СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2012 года по МПК C02F3/02 C02F3/34 

Изобретение относится к области биотехнологии очистки сточных вод, как всех известных отраслей промышленности, так и хозяйственно-бытовых или их смесей от различных классов органических соединений методом биохимической деградации органических загрязнений и может быть реализовано на всех предприятиях или в городских хозяйствах, где имеются станции аэрации, использующие способ биохимической очистки сточных вод.

Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод в открытые водоемы приводит к нарушению в них экологического равновесия. В лучшем случае это сопровождается перестройкой биоценоза водоема с развитием наиболее толерантных форм, в худшем случае заканчивается полной гибелью аэробных организмов и развитием процессов гниения. Поэтому обеспечение эффективной очистки сточных вод для защиты водоемов от загрязнений является крайне актуальной задачей.

Среди применяемых в настоящее время систем и принципов очистки сточных вод едва ли не самое значительное место занимают биологические методы, как наиболее перспективные и экологически оправданные. Биологическая очистка - это, прежде всего, деструкция чуждых природной воде соединений, осуществляемая безреагентным путем. Биологический метод основан на использовании специфических биологических сообществ, носящих общее название активного ила.

Одним из способов интенсификации процесса биоразложения компонентов сточных вод является применение биологически активных веществ (БАВ) в качестве стимулятора процесса биоразложения загрязнений.

Применение БАВ увеличивает эффективность и качество очистки сточных вод, сокращает сроки запуска объектов биологической очистки, например аэротенков и биофильтров, в эксплуатацию, расширяет возможности использования биологической очистки в условиях низких температур и защищает культуры активного ила и биологической пленки от воздействия вредных веществ, например солей тяжелых металлов, гербицидов и пестицидов.

Известен способ биохимической очистки сточных вод от органических примесей при использовании водного раствора 1,3-бис[диметил(t-бутиламино)силил]-2,2,4,4-тетраметилциклодисилазана в количестве, обеспечивающем концентрацию 0,015-0,050 мг/л в очистных сооружениях. Указанный способ позволяет улучшить качество очищаемой жидкости в 1,7-2,1 раза (при сохранении постоянного времени аэрации) или сократить время аэрации в 1,44-1,71 раза (при прежней степени очистки) [RU 2091331, С1, 1997.09.27].

Недостатком данного способа является то, что БАВ применяется в концентрации 0,015 - 0,050 мг/л, что в тысячи и десятки тысяч раз больше, чем в предлагаемом нами изобретении. Кроме того, 1,3-бис[диметил(t-бутиламино)силил]-2,2,4,4-тетраметилциклодисилазан синтезируется в несколько стадий по сравнению с предлагаемым нами биостимулятором.

Жизнедеятельность микроорганизмов активного ила стимулирует введение в сточную воду кислот цикла Кребса, например малеиновой или янтарной. Так, известен способ биохимической очистки сточных вод от органических соединений, в котором ил предварительно обрабатывают водным раствором малеиновой или янтарной кислоты предпочтительно в количестве от 0,01 до 1,00 ммоль на литр ила. В результате такой обработки позволило увеличить степени очистки сточной воды по показателю химическое потребление кислорода (ХПК) до 94% с сокращением времени аэрации [SU 1527184 A1, 1989.12.07].

Существенным недостатком данного способа является необходимость специальной обработки части или всего объема активного ила дефицитными и дорогими реактивами (малеиновой и янтарной кислотами) в больших количествах (до 116-118 мг/л) в течение длительного (до 8 ч) промежутка времени.

Задача данного изобретения - создание нового способа интенсификации биологической очистки сточных вод от различных органических загрязнений, расширяющего ассортимент известных способов биологической очистки сточных вод, с применением отечественного недорогого, нетоксичного, эффективного, экологичного препарата Мелафен, действующего в чрезвычайно низких концентрациях.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в стимулировании препаратом Мелафен жизнедеятельности содержащихся в активном иле микроорганизмов и тем самым в ускорении деструкции загрязнений.

Технический результат достигается заявляемым способом интенсификации биологической очистки сточных вод активным илом при использовании биологически активного вещества, стимулирующего метаболизм микроорганизмов, где в качестве такого биологически активного вещества используют препарат Мелафен в количестве, обеспечивающем его концентрацию в очистных сооружениях 1*10^-4-1*10^-8 мг/дм³.

