат, по крайней мере, одного из этих штаммов может быть введен в перерабатываемый ил.
Некоторые виды микрогрибов, эффективных для разложения ила, могут быть обнаружены в иле очистного сооружения. В данном случае речь идет об эндогенных микрогрибах. Однако эти микрогрибы присутствуют в указанном иле в недостаточном количестве для его эффективного разложения. И, кроме того, они не создают условий, стимулирующих метаболизм, достаточный для рассматриваемого оптимального разложения.
Некоторые виды могут быть также получены из других биологических источников.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения указанный способ предусматривает параллельную переработку ила микрогрибами, непрерывной культурой микрогрибов.
Время переработки ила микрогрибами составляет от 1 до 10 дней, а обычно от 2 до 5 дней. Поток мицелия и перерабатываемого ила в данной установке соответствующим образом регулируется.
Такой процесс обычно протекает при рН порядка 5,5-9, и при температуре от 10°С до 30°С. Эту процедуру предпочтительно проводят при медленном перемешивании, а окисление происходит при норме расхода растворенного кислорода порядка 1-4 мг/л.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения используется один штамм микрогрибов. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения несколько различных штаммов объединяют с образованием мицеллярной смеси, возможно обладающей синергическим действием.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения, микрогрибы выбирают из грибов рода Penicillum, Trichoderma, Phoma, Mucor, Fusarium, Galactomyces, Aspergillus, Botrytis, Geomyces и их смеси.
В частности, среди прочих плесневых грибов могут быть использованы следующие грибки: PENICILLIUM roqueforti, PENICILLIUM camembertii, PENICILLIUM chrysogenum (notatum, meleagrinum, flavidomarginatum, rubens, chlorophaeum, camerunense, aromaticum, harmonense), PENICILLIUM atramentosum, TRICHODERMA viride, TRICHODERMA Koningii, TRICHODERMA reesei, MUCOR hiemalis, MUCOR mucedo, MUCOR racemosus, MUCOR circinelloides, MUCOR fuscus, MUCOR circinelloides, MUCOR racemosus, MUCOR plumbeus, GALACTOMYCES geotricum, ASPERGILLUS phoenicis, ASPERGILLUS niger, ASPERGILLUS ficuum, FUSARIUM equisetii, GEOTRICUM candidum, PHOMA glomerate, BOTRYTIS Cinerea, GEOMYCES pannorum и их смеси.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения другие выбранные не-мицеллярные микроорганизмы могут быть объединены с мицеллярным компонентом для обеспечения синергического эффекта и улучшения тех же самых функций. Такими микроорганизмами, в частности, являются бактерии, дрожжи, простейшие и амебы.
Из дрожжей могут быть использованы Saccharomyces.
Из бактерий, могут быть использованы бактерии рода Bacillus, а особенно, alicyclobacilli, paenibacilli, brevibacilli, aneurinibacilli и virgibacilli. В частности, могут быть использованы следующие виды Bacillus: subtilis, anthracis, cereus, licheniformis, megaterium, pumilus, sphaericus и thuringiensis. Из термофильных бактерий могут быть использованы, в частности, следующие бактерии: Bacillus stearothermophilus, Bacillus thermoglucosidasius и Bacillus thermodenitrificans.
Могут быть также использованы бактерии HaloBacillus, такие как Sporosarcina halophila.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения микрогрибы могут быть объединены, по крайней мере, с одним из других микроорганизмов, продуцирующих антибиотик. Это может быть осуществлено потому, что при комбинированном использовании антибиотиков и микрогрибов автором настоящего изобретения было неожиданно обнаружено их синергическое действие на деградацию ила. Антибиотики могут быть продуцированы in situ или добавлены до введения микрогрибов или одновременно с ними. Такие антибиотики могут продуцироваться некоторыми видами, такими как Penicillium (а в частности, chrysogenum) и Aspergillus или Paecilomyces. Это можно объяснить ингибированием бактериальной активности антибиотиками с продуцированием мицеллярной популяции, что позволяет повысить степень разложения данного вещества. Таким образом, мицеллярный метаболизм является более интенсивным по сравнению бактериальным метаболизмом в резервуаре для мицеллярного разложения (в контактной камере, описанной ниже).
Также могут быть использованы и другие продуцирующие антибиотики виды, такие как Streptomyces. Молекулами-антибиотиками обычно являются ферменты и/или молекулы белков, циклические соединения или фузидиновые кислоты.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения использование микроорганизмов, способных генерировать молекулы-антибиотики, дает возможность обеспечить адаптацию экзогенной биомассы, которая будет негативно воздействовать на рост эндогенной биомассы только в начальной фазе или селективно в течение года ее использования. Это может быть осуществлено благодаря тому, что эти виды способствуют хорошей адаптации мицеллярных видов и позволяют оптимизировать процесс деградации органического вещества.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, во избежание загрязнения биореактора, виды, продуцирующие антибиотики, используются лишь для адаптации мицеллярных видов в биореакторе.
В соответствии с другим, в высокой степени предпочтительным вариантом осуществления изобретения, вместе с микрогрибами могут быть использованы окислители. Это может быть осуществлено потому, что заявителем было неожиданно обнаружено, что использование комбинации окислителей и микрогрибов оказывает синергическое действие на разложение ила.
В данном случае этот способ будет включать стадию обработки ила, по крайней мере, одним окислителем, вводимым в оперативном режиме или в резервуар для предварительной обработки. Такая обработка окислителем проводится перед биологической обработкой микрогрибами и продолжается обычно менее трех часов, предпочтительно порядка 30 минут.
Предпочтительно, чтобы такой окислитель включал H2O2 и соли железа (2) или железа (3). Предпочтительным может быть реагент Фентона или аналогичные реагенты. Однако в дополнение к этому реагенту могут быть использованы и другие окислители.
Аналогично случаю с использованием антибиотиков, описанному ранее, использование такого окислителя позволяет создавать сдвиг равновесия в популяциях, присутствующих в иле и в резервуаре для мицеллярного гидролиза, в сторону мицеллярных видов, что дает возможность усиливать их разлагающее действие на вещество.
Заявителем был продемонстрирован тот факт, что при введении определенной дозы реагента Фентона (вычисленной в зависимости от концентрации ила, выражаемой в г/л суспендированного вещества), реакция предварительного разложения вещества обеспечивает более легкий доступ к субстрату для мицеллярных видов, присутствующих в рассматриваемой смеси.
Использование реагента Фентона, по сравнению с использованием только одних микрогрибов, дает увеличение разложения органического вещества в среднем на 5-30% (иногда это в большей степени зависит от начальных свойств ила).
Могут быть также использованы соли железа (2) или железа (3). Этот реагент обычно используется при температуре порядка 10°С-40°С. Во избежание очень высокого повышения температуры во время обработки окислителем количество реагента может быть скорректировано.