Препарат Мелафен представляет собой меламиновую соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты формулы I:

Мелафен известен в качестве высокоэффективного синтетического регулятора роста и развития растений [RU 2158735 С1, опубл. 2000.11.10].

Мелафен не обладает токсическим, мутагенным, ДНК-повреждающим, генотоксическим действием в широком диапазоне исследованных концентраций от 0,46*10^-9 М до 0,46*10^-3 М [А.Б.Маргулис, О.Н.Ильинская; Генотоксические эффекты регулятора роста растений - Мелафена / Сборник материалов Всероссийского семинара-совещания «Состояние исследований и перспективы применения регулятора роста растений нового поколения «Мелафен» в сельском хозяйстве и биотехнологии», Казань, изд. «Школа» - 2006 - C.150]. Установлено, что препарат относится к IV классу - незначительно опасные вещества со слабо выраженной кумуляцией. LD₅₀ при пероральном введении составляет 6500 мг/кг для крыс и 2000 мг/кг для мышей [М.Я.Тремасов, А.И.Сергейчев, Э.И.Семенов; К фармако-токсикологической характеристике препарата «Мелафен» / Сборник материалов Всероссийского семинара-совещания «Состояние исследований и перспективы применения регулятора роста растений нового поколения «Мелафен» в сельском хозяйстве и биотехнологии», Казань, изд. «Школа» - 2006 - С.143].

Известно использование Мелафена в биотехнологических процессах: в новом способе получения аймалина при культивировании ткани Раувольфии змеиной [RU 2174555, опубл. 2001.10.10], для увеличения накоплении берберина в клеточной культуре василистника малого [RU 2323972, опубл. 2008.05.10], для биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений [RU 2355488, опубл. 2009.05.20].

Способ осуществляют следующим образом.

Лабораторные эксперименты проводят на хозяйственно-бытовых сточных водах городских очистных сооружений (ГОС) Муниципального унитарного предприятия (МУЛ) «Водоканал» г.Казани и промышленных сточных водах ОАО «Казаньоргсинтез».

Экспериментальные исследования биологической очистки сточных вод производят на установке, состоящей из двух конструкционно идентично выполненных упрощенных физических моделей биологических очистных сооружений, смонтированных на одной технологической раме [Сироткин А.С. Интенсификация процесса очистки промышленных сточных вод биосорбционным методом: Дисс… канд. техн. наук. Казань, 1993]. Установка предназначена для проведения сравнительных экспериментов:

- контрольный аэротенк реализовывает следующие процессы: традиционная биологическая очистка сточных вод (без БАВ) или биологическая очистка с использованием янтарной кислоты;

- опытный аэротенк реализовывает процесс биологической очистки сточных вод с использованием Мелафена.

Аэротенк представляет собой реактор, куда подается воздух и иловая суспензия для очистки сточных вод. Рабочий объем аэротенка 2 дм³. Аэрацию иловой смеси и сточной воды в аэротенке осуществляют техническим воздухом, диспергируемым с помощью пористого камня. Расход воздуха на аэрацию регулируют ротаметром.

Анализы поступающей сточной воды, ила, очищенной воды производят с использованием проб, взятых в аэротенке.

В аэротенк рабочим объемом 2 дм³ заливают 1 дм³ активного ила и организовывают процесс аэрации (1 стадия). Доля рецикла активного ила в промышленном аэротенке составляет 50-70%, поэтому нами был выбран объем ила 50% от рабочего объема аэротенка, что соответствует максимально жестким условиям.

Затем (2 стадия) в аэротенки заливают 1 дм³ сточной воды и в соответствующий аэротенк вносят необходимый препарат (янтарная кислота, Мелафен) в исследуемой концентрации.

Первоначально был исследован диапазон концентраций препарата Мелафен от 1*10^-4 мг/дм³ до 1*10^-8 мг/дм³. Явного преимущества одной концентрации над другой в указанном диапазоне концентраций не наблюдалось. Тем не менее, наилучшие результаты были получены при использовании концентрации препарата Мелафен, равной 1*10^-6 мг/дм³, которая и была выбрана в качестве рабочей для дальнейших экспериментов.

Процесс очистки по времени в промышленном аэротенке составляет 7-10 часов.

Нами было выбрано время пребывания 7 часов. Химическое потребление кислорода (ХПК) исходной сточной воды варьируется в ходе экспериментов и в среднем составляет 740-870 мг O₂/дм³, pH составляет 6.5-7.5 ед., а температура - 22°С. Сточную воду для эксперимента отбирают из лотка подачи сточной воды перед аэротенком.

После обработки (3 стадия) прекращают подачу воздуха и очищенную сточную воду в смеси с иловой суспензией отстаивают, затем осветленную воду сливают.

Для исследования динамики биологической очистки сточных вод используют ту же установку, но работает она в отъемно-доливном режиме [Сироткин А.С., Понкратова С.А., Шулаев М.В. Современные технологические концепции аэробной биологической очистки сточных вод. / А.С.Сироткин, С.А.Понкратова, М.В.Шулаев. - Казань, 2002. - 163 с.]. При этом режиме стадии 1-3 циклично повторяют с новой поступающей водой, но используют тот же активный ил.

Определение показателя ХПК очищенной и исходной хозяйственно-бытовой и промышленной сточной воды проводят в соответствии с Природоохранными нормативными документами федеративными (ПНД Ф) 14.1:2.100-97 «Методика выполнения измерений химического потребления кислорода в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом».

Определение концентрации неионогенных синтетических поверхностно-активных веществ (н-СПАВ) в очищенном стоке и в поступающей воде проводят в соответствии с «Методикой фотометрического определения массовых концентраций неионогенных поверхностно-активных веществ в природных, промливневых, очищенных и химзагрязненных сточных водах» №ЦЛ-62-02, разработанной Центральной лабораторией ОАО «Казаньоргсинтез», аттестованной в соответствии с ГОСТ Р 8.563.

Определение концентрации фенола в сточной воде проводят в соответствии с «Методикой фотометрического определения массовой концентрации фенола в сточных водах» №ЦЛ-27, разработанной ЦЛО ОАО «Казаньоргсинтез», аттестованной в соответствии с ГОСТ Р 8.563.

Определение концентрации фенола в очищенном стоке проводят в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.105-97 «Методика выполнения измерений суммарных содержаний летучих фенолов в пробах природных и очищенных сточных вод экстракционно-фотометрическим методом после отгонки с паром».

Определение концентрации этиленгликоля в очищенной и в сточной воде проводят в соответствии с «Методикой фотометрического определения массовой концентрации этиленгликоля в природных водах, промливневых, очищенных и химзагрязненных сточных водах» №ЦЛ-121-03, разработанной ЦЛО ОАО «Казаньоргсинтез», аттестованной в соответствии с ГОСТ Р 8.563.

Кроме лабораторных испытаний проводят опытно-промышленные испытания на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез».

Результаты проведенных как лабораторных, так и промышленных испытаний показывают, что внесение препарата Мелафен в количестве, обеспечивающем его концентрацию в очищаемой воде 1*10^-4-1*10^-8 мг/дм³, позволяет увеличить эффективность очистки в большом диапазоне загрязнений и по этому показателю не уступает способу с применением биологически активного вещества - янтарной кислоты.

Кроме того, препарат Мелафен существенно улучшает основные характеристики активного ила, и его применение на стадии регенерации позволяет сократить ее время, что подтверждается следующими исследованиями.

Параллельно с проведением экспериментов в кинетических условиях проводят микробиологический анализ активного ила в системах биологической очистки с применением Мелафена и янтарной кислоты и без применения БАВ до начала и по завершении экспериментов.

Исходный активный ил можно охарактеризовать следующим образом: цвет ила темно-коричневый, хлопки ила мелкие, рыхлые, местами комкообразные, границы раздела фаз слегка размытые. Несмотря на то, что надыловая жидкость прозрачная, седиментационные характеристики ила не удовлетворяют общим требованиям, так как после 30-минутного отстаивания иловой суспензии объем ила составляет 75-80 мл, а объем воды 20-25 мл. При микрокопировании не наблюдают большого разнообразия подвижных простейших.

Были обнаружены простейшие p.Aspidisca, p.Arcella, жгутиковые p.Bodo, а также малоподвижные коловратки p.Rotatoria, нитчатые микроорганизмы и большое количество цист.