рН ила, обработанного реагентом Фентона, обычно составляет порядка 5-8, а предпочтительно порядка 5,5-6,5. В основном, может быть использована доза 0,001-0,1 г H2O2/г суспендированного вещества (суспендированного вещества, которое присутствует в исходном материале, подаваемом в резервуар для мицеллярного гидролиза) и 0,0001-00,1 г FeSO4/г суспендированного вещества (исходного суспендированного вещества), а предпочтительно 0,01 г H2O2/г суспендированного вещества, объединенного с 0,001 г FeSO4/г суспендированного вещества. Лабораторный раствор H2O2 титруют при 50%, промышленный раствор (на тонну) титруют при 30%, а что касается сульфата железа, FeSO4, то он часто используется в форме кристаллов, имеющихся в продаже в твердой форме.
Заявителем было продемонстрировано, что реагент Фентона, используемый только на одном иле без мицеллярной смеси, добавляемой после обработки окислителем, не оказывает никакого действия при исходном рН и при данных условиях обработки. С микробиологической точки зрения предполагаемым объяснением такого неожиданно обнаруженного синергического эффекта является ингибирование бактериального метаболизма используемым окислителем, при этом такое ингибирование, которое в том или ином случае может быть частичным или полным, создает определенный "перепад", используемый мицеллярными видами для более легкого и более свободного доступа к субстрату.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения культивирование микрогрибов проводят в аэробных условиях и осуществляют в биореакторе в непрерывном режиме.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения переработка ила осуществляется непрерывно. Скорость переработки зависит, с одной стороны, от концентрации сухого вещества в иле и, с другой стороны, от степени загрязнения. Оценку проводят в расчете на 1000 микроорганизмов-эквивалентов (МЭ) (в расчете на отношение "сухое вещество/БПК5" порядка 0,8-1, и этот параметр варьируется в зависимости от типа очищаемых сточных вод) с изменением скорости порядка 2-10 м3/день/1000 МЭ.
При непрерывном способе обработки, микрогрибы вводят со скоростью порядка 0,01%-10% по объему перерабатываемого ила в день, обычно порядка 2%-5%. Как будет показано, они вводятся в форме культуры в жидкой среде.
В соответствии со способом использования, в котором проводят периодическую обработку ила, микрогрибы вводят при норме расхода 0,01%-15%, обычно порядка 2%-10% по объему обрабатываемого ила в день.
В соответствии с настоящим изобретением количество сухого вещества в иле, обработанном микрогрибами, по сравнению с необработанным илом снижается приблизительно на 10-50%, а обычно, приблизительно на 20-30%. В зависимости от регулируемых параметров степень такого разложения может увеличиваться.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения способ обработки микрогрибами включает одновременное проведение стадии мембранной фильтрации ила (сточных вод), обработанного микрогрибами.
В соответствии с другим своим аспектом настоящее изобретение относится к способу очистки, главным образом, городских вод в очистном сооружении, где указанный способ включает следующие последовательные стадии:
- физической и/или биологической обработки сточных вод, приводящей к образованию ила, подаваемого, по крайней мере, в один резервуар для первичной обработки;
- если необходимо, активации указанного ила в указанном резервуаре;
- если необходимо, осветления активированного ила;
- биологической обработки микрогрибами, по крайней мере, части ила, который, если необходимо, активируют, по крайней мере, в одной биологической контактной камере, находящейся выше резервуара для предварительной обработки описанным ранее методом;
- если необходимо, удаления ила, обработанного в биологической контактной камере.
В соответствии с другим своим аспектом настоящее изобретение относится к способу очистки, главным образом, городских вод в очистном сооружении, где указанный способ включает следующие последовательные стадии:
- физической и/или биологической обработки сточных вод, приводящей к образованию ила (стока), подаваемого, по крайней мере, в один резервуар для смешанной обработки;
- если необходимо, активации указанного ила в указанном резервуаре;
- биологической обработки микрогрибами и обработки с использованием системы мембранной фильтрации, по крайней мере, частично очищенных стоков, если это необходимо, в резервуаре для смешанной обработки с использованием мембранного метода, описанного ранее.
В соответствии с другим своим аспектом настоящее изобретение относится к установке для очистки, главным образом, городских сточных вод в очистном сооружении, где указанная установка, предназначенная для осуществления указанного способа, включает:
- резервуар для первичной обработки, содержащий ил для переработки;
- по крайней мере, одну биологическую контактную камеру, расположенную ниже (по ходу потока) резервуара для первичной очистки и предназначенную для разложения, по крайней мере, части указанного ила микрогрибами;
- биореактор для непрерывного культивирования микрогрибов, расположенный параллельно биологической контактной камере.
В соответствии с другим своим аспектом настоящее изобретение относится к установке для очистки, главным образом, городских сточных вод в очистном сооружении, где указанная установка, предназначена для осуществления комбинированного способа, предусматривающего обработку микрогрибами и мембранную обработку, включает:
- резервуар для смешанной обработки, содержащий очищенные сточные воды для обработки и предназначенный для разложения, по крайней мере, части ила (стока) микрогрибами, где указанный резервуар для смешанной обработки включает систему мембранной фильтрации;
- биореактор для непрерывного культивирования микрогрибов, расположенный параллельно резервуару для смешанной обработки.
Обычно указанный биореактор включает:
- устройство для ввода питательных элементов и инокулята для культивирования;
- устройство для однородного распределения микрогрибов в биореакторе;
- устройство для переноса культивируемых микрогрибов в контактную камеру.
В варианте осуществления изобретения с использованием контактной камеры для мицеллярного гидролиза эта контактная камера включает устройство для ввода микрогрибов, устройство для ввода ила, устройство для перемешивания, устройство для аэрации, устройство для удаления обработанного ила и, предпочтительно, устройство для регуляции скорости подачи и выведения потока ила и микрогрибов и регуляции рН и температуры.
Контактная камера имеет емкость, адаптированную для данной установки. Эта емкость, в частности, зависит от времени пребывания перерабатываемого ила. Так, например, для времени пребывания перерабатываемого ила в течение 5 дней и концентрации сухого вещества от 6 до 20 г/литр, объем контактной камеры будет варьироваться от 10 до 40 м3 на 1000 МЭ (микроорганизмов-эквивалентов).
Указанная обработка может быть биологической или смешанной (с использованием химических и биологических агентов).
Обычно в случае использования антибиотиков виды, о которых известно, что они секретируют антибиотики, и виды, которые используются в самой контактной камере, объединяют для ингибирования бактериальной популяции. Для этого требуются рост и продуцирование таких же самых видов внутри биореактора, но в некоторых случаях такое продуцирование также может быть осуществлено и в параллельном биореакторе. Поэтому могут быть получены образцы, состоящие из смеси разлагающих микрогрибов, объединенных с видами, которые действуют как бактериальные ингибиторы.
В вариантах осуществления изобретения с использованием окислителей значительно лучшие результаты достигаются в том случае, когда микрогрибы вводят после такого окисления. Это можно объяснить следующим образом. Ил в очистном сооружении состоит, главным образом, из биомассы. Эта природная биомасса трудно поддается обработке, а действие окислителя способствует частичному разложению бактерий, составляющих этот ил. Молекулы этих бактерий (разрушенные нативные бактерии) представляют собой более доступные субстраты для микрогрибов. Контактирование ила, предварительно обработанного путем окисления, с илом, находящимся в контактной камере, приводит к сдвигу равновесия популяций в резервуаре в сторону микрогрибов.