После процесса биологической очистки наблюдают, что активный ил приобрел более светлую окраску, уменьшилось количество цист. После эксперимента с добавлением препарата Мелафен ил показывает лучшие седиментационные характеристики в сравнении с традиционной биологической очисткой, объем ила после отстаивания был равен 60 мл. Хлопки ила умеренной величины, но довольно плотные, что обеспечило большую поверхность для сорбции загрязнений и в то же время вызвало хорошее оседание ила, надыловая жидкость прозрачная.

Были обнаружены подвижные простейшие p.Aspidisca, p.Arcella, в значительном количестве инфузории р.Carchesium, Vorticella convallaria, все они хорошо упитанны, ресничная зона раскрыта, движения ресничек активные, также присутствовали подвижные коловратки p.Rotatoria, малощетинковые черви p.Aeolosoma.

Такая характеристика активного ила является положительным признаком оценки его качества. Таким образом, активный ил после биологической очистки сточных вод с применением Мелафена можно считать умеренно-нагруженным, хорошо работающим в данных условиях и приспособленным к исследуемым загрязнениям.

Активный ил после процесса биологической очистки с применением как препарата Мелафен, так и янтарной кислоты, показал схожие характеристики. В обоих случаях микроорганизмы были подвижные, видовой состав разнообразный, хотя количество микроорганизмов было немного больше в эксперименте с применением янтарной кислоты. Инцистирование существенно сократилось по сравнению с биологической очисткой без применения препаратов.

Учитывая результаты микробиологического анализа, можно сделать следующий вывод, что применение препарата Мелафен в биологической очистке сточных вод стимулирует жизнедеятельность микроорганизмов, нормализует работу активного ила и в своем влиянии не уступает янтарной кислоте.

Кроме того, проводят серию экспериментов по исследованию стадии регенерации активного ила без БАВ и в присутствии Мелафена и янтарной кислоты, с целью определения времени регенерации. В настоящее время в процессе биологической очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез», согласно технологическому регламенту время регенерации соответствует 20 часам.

В регенераторы, представляющие собой три аэрируемые емкости объемом 1,5 дм³ каждая, заливают по 1 дм³ активного ила, поступающего на стадию регенерации, и осуществляют его аэрацию путем подачи технического воздуха, который диспергируется пористым камнем. Перед аэрацией в две из емкостей добавляют Мелафен и янтарную кислоту в концентрации 1*10^-6 мг/дм³ соответственно. Параллельные эксперименты проводят для времени регенерации 18 и 20 часов.

Исходный активный ил имеет следующие характеристики: цвет светло-коричневый, хлопья мелкие, после 30-минутного отстаивания объем ила составлял 80-85 мл. При микроскопировании обнаружены простейшие p.Aspidisca, p.Arcella, p.Vorticella convallaria, также присутствуют малоподвижные или неподвижные коловратки p.Rotatoria, застывшие в вытянутом состоянии, что является признаком недостатка кислорода.

Удовлетворительная регенерация активного ила без применения препаратов достигается спустя 20 часов. При микроскопировании обнаружено количественное преобладание инфузорий p.Carchesium, p.Vorticella, над свободноплавающими инфузориями. Организмы подвижные, хлопок ила более крупный, вода над илом прозрачная. При этом же времени активный ил с добавлением Мелафена и янтарной кислоты достиг стадии глубокой регенерации.

18-часовой опыт показал следующее: активный ил без добавления препаратов не достиг уровня удовлетворительной регенерации, в то время как активный ил с применением Мелафена и янтарной кислоты достиг удовлетворительной степени регенерации и показал более лучшие характеристики: видовой состав микроорганизмов стал более разнообразным, было выявлено количественное преобладание простейших р. Aspidisca, p.Arcella, Vorticella convallaria, p.Carchesium, также присутствовали подвижные коловратки p.Rotatoria, малощетинковые черви p.Aeolosoma. Ресничная зона инфузорий раскрыта, движения ресничек активные.

В ходе данного эксперимента можно сделать следующий вывод: применение Мелафена и янтарной кислоты позволяет сократить время регенерации в системе биологической очистки сточных вод на 10% (с 20 до 18 часов), что снизит энергозатраты и позволит увеличить объем очищаемой воды.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Исследование биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в кинетических условиях с применением препарата Мелафен в концентрации 1*10^-8 мг/дм³ в сравнении с традиционной биологической очисткой (без добавления БАВ)

Исследование кинетики проводят на описанной выше установке. Сточную воду для эксперимента отбирают из лотка подачи сточной воды перед аэротенком. Перед началом эксперимента производят измерение показателя ХПК в сточной воде по указанной выше методике. ХПК исходной сточной воды составляет 185 мг O₂/дм³, 7,5-8,5 ед., а температура - 22°С. Результаты приведены в таблице 1 и на фигуре 1.

В контрольный и опытный аэротенки рабочим объемом 2 дм³ каждый заливают по 1 дм³ активного ила и организовывают процесс аэрации (1 стадия). Доля рецикла активного ила в промышленном аэротенке составляет 50-70%, поэтому нами был выбран объем ила 50% от рабочего объема аэротенка, что соответствует максимально жестким условиям.

Затем (2 стадия) в аэротенки заливают 1 дм³ сточной воды и в опытный аэротенк вносят Мелафен в концентрации 2*10^-8 мг.

Время очистки составляет 3,5 часа.

Отбирают пробы очищенной воды в смеси с иловой суспензией через определенные промежутки времени (через 0,5, 1, 1,5, 2,5 и 3,5 часа эксперимента), затем активный ил отделяют фильтрованием и анализируют значение ХПК очищенной воды.

Из экспериментальных данных видно, что опытный аэротенк обеспечивал на 5% более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный.

Пример 2. Исследование биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в кинетических условиях с применением препарата Мелафен в концентрации 1*10^-6 мг/дм³ в сравнении с традиционной биологической очисткой (без добавления БАВ)

Эксперимент проводят в условиях примера 1, но используют Мелафен в концентрации 1*10^-6 мг/дм³. Из экспериментальных данных (фиг.1 и таб.1) видно, что опытный аэротенк обеспечивал на 36% более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный.

Пример 3. Исследование биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в кинетических условиях с применением препарата Мелафен в концентрации 1*10^-4 мг/дм³ в сравнении с традиционной биологической очисткой (без добавления БАВ)

Эксперимент проводят в условиях примера 1, но используют Мелафен в концентрации 1*10^-4 мг/дм³. Из экспериментальных данных (фиг.1 и таб.1) видно, что опытный аэротенк обеспечивал на 45% более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный.

Таким образом, применение препарата Мелафен в диапазоне концентраций 1*10^-4 мг/дм³ до 1*10^-8 мг/дм³ обеспечивает на 5-45% более глубокую очистку сточной воды, чем биологическая очистка без БАВ.

Эффективность очистки сточной воды с применением препарата Мелафен в концентрациях, равных 1*10^-4 мг/дм³ и 1*10^-6 мг/дм³, обеспечивает более высокую степень очистки по сравнению с использованием препарата Мелафен в концентрации 1*10^-8 мг/дм³, которая составила 83% и 74% соответственно против 43%. Конечные значения ХПК в примерах 2 и 3 удовлетворяют нормативу на сброс очищенной воды в водоем (30 мг/дм³ и 45 мг/дм³).

Пример 4. Исследование биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в кинетических условиях с применением Мелафена в сравнении с биологической очисткой с применением янтарной кислоты

Эксперимент проводят в условиях примера 1, но в качестве контрольного аэротенка используют систему биологической очистки в присутствии янтарной кислоты. Концентрация биологически активных веществ в обоих аэротенках составляет 1*10^-6 мг/дм³. ХПК поступающей воды составляет 150 мг/дм³, pH - 7,2 ед., температура - 22°С. Конечный показатель ХПК очищенной воды при биологической очистке с использованием янтарной кислоты составляет 70 мг O₂/дм³, а с использованием Мелафена - 40 мг O₂/дм³. Результаты приведены в таблице 2 и на фигуре 2.

Данные эксперимента по ХПК показывают, что добавление Мелафена в указанной концентрации приводит к снижению ХПК с 150 до 40 мг O₂/дм³, тогда как янтарной кислоты - до 70 мг O₂/дм³, что подтверждает степень очистки 74 и 54% соответственно.