Предпочтительно чтобы окисление происходило за короткий промежуток времени, порядка 30 минут, в зоне, расположенной выше (по ходу потока) контактной камеры, что позволяет избежать воздействия на мицеллярные виды. Такое применение может быть осуществлено непрерывно в потоке, с соответствующим временем пребывания, в вышерасположенном (по ходу потока) участке либо в резервуаре со временем пребывания, составляющим в среднем 30 минут при перемешивании.
В соответствии с одним из вариантов может быть использован, например, сборник для H2O2, сборник для солей сульфата железа и резервуар для получения окисляющей смеси. В соответствии с другим вариантом дозы окислителя могут быть введены либо непосредственно, либо с помощью соответствующих насосов и регулирующих устройств.
В зависимости от нужной продуктивности и типа перерабатываемого ила может быть осуществлена обработка только микрогрибами либо обработка микрогрибами в комбинации с окислителем и/или антибиотиком.
Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания, проиллюстрированного на фигуре 1.
Известная установка 1, применяемая ранее, содержит сверху вниз:
- камеру 2 для сбора и/или очистки обрабатываемой воды, в которой может быть проведена механическая и/или химическая предварительная очистка;
- по крайней мере, одну камеру с илом, расположенную ниже (по ходу потока) камеру 2, или резервуар для предварительной обработки 3, где указанный ил еще не подвергался действию мицелия и может быть активирован;
- камеру для осветления или аналогичную камеру 4, расположенную ниже (по ходу потока) этой камеры 3 с активным илом, где осветленная фракция, покидающая эту камеру 4, выводится через отверстие 5 в очистном сооружении.
Фракция ила на выходе из камеры 4 подается назад с помощью транспортера 6 в камеру 3 с активным илом.
В соответствии с настоящим изобретением установка 1 также содержит:
- контактную камеру 8, в которой мицелий подвергают контакту с илом, выходящим из ила, поступающего на повторный цикл по трубопроводу 7, или, возможно, непосредственно из камеры 3 по трубопроводу 7а;
- биореактор 9 для культивирования мицелия, поступающего по трубопроводу 10 в контактную камеру 8.
Таким образом, обработанный мицелием ил удаляют из камеры 8 в зону 11 для обработки и сбора ила. Если необходимо, то этот ил или другие отходы, если это необходимо, подвергают конечной очистке или даже комбинированной очистке (дегидратации, центрифугированию, сушке, термолизу, сжиганию) в нижерасположенной зоне 15. Контактная камера 8 содержит воздухозаборник 12.
Для осуществления предварительной переработки ила обычно, по крайней мере, одним окислителем, описанным выше, данная установка содержит резервуар для предварительной обработки 16, находящийся выше контактной камеры (или резервуара для мицеллярного гидролиза) 8, а поэтому расположенный либо на линии подачи ила 7, либо на линии отвода 7а.
Для ясности в каждой стадии описан один элемент установки. Следует отметить, что параметры каждого элемента могут быть также адаптированы в соответствии с размерами и типом установки.
Биореактор 9 работает по принципу действия, аналогичному действию "слоя со струйным течением жидкости", где используется специальная герметичная прокладка. Биореактор 9, который может быть назван "мицеллярным слоем" небольшого объема, составляющего от 1/100 до 1/50 от объема контактной камеры 8, используется для культивирования мицеллярной смеси на аэрированной подложке, выбранной для каждого типа ила. Размер биореактора 9 зависит от обрабатываемого потока, а также от свойств и/или состава обрабатываемых выходящих стоков. Соответствующе количества мицеллярного препарата подаются через трубопровод 10 в контактную камеру 8. Этот мицеллярный препарат, продуцированный в биореакторе 9, содержит споры и мицелий.
Объем обрабатываемого ила в контактной камере 8 соответствует времени пребывания порядка нескольких дней; эта камера аэрируется и засевается спорами и мицелием, продуцированными in situ, и непрерывно перемешивается мешалкой 14.
Обработанный ил может быть направлен из выходного устройства S контактной камеры 9 по трубопроводу 17 в зону аэрации 11 для предупреждения риска высаливания фосфором, где удаление фосфора осуществляется биологическими (или смешанными) методами в верхней части системы. В других случаях, поскольку при определении объема берется в расчет непосредственная выгрузка в расположенную ниже (по ходу потока) систему дегидратации (или любую другую систему), то откачку очищенных сточных вод осуществляют непосредственно без использования промежуточного накопителя. Необходимо отметить, что размер расположенной ниже системы для переработки ила снижают с учетом снижения объема ила, но он может быть также оптимизирован путем улучшения дренируемости ила и повышения степени его пригодности для дегидратации.
Работа данной системы может осуществляться двумя путями, непрерывно или периодически. На промышленном предприятии, для улучшения степени разложения вещества и для создания более благоприятных условий для роста популяции мицелия, более предпочтительной будет непрерывная работа системы. Во время сезонных работ может быть также использована и периодическая обработка.
При непрерывной работе системы указанный способ включает стадию откачки ила, экстрагированного из системы "активного ила", в камеру 3 или его подачу на рециркуляцию 6, что дает возможность осуществлять стадию аэробной переработки в контактной камере 8. Камера 8 имеет конфигурацию, снабженную диффузорами для аэрации 13, и, как видно на чертеже, систему перемешивания 14. Аэробное биоразложение непрерывно осуществляется, с одной стороны, разлагаемым илом, поступающим из камеры с илом 3, а с другой стороны, мицеллярной смесью, которая независимо продуцируется в биореакторе 9.
Такой ил (называемый также очищенными сточными водами), рН которого рекомендуется корректировать в пределах от 5,5 до 9, подается в указанную контактную камеру 8 путем накачивания, с умеренной скоростью потока ила, поступающего на рециркуляцию из камеры аэрации, с использованием основного насоса и параллельно установленного вспомогательного насоса. Таким образом, загрузку контактной камеры 8 осуществляют путем поступательной, непрерывной и регулируемой подачи ила при условии, что время пребывания обрабатываемых стоков в этой камере 8 составляет максимум 10 дней и минимум 24 часа.
Что касается обрабатываемых стоков, то, если рассматривать регулирование объемов хранения, продолжительность этой процедуры будет увеличиваться, при этом эффективность данного метода повысится лишь очень незначительно, а дополнительное время не будет соответствовать экономически оптимальному режиму.
Контактная камера 8 имеет размер, рассчитанный с учетом времени пребывания и концентрации ила, выражаемой в количестве сухого вещества, г/л: то есть такой размер обычно определяет общий объем установки, необходимый для ее корректной работы. Эта камера подвергается аэрации в своей нижней части. При этом могут быть выбраны диффузоры с аэрацией при умеренном барботировании, либо другие подобные системы.
В соответствии с периодами времени и типом обрабатываемых сточных вод может потребоваться сокращенная гомогенизация.
Контактная камера 8 содержит, в основном, непрерывную мицеллярную популяцию, поскольку подсоединенная к ней система типа биологического реактора 9 позволяет генерировать непрерывные популяции с ограниченной скоростью роста.
Простой автоматический контроль, известный специалистам, позволяет осуществлять как аэрацию, так и перемешивание.
Для осуществления контроля за соответствующей стабильностью нужных параметров желательно использовать зонды для регуляции и/или для снятия показаний температуры, степени окисления и рН, а именно: рН может варьироваться от 5,5 до 9, температура от 10°С до 30°С, перемешивание должно быть медленным, окисление должно составлять от 1 до 5 мг/л растворенного кислорода (в некоторых случаях, этот параметр может быть увеличен), а время пребывания должно составлять приблизительно 5 дней.
В настоящей заявке более подробно описан биореактор 9 для продуцирования непрерывной мицеллярной культуры. Указанный биореактор должен обеспечивать подачу необходимого количества кислорода в микробную биомассу, присутствующую и растущую в данном реакторе. В этом случае речь идет о смешивании трех фаз: водной фазы (культуральной среды), газовой фазы (газа для окисления мицелия, обычно воздуха) и биотической фазы, составляющей, главным образом, мицеллярную микробную биомассу.
Правильное развитие этого процесса связано с феноменом перераспределения между клетками (мицелия и спор) и культуральной средой. Прежде всего, это относится к переносу вещества из внешней среды в клетки, являющиеся субстратом, и соединений культуральной среды, необходимых для клеточного роста, а в обратном направлении, продуктов метаболизма клеток в культуре. И если такие переносы осуществляются корректно, то распределение клеток в культуральной среде должно быть, по возможности, наилучшим. В аэробной культуре мицелия это осуществляется, в основном, газом-окислителем, который создает турбулентность и позволяет поддерживать клетки в состоянии гомогенной суспензии. Геометрию биореактора проектируют так, чтобы перенос кислорода был по возможности наиболее эффективным.
Подача питательных веществ способствует развитию грибковых микроорганизмов, а поэтому оказывает влияние на кинетику присутствующей микробной популяции.
Поэтому для гомогенного распределения микроорганизмов и для осуществления подачи необходимого количества кислорода и поддерживания нужной температуры используют соответствующее устройство для переноса. По мере непрерывного микробного роста концентрация клеток увеличивается, а также увеличивается концентрация продуктов, синтезированных микроорганизмами, и среда становится более истощенной в отношении субстрата. При использовании воздуха биореактор 9 обычно имеет систему фильтрации воздуха, предназначенную для предотвращения загрязнения нежелательными микроорганизмами, а в частности дрожжами.
В процессе переработки ила в контактной камере 8 реологические и химические свойства среды меняются, что приводит к изменению ее функционирования, и в этом случае перенос вещества больше не происходит. Поэтому для контроля за тем, чтобы микробная популяция все время находилась в наилучших условиях и чтобы ее кинетика в контактной камере 8 была оптимальной, а именно: скорость перемешивания и/или скорость потока воздуха, и/или добавление субстратов, возможно даже добавление реагентов, и/или регуляция температуры и рН (все эти операции могут быть легко автоматизированы), рекомендуется придерживаться рабочей методики.
Контактную камеру 8 конструируют в соответствии с типом происходящего в ней процесса. Независимо от вида микроорганизма биореактор 9 конструируют так, чтобы в нем осуществлялся по возможности хороший контакт между двумя фазами системы, биотической и абиотической. В биореакторе устанавливается стационарный режим в соответствии с описанным методом.
При достижении стационарного режима (максимальное значение уровней снижения ила), регулярная подача достаточного количества ила (субстрата для флоры) позволяет поддерживать продуктивность микробной популяции на постоянном уровне. Создание очистного сооружения, работающего как промышленный ферментер (для продуцирования биомассы), то есть, в основном, в режиме хемостата (культивирование в подпитывающей среде), гарантирует прочность, простоту и автономность данной системы.
Эффективная переработка ила в контактной камере 8 достигается путем подачи микрогрибов, продуцируемых in situ в биореакторе 9, в камере 8, и/или путем подачи ила, уже присутствующего в контактной камере 8, на рециркуляцию. Выбор зависит, в частности, от типа обрабатываемых сточных вод. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения обработку микрогрибами осуществляют вместе с рециркуляцией в водную систему: ил, обработанный микрогрибами, удаляют через выходное отверстие S, после чего он поступает в трубопровод 17, а затем по трубопроводу 17а он возвращается в трубопровод 6.
Во избежание "случайностей" (неконтролируемые или непредвиденные изменения в иле) в данном методе был использован принцип биологической интенсификации. При этом предпочтительно использовать систему культивирования и/или инжекции для непрерывной подачи микроорганизмов с высокой загрузкой. Такое культивирование осуществляют в биореакторе 9 с использованием выбранных микробных продуктов (инокулят штамма и культуральной среды на основе экстракта солода, крахмала и т.п.) и конкретных питательных элементов (источника углерода, азота и т.п.) для размножения инокулята.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в этом процессе может быть осуществлена непрерывная автоматическая подача биокатализаторов. В этом случае ил, загруженный микрогрибами (внесение инокулята в первый день), сам служит в качестве инокулята. Однако в некоторых случаях, если принять во внимание обогащение ила микроорганизмами и его природный состав, культуры микрогрибов могут оказаться недостаточно специфическими (бессистемный рост в присутствии микроэлементов неспецифической и невоспроизводимой флоры). Кроме того, предпочтительно использовать смесь флоры выбранных "экзогенных" грибков и другой "эндогенной" флоры, размножаемой и регулируемой питательными веществами. Кроме того, этот метод дает возможность для непрерывного введения сверхдозы "активного вещества" и поддерживать технологический режим несмотря на изменения скорости потока или состава данного ила. Биореактор 9, позволяющий осуществлять продуцирование in situ и/или непрерывную инжекцию микроорганизмов в контактную камеру 8, обеспечивает возможность для перманентной и оптимальной колонизации ила. Этот метод является более надежным по сравнению с методом, в котором используется хемостат и который предусматривает одну инокуляцию в первый день, после чего он является самодостаточным.
При запуске установки эту систему засевают смесью, выбранной и адаптированной в соответствии с типом очищаемых сточных вод, подвергаемых разложению. Эта стадия "запускает" установку, поскольку она обеспечивает автономную работу этой установки в целом.
Биореактор 9 может иметь формы, сильно отличающиеся друг от друга, например, он может представлять собой цилиндрическую колонну, высота которой может варьироваться в соответствии с объемами потоков воздуха и типом поверхности контактного слоя. Так, например, он состоит из трех частей, где нижняя часть является сборником для загруженной мицелием жидкости, накачиваемой насосом, а затем подаваемой обратно в верхнюю часть колонны, которая образует струйную систему (штанговый опрыскиватель, сконструированный так, чтобы при этом не разрушался мицелий). Центральная часть содержит структурированную прокладку или прокладку какого-либо другого типа, которая позволяет оптимизировать адаптацию культивируемой популяции, ее фиксацию и рост в благоприятных условиях. Тип такой прокладки и материалы, из которых она изготавливается, могут быть различными, но главным ее свойством должна быть способность фиксировать мицелий.
Такое разбрызгивание, индуцируемое рециркуляцией жидкости (с помощью насоса), позволяет струе просачиваться через прокладку колонны и, тем самым, увлажнять мицелий, который адсорбирует компоненты жидкости.
Указанный биореактор 9 емкостью порядка нескольких литров или десятков литров, в зависимости от размера установки, сверху закрыт крышеобразным навесом, обеспечивающим свободный доступ потока воздуха, но защищающим от дождя.
Обмен обеспечивается путем создания противотока между воздухом и концентрированной жидкостью, проникающей через прокладку. Инжекцию потока через камеру для разложения вещества предпочтительно осуществлять самотеком, либо, если это невозможно, то для поддерживания инжектируемых микроорганизмов в благоприятных условиях метаболизма может быть использована техника накачивания. Если биореактор 9 не защищен от воздействия низких температур, то может оказаться необходимой терморегуляция.
Биореактор 9 был сконструирован так, чтобы в нем обеспечивалось очень ограниченное потребление инокулята, а если используется автономная система, которая работает в режиме непрерывной рециркуляции, то такая рециркуляция обеспечивает оптимальный контакт мицеллярной популяции с компонентами, стимулирующими ее рост. Температура в этом биореакторе обычно составляет порядка 10-30°С.
Селективный биологический аналитический мониторинг позволяет контролировать рост мицелия различных видов, составляющих выбранную смесь.
Химический аналитический мониторинг, осуществляемый в очистных сооружениях, позволяет проанализировать ситуацию с точки зрения эффективности данной системы. Время деградации определяют заранее в соответствии с начальными параметрами, но оно может варьироваться в зависимости от изменений потока, обработанного в вышерасположенном участке. Эта система полностью приспособлена для флуктуаций того рода, то есть аналитический мониторинг позволяет достичь хорошей эффективности процесса деградации.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ переработки ила мицелием может быть осуществлен на активном иле на участке рециркуляции, то есть в системе обработки воды. Этот способ аналогичен способу, описанному как с точки зрения разработки, так и с точки зрения выбора размеров. Тем не менее, интервалы изменения скорости потока, время пребывания и объема контактной камеры являются различными и требуют оптимизации, основанной на критериях отбора различных структур. Выбор мицелия является аналогичным и даже может иметь преимущества благодаря синергии между бактериальной и мицеллярной флорой.
В варианте осуществления изобретения с использованием окислителя, такого как реагент Фентона, этот окислитель обычно вводят в резервуар для предварительной обработки 16 или в оперативном режиме в зависимости от варианта осуществления изобретения и время пребывания, выбранного для звеньев 7 и 7а.
В настоящей заявке описан другой вариант осуществления изобретения, включающий метод мембранной фильтрации ила, обрабатываемого микрогрибами.
В этом методе мембранной фильтрации, проиллюстрированном на фигуре 2, установка 1 не содержит контактной камеры или резервуара 8 для мицеллярного гидролиза, то есть гидролиз ила микрогрибами осуществляется непосредственно в камере для предварительной обработки 18, в которую погружают фильтрующее устройство 19. Эта камера 18 аналогична камере 3, описанной выше, за исключением того, что она содержит фильтрующее устройство 19.
В этой камере 18, называемой камерой смешанной обработки, в которой происходит комбинированная обработка микрогрибами и мембранная фильтрация, ил, если необходимо, активируется, причем камера 18 является аэробной.
Очищенная вода, поступающая из фильтрующего устройства 19, удаляется по трубопроводу 20 в выходное отверстие 21; давление модуля при погружении в воду, поддерживаемое всасывающим насосом, позволяет очищенной воде проходить через мембраны. Эта вода либо сразу удаляется, либо она может даже подаваться на рециркуляцию. Это может быть осуществлено, поскольку стенки мембраны позволяют обойтись без стадии осветления и оптимизировать качество воды. Может быть также использована система промывки обратным потоком жидкости 21а.
Ил, поступающий из резервуара 18, удаляется по трубопроводу 22 в систему для обработки ила 23, например в систему для дегидратации.
На выходе из системы 23 данная установка может содержать устройство 24 для разделения экстрагированного ила. Этот ил может быть удален через выходное отверстие 25 или он может быть подан на рециркуляцию с помощью устройства 26 для циркуляции фильтрата через входное отверстие 27 резервуара для смешанной обработки 8.
Как и в варианте осуществления изобретения, описанном ранее, эта установка включает биореактор 28, аналогичный описанному ранее биореактору 9.
Микрогрибы, продуцированные в биореакторе 28, поступают в резервуар для смешанной обработки 18 по трубопроводу 29.
Если это необходимо, то некоторая часть фильтрата, поступающая из трубопровода 26, может подаваться по трубопроводу 30 на вход 28 биореактора.
Устройство для мембранной фильтрации 19 обычно изготавливается в форме одного или нескольких модулей 31, погруженных в резервуар для смешанной обработки 18.
Этот способ объединяет в себе биологическую очистку сточных вод активированным илом при высокой концентрации суспендированного вещества и отделение биомассы от очищенной воды с помощью мембран. Мембранные модули 31 могут аэрироваться у их основания, что, с одной стороны, обеспечивает подачу кислорода, необходимого для нормального роста биомассы (воздуха, необходимого для аэрации ила; и требуемого времени контакта с кислородом для окисления смешанной бактериальной и мицеллярной культуры) и, с другой стороны, обеспечивает прохождение смешанной иловой жидкости через мембранную ткань. Иногда для удовлетворения таких требований эта система с интенсивным барботированием может быть объединена с дополнительной системой слабого барботирования.
Для селективной очистки мембран может быть использована адаптированная система с противодавлением. Для такой очистки может быть также использована система обратной промывки. Проницаемость мембраны обеспечивает удерживание суспендированного вещества, а также большого количества бактерий и микроорганизмов. Могут быть использованы, например, гидрофильные мембраны из полых волокон, имеющие проницаемость порядка 0,1-0,4 мкм. Требуемая в данном способе полная энергия составляет порядка 2-3 кВт/м3 пропускаемого объема. Конкретная пропускная способность составляет порядка 0,4-0,5 м3 на м2/день.
Благодаря использованию такой установки, позволяющей мицеллярным микроорганизмам функционировать in situ в водной системе, комбинация метода обработки микрогрибами и мембранного метода позволяет создать оптимальные условия переработки.
Следует отметить несколько следующих преимуществ этого способа:
- преимущества мембранного метода (оптимизированное качество воды; отсутствие стадии осветления (роста структур));
- в данном методе концентрация ила (в отношении суспендированного вещества, сухого летучего вещества и т.п.) выше, чем концентрация ила, обычно присутствующая в системе только с активным илом. Эта концентрация является благоприятной для мицеллярного метода;
- благодаря использованию комбинированного метода отпадает необходимость в использовании "мицеллярного резервуара", поскольку мицеллярный гидролиз осуществляется непосредственно в активном иле.
Этот метод снижения объема ила является компактным и оптимизированным.
Мембранный метод, per se, описан, например, в работах Membrane bioreactors for municipal wastewater treatment - Husain et al. - WQI March/April 1999.
Кроме того, комбинация метода очистки микрогрибами и мембранного метода позволяет также оптимизировать и улучшать степень очистки. Помимо этого, поскольку в процессе воздушной очистки мембраны являются носителем для микроорганизмов, то образующаяся пленка не полностью отделяется от мембранного материала, что имеет определенное преимущество. Действительно, выбранная мицеллярная смесь развивается и разлагает органическое вещество независимо от "плотности контакта", создаваемого мембраной между илом и самими мицеллярными штаммами, присутствующими в этом иле.
Тем не менее, такая контактная пленка ускоряет реакцию деградации. Кроме того, некоторые виды грибков конкретной природы могут оказывать губительное влияние на всех паразитов. Этот способ также позволяет, что предпочтительно, осуществлять рециркуляцию фильтрата либо в камере 18, либо в биореакторе 28, в зависимости от их применения; то есть в этом фильтрате микроорганизмы также сохраняются и подвергаются рециклизации.
Кроме того, мицеллярная смесь может быть выбрана в зависимости от структуры данной мембраны. Действительно, из всех видов, указанных в первом патенте, выбирают подходящую смесь, которая будет стимулировать рост этих видов, причем, всегда в соответствии с катаболическим режимом, и которая не будет оказывать негативного воздействия на мембранные ткани. При этом рабочие характеристики этих мембран остаются теми же самыми; а рабочая скорость будет очень варьироваться в зависимости от используемой установки, в среднем она составляет от 20 до 30 л/м2/ч для мембран, изготовленных, например, в форме пластин.
Далее будут более подробно описаны штаммы микрогрибов, которые могут быть использованы в описанных выше способах (очистка микрогрибами, комбинированный способ обработки микрогрибами/мембранный способ, или также использование комбинации предварительной обработки окислителем, а затем мицеллярной обработки). Само собой разумеется, что речь идет о непатогенных штаммах.
Автором настоящего изобретения, с использованием соответствующих методик, были выделены различные штаммы микроскопических грибков в иле, образовавшемся в нескольких очистных сооружениях. При этом для выделения, качественной и количественной оценки микробных популяций, присутствующих в образцах ила, образовавшегося в этих очистных сооружениях, были использованы такие культуральные среды, как GSC и PDA, обычно используемые для титрования в лабораторных условиях (см. табл.1).
Среда, стимулирующая рост плесени (более селективная, чем PDA)
(рН корректируют добавлением кислоты)
Эти среды стерилизовали путем нагревания при 120°С в течение 15 минут для дальнейшего использования. Они отверждались при комнатной температуре.
Выделение и количественную оценку мицеллярных популяций, присутствующих в иле очистного сооружения, осуществляли методом подсчета при культивировании на чашках Петри, то есть методом колониеобразующих единиц (КОЕ) или методом отбора путем истощения. Образцы брали из рециркуляционного потока из камеры с активным илом.
Этот метод предусматривает посев аликвотных частей суспензий/разведений, полученных из анализируемого образца в стерильной или на стерильной культуральной среде, подходящей для анализируемых микроорганизмов.
Выделение штаммов осуществляли в три стадии. Период инкубирования между каждой из этих стадий должен составлять от пяти до семи дней.
- первая стадия выделения:
Исследуемую популяцию подвергали разведению с десятикратным фактором (от 10-1 до 10-7).
При каждом разведении брали 0,1 мл раствора, а затем высевали путем разбрасывания по поверхности твердой агаровой среды в чашке Петри (разбрасывание осуществляли стерильной одноразовой петлей). Для каждого разведения засевали две различных твердых среды: GBC (агар Сабуро с хлорамфениколом) и PDA (картофельный агар с декстрозой). Вторая среда является менее селективной и более благоприятной для бактериального роста. Среда GBC является специфичной для роста мицелия.
Результаты были получены после инкубирования в течение пяти дней при 25°С. Следует отметить, что в соответствии с принципом отбора путем истощения, чем больше степень разведения, тем меньше количество и разнообразие развивающихся микроорганизмов.
- Вторая стадия выделения (или стадия первой очистки):
Споры выбранного таллома снова помещали в суспензию, а затем подвергали разведению с десятикратным фактором (до 10-6). Споры брали пастеровской пипеткой, которая была предварительно расколота (так, чтобы она служила в качестве скребка) и стерилизовали пламенем. Центральную часть плесени выделяли (споры + мицелий), а затем снова помещали в суспензию в стерилизованной воде. Таким способом, из десяти исследуемых образцов отобрали одиннадцать плесневых грибов.
- Третья стадия выделения (очистка штамма):
После отделения спор выбранного штамма эти споры высевали путем центральной инжекции с использованием расколотой пастеровской пипетки в целях получения одной колонии на чашку Петри (чистой культуры). При этом одним выделенным плесневым грибом засевали три чашки, каждая из которых содержала различные культуральные среды (среды GBC, PDA и YCG, другой декстрозный агар с хлорамфениколом).
Поскольку полученная культура была чистой, то влияние среды на развитие мицелия было очевидным. Инкубирование проводили в течение пяти-семи дней при 25°С.
По окончании третьей стадии выделения проводили предварительную идентификацию выделенных штаммов на иммерсионном микроскопе. При этом наблюдалось появление репродуктивных органов, и этот факт служил главным отличительным критерием при классификации видов.
Затем проводили конечную стадию выделения, то есть посев в скошенную плотную питательную среду.
Культуральную среду выливали в тест-пробирки (9 мл среды на пробирку). Каждую пробирку закрывали ватным тампоном для защиты внутренней атмосферы от загрязнения внешними микроорганизмами, но так, чтобы при этом не прекращалось поступление кислорода. Все пробирки стерилизовали в автоклаве в течение 15 минут при 120°С. При этой температуре культуральная среда была жидкой. На выходе из автоклава пробирки наклоняли так, чтобы агар заполнял их на 2/3. Через менее чем один час среда отверждалась. На один плесеневой гриб было продуцировано шесть скошенных сред:
- одну скошенную среду оставляли в качестве резерва и хранили на холоде;
- одна часть была использована специалистом в целях идентификации вне лаборатории для точного установления выделенного штамма;
- другие четыре среды снова помещали в суспензию и декантировали в криогенные пробирки, в той форме, в которой этот штамм включали в библиотеку.
Было выделено одиннадцать штаммов. Посев осуществляли модифицированной пастеровской пипеткой. Споры, удаленные путем соскоба с чашек Петри в третьей стадии выделения, помещали в суспензию в небольшом количестве воды, присутствующей на дне пробирки (в результате конденсации из-за охлаждения среды). После этого легко проводили посев штрихом.
Затем осуществляли стадии консервации и введения в библиотеку штаммов.
После инкубирования в течение недели выделяли споры и мицелий. И наконец, для гарантии отсутствия загрязнений проводили оценку чистоты и прозрачности. Перед окончательным применением данного штамма в крупномасштабном производстве проводили испытания по промышленному продуцированию. Если эти испытания давали убедительный результат, то, в итоге, данный штамм включали в библиотеку, для этого получали примерно пятьдесят криогенных пробирок и хранили их, то есть эти пробирки служили в качестве резерва для будущего промышленного производства.
Для получения чистых культур требуется не только выделение данного микроорганизма из природной популяции, но также и выдерживание этого микроорганизма в определенной атмосфере.
Микрорганизмы культивировали в небольших объемах и емкостях (в тест-пробирках, колбах Эрленмейера или чашках Петри). Перед инокуляцией эти емкости должны быть стерилизованы (путем УФ-облучения, радиоактивного облучения, или сухой или влажной термообработки) и, кроме того, они должны быть защищены от внешнего загрязнения.
Среда PDA является менее селективной, чем среда GBC, а поэтому она менее адаптирована для роста плесневых грибов, однако в этой среде легче размножаются колонии бактерий и дрожжей.
Из одиннадцати выделенных плесневых грибов десять были выделены после культивирования на среде GBC, а один был выделен после культивирования на среде PDA.
Городские (бытовые) сточные воды отличаются от промышленных сточных вод как качественно, так и количественно. В общих чертах, образцы микроорганизмов, выделенные из городских сточных вод, не обнаруживаются в других очистных сооружениях или обнаруживаются в меньших количествах.
В настоящем описании представлены основные данные, полученные в результате биологического разложения ила в очистном сооружении микрогрибами в количестве 5000 МЭ.
Активность этих микрогрибов оценивали в двух контактных камерах 8 (или в рабочих резервуарах), снабженных соответствующим оборудованием для аэрации, контроля и перемешивания, а именно:
- в рабочем резервуаре 8, в который вводили определенную смесь (или коктейль);
- в контрольном рабочем резервуаре 8, в который не вводили мицеллярную смесь.
Эти два резервуара имели одинаковые рН, температуры и условия аэрации. Обрабатываемые потоки были также идентичными, при этом отличалась только биомасса, поскольку в рабочем резервуаре присутствовали выбранные мицеллярные виды. Были протестированы многие виды, комбинации видов, а также основные параметры, такие как время пребывания и физико-химические параметры.
Время пребывания также тестировали для оценки роста экзогенной и эндогенной флоры и для выбора оптимальных условий с точки зрения деградации органического вещества с учетом экономических факторов (более длительное или более короткое время пребывания, требующее использование более или менее дорогостоящего оборудования). Что касается физико-химических параметров, которые могли бы ускорить данные процессы, а поэтому обеспечивали бы корректное осуществление данного способа, то автором настоящего изобретения было подтверждено значительное влияние аэрации на рост грибковой смеси в режиме, стимулирующем способность этих грибков к разложению ила.
Рабочие резервуары, содержащие сточные воды, загруженные вместе с илом в каждый резервуар, подвергали различным тестам в периодическом и непрерывном режиме.
Для работы в периодическом режиме образцы брали в день 0 для оценки объема и количества ила: и в качестве неисчерпывающего примера может служить оценка концентрации суспендированного вещества, сухого летучего вещества, сухого вещества, летучего вещества, минерального вещества, а также азота и фосфора и ХПК; при этом обработанные потоки количественно оценивали в определенные дни по мере их прохождения. Для титрования бактериальной флоры проводили биологические анализы. После инжекции данной смеси в рабочий резервуар (в контрольный резервуар смесь не вводили), проводили биологические анализы для титрования бактериальной и грибковой флоры. Титрование давало точную информацию о фактически присутствующей мицеллярной популяции.
Для работы в непрерывном режиме тестирование проводили, например, в соответствии со следующим протоколом:
- непрерывное поступление сточных вод, загруженных так называемым "иловым" веществом, в каждый из резервуаров, а затем непрерывное выведение данного объема для поддержания требуемого времени пребывания (с учетом входящего и выходящего потоков); при этом исходя из объемов тест-установки, непрерывный режим устанавливали с использованием ежедневной подачи (путем добавки в определенный интервал времени) в течение периода времени, составляющего несколько минут в час, с чередующейся ежедневной экстракцией, осуществляемой в течение периода времени, составляющего несколько минут в час;
- взятие пробы из зоны, находящейся выше (по ходу потока) резервуара, для оценки объема и количества ила, фактически подаваемого в резервуар для мицеллярного разложения; при этом в качестве неисчерпывающего примера могут служить суспендированное вещество и сухое летучее вещество, а затем сухое вещество, летучее вещество, минеральное вещество, а также азот и фосфор, ХПК и т.п. (для титрования бактериальной флоры осуществляли биологические анализы).
- запуск биореактора с продуцированием in situ выбранных видов;
- непрерывная инжекция смеси (в зависимости от объема, инжекция мицеллярной смеси может быть осуществлена последовательно) в рабочий резервуар (в контрольный резервуар смесь не вводили);
- проведение биологических анализов по титрованию бактериальной и грибковой флоры, выделенной из указанного биореактора;
- регулярный забор проб из переработанного ила на выходе из резервуара с проведением необходимых общих химических и микробиологических анализов.
Проводили сравнение входящего и выходящего потоков, а также параллельное сравнение с контролем.
Автором настоящего изобретения было зарегистрировано разложение органического вещества в среднем порядка 20%-40%, что соответствовало различию в количестве вещества, поступающего в систему, и вещества, выходящего из этой системы. Ил, 'обработанный микрогрибами в контактной камере, обычно имел концентрации, приведенные в табл.2.
Примеры 1, 2 и 3 демонстрируют результаты, полученные на пилотных установках с реализацией способа по изобретению. В этих примерах показано, что объем осадка ила значительно уменьшен при обработке различными грибами, в частности: Mucor racemosus, Geotricum galactomyces, Penicillium atramentosum, Penicillium roqueforti, Mucor hiemalis, Trichoderma viride, Aspergillus phoenicis, Geomyces pannorum, Penicillium chrysogenum, Phoma glomerata, и их смесями.
В Примере 1 показано, что объем осадка уменьшен до конечного значения приблизительно 30% (усреднение данных экспериментов, проведенных в течение длительного времени, с использованием пилотной установки по настоящему изобретению). Данные периодического контроля микрофлоры в реакторах и во входном потоке, представлены в Примере 1. В ходе эксплуатации установки осуществлялся автоматизированный контроль параметров ее работы (данные не представлены). Итоговый показатель объема осадка (по отношению к исходному) приведен в заключительной части таблицы.
В Примерах 2 и 3 способ согласно изобретению был выполнен на установке для очистки по изобретению, в которой обрабатывались стоки, представляющих собой преимущественно стоки городской сети. Сточные воды были составлены как смесь, обеспечивающая осадок главным образом из городских стоков (80% осадка) и 20% осадка из промышленных стоков (Пример 2). В Примере 3 осадок образован из 70% осадка муниципального стока и 30% - от промышленного.
За счет деградации осадка его объем уменьшился и составил 50% для органической компоненты 45% для суспендированного материала (Пример 2). Согласно данным Примера 3 он составил 48% для органики и 43% для нерастворимых соединений по сравнению с исходными показателями.
Состав микроорганизмов, используемых в способе, приведен в Примерах 1-3.
Исходя из всего представленного выше описания следует отметить, что настоящее изобретение имеет несколько явных преимуществ.
А именно, для контроля за переработкой, насколько это возможно, может быть также выбран определенный тип и определенное количество микрогрибов, вводимых в ил, а в частности, их выбор зависит от параметров данной установки (условий окружающей среды при очистке сточных вод и остаточного ила, образующегося при такой очистке, состава ила, производительности установки и т.п.).
По сравнению с бактериями, жизненный цикл микрогрибов, многоклеточных организмов, имеет несколько значительных отличий: их рост является более медленным и отличается от роста бактерий, их ферментативный материал, используемый для разложения органического вещества, является более сложным и ориентирован на большее разнообразие субстратов.
Отбор мицеллярных видов, выделенных из эндогенной среды и объединенных, в соответствии с данным конкретным случаем, с другими видами, которые, как известно, обладают гидролизующей способностью, а также определение физико-химические условия, позволяют обеспечить стабильность, адаптируемость и активность вновь вводимой экосистемы (комплексную грибковую смесь). Таким образом, этот способ позволяет использовать преимущественные ферментативные функции экзогенных экосистем (смесей грибков), а также, в соответствии с данным конкретным случаем, эндогенных систем (флоры, уже присутствующей в данном иле).
В этом случае наблюдается более высокий уровень разложения ила в очистной установке под действием "коктейля" из нескольких микрогрибов по сравнению со стандартным способом, где используются бактерии и простейшие, присутствующие в данном иле. Причем в этом случае полностью окисленная фракция органического вещества является более крупной.
В новом способе по сравнению с уровнем техники потребление энергии значительно меньше, то есть потребление кислорода микрогрибами составляет приблизительно одну треть от количества кислорода, требуемого для бактериальных популяций. Кроме того, микрогрибы могут использовать все доступные формы кислорода для оптимизации разложения органического вещества. Поэтому описанный способ является низкоэнергетичным.
Этот способ также позволяет контролировать выведение патогенных агентов путем снижения их концентрации благодаря "антибиотическим" свойствам, присущим мицеллярной популяции. Некоторые мицеллярные виды могут быть также выбраны по их благоприятному воздействию на растения, при этом указанный ил может применяться для нанесения на почву, например, такое применение находят штаммы, которые, как известно, обладают фитопротективными свойствами. В более общих чертах способы, описанные выше, обладают высокой модульностью и гибкостью в отношении выбранных микрогрибов.
Этот способ дает неограниченные возможности для увеличения дренируемости ила, для предварительной дезинфекции этого ила, модификации отношений С/N, С/Р и т.п.
При этом следует отметить, что эффективность переработки ила зависит от рабочих условий (выбора параметров, обеспечивающих достижение оптимальной производительности), а также от типа сточных вод, а следовательно, и от разлагаемого субстрата. Кроме того, возможное проведение ряда стадий предварительной очистки (применяемой к частично или полностью очищенному потоку) позволяет значительно увеличить эффективность очистки. Перед мицеллярной переработкой ил может быть подвергнут стрессу под действием ферментов, термофильных катализаторов, подкислителей, озона, осмотического шока, других окислителей и реагентов окисления. Таким образом, несомненно, что превосходная эффективность очистки сточных вод может быть достигнута путем создания конкретных условий.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Микробиологический препарат для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в жидкой форме | 2016 |
|
RU2623156C1 |
| ШТАММ Penicillium sp., ОБЛАДАЮЩИЙ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ И ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ | 2012 |
|
RU2487933C1 |
| СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД | 2009 |
|
RU2440307C2 |
| СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МЕТАНОЛА | 2020 |
|
RU2768939C1 |
| Способ очистки сточных вод и переработки осадка в органические удобрения | 2019 |
|
RU2726514C1 |
| СПОСОБ БИОРЕМЕДИАЦИИ ВОДЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТРИНИТРОТОЛУОЛОМ | 2010 |
|
RU2482076C2 |
| Способ биологической очистки сточных вод от легких углеводородов | 2020 |
|
RU2749856C1 |
| Способ очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов | 2018 |
|
RU2701827C1 |
| СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АЗОТНО-ФОСФОРНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ | 2017 |
|
RU2644904C1 |
| Способ биохимической очистки сточных вод от азотсодержащих соединений | 1982 |
|
SU1063791A1 |
Изобретение относится к биотехнологии. Способ включает стадию обработки ила микрогрибами, непрерывно культивируемыми в параллельном резервуаре. Микрогрибы выбирают из грибов рода Penicillium, Trichoderma, Fusarium, Phoma, Mucor, Galactomyces, Aspergillus, Botrytis, Geomyces и их смеси. Предложены также две установки для осуществления способа. Представленная группа изобретений позволяет снизить объем ила, в частности разложить большую часть органических веществ в иле. Кроме того, позволяет регулировать уровень такого разложения для оптимизации степени очистки сточных вод. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
физической и/или биологической обработки сточных вод, приводящей к образованию ила, подаваемого, по крайней мере, в один резервуар для первичной обработки (3);
если необходимо, активации указанного ила в указанном резервуаре (3);
если необходимо, осветления активированного ила.
физической и/или биологической обработки сточных вод, приводящей к образованию ила, подаваемого, по крайней мере, в один резервуар для смешанной обработки (18);
если необходимо, активации указанного ила в указанном резервуаре (18).
резервуар для первичной обработки (3), содержащий ил для переработки;
по крайней мере, одну биологическую контактную камеру (8), расположенную ниже по ходу потока резервуара для первичной очистки и предназначенную для разложения, по крайней мере, части указанного ила микрогрибами;
биореактор для непрерывного культивирования микрогрибов (9), расположенный выше по ходу потока указанной биологической контактной камеры.
резервуар для смешанной обработки (18), содержащий ил для переработки и предназначенный для разложения, по крайней мере, части ила микрогрибами, где указанный резервуар для смешанной обработки (18) включает систему мембранной фильтрации (19, 31);
биореактор (28) для непрерывного культивирования микрогрибов, расположенный параллельно резервуару для смешанной обработки.
устройство для ввода питательных веществ и инокулята для культивирования;
устройство для однородного распределения микрогрибов в биореакторе;
устройство (10) для переноса культивируемых микрогрибов в контактную камеру (8) или резервуар для смешанной обработки (18);
устройство для фильтрации циркулирующего в реакторе воздуха.
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБМОТОК ВОЗБУЖДЕНИЯ МАГНИТНЫХ ЛИНЗ | 0 |
|
SU335682A1 |
| US 5698028 A, 16.12.1997 | |||
| US 5955350 A, 21.09.1999. | |||