Пример 5. Исследование биологической очистки промышленных сточных вод в кинетических условиях с применением препарата Мелафен в концентрации 1*10^-6 мг/дм³ в сравнении с традиционной биологической очисткой (без добавления БАВ)

Эксперимент проводят в условиях примера 1, но используют промышленные сточные воды и кроме ХПК измеряют концентрации фенола, этиленгликоля и н-СПАВ по указанным выше методикам. ХПК исходной сточной воды составляет 850 мг O₂/дм³, pH - 6,7 ед., температура - 22°С. Концентрация этиленгликоля в исходной сточной воде составляет 12,90 мг/дм³, фенола - 3,13 мг/дм³, н-СПАВ - 1,25 мг/дм³. Результаты приведены в таблице 3 и на фигурах 3-6.

Время очистки составляет 7 часов.

Отбирают пробы очищенной воды в смеси с иловой суспензией через определенные промежутки времени (через 1, 3, 5 часов эксперимента), затем активный ил отделяют фильтрованием и анализируют значение ХПК очищенной воды и проводят измерения концентраций фенола, этиленгликоля и н-СПАВ (фигуры 3-6).

После обработки - через 7 часов - (3 стадия) прекращают подачу воздуха и очищенную сточную воду в смеси с иловой суспензией отстаивают в течение 30 минут. Затем очищенную воду сливают и анализируют вышеуказанные конечные показатели. Результаты приведены в таблице 3 и на фигурах 3-6. ХПК очищенной воды при традиционной биологической очистке составляет 175 мг O₂/дм³, а с использованием Мелафена - 135 мг O₂/дм³. Концентрация этиленгликоля в очищенной воде составляет 0,63 и 0,18 мг/дм³, фенола - 0,2 и 0,00005 мг/дм³, н-СПАВ - 0,19 и 0,056 мг/дм³ соответственно.

Данные эксперимента, представленные в таблице 3 и на фиг.3, показывают, что в первые три часа Мелафен проявляет лучшую очистку по ХПК по сравнению с традиционной биологической очисткой, так за один час эксперимента значение ХПК с 850 мг O₂/дм³ снизилось до 270 мг O₂/дм³ (фигура 2), в то время как при биологической очистке без БАВ значение ХПК к этому времени составило всего 520 мг O₂/дм³. В конце эксперимента опытный аэротенк обеспечивает почти на 5% более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный.

Система биологической очистки с применением Мелафена обеспечивает на 3,5% более эффективную очистку сточной воды по концентрации этиленгликоля (фиг.4, табл.3) по сравнению с традиционной биологической очисткой.

Из экспериментальных данных (фиг.5, табл.3) по значениям содержания фенола видно, что степень очистки с применением Мелафена на 6,3% выше по сравнению с традиционной биологической очисткой.

Данные, представленные на фиг.6 и в табл.3, показывают, что наилучшим образом Мелафен повлиял на содержание в сточной воде н-СПАВ, степень очистки от которого оказалась эффективнее на 10,7%.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение Мелафена в концентрации 10^-6 мг/дм³ способствует более глубокой очистке сточных вод от исследуемых загрязнений по сравнению с биологической очисткой без добавления БАВ.

Пример 6. Исследование биологической очистки промышленных сточных вод в кинетических условиях с применением Мелафена в сравнении с биологической очисткой с применением янтарной кислоты

Эксперимент проводят в условиях примера 5, но в качестве контрольного аэротенка используют систему биологической очистки в присутствии янтарной кислоты. Концентрация биологически активных веществ в обоих аэротенках составляет 10^-6 мг/дм³. ХПК поступающей воды составляет 690 мг O₂/дм³, pH - 6,9 ед., температура - 23°С. Концентрация этиленгликоля в исходной сточной воде составляет 11,2 мг/дм³, фенола - 1,52 мг/дм³, н-СПАВ - 2,61 мг/дм³. Конечные показатели: ХПК очищенной воды при биологической очистке с использованием янтарной кислоты составляет 105 мг O₂/дм³, а с использованием Мелафена - 110 мг O₂/дм³. Концентрация этиленгликоля в очищенной воде составляет 0,087 и 0,1 мг/дм³, фенола - 0,00017 и 0,0002 мг/дм³ соответственно, а концентрация н-СПАВ была одинаковой в обеих системах и составляла 0,056 мг/дм³. Результаты приведены в таблице 4 и на фигурах 7-10.

Данные эксперимента по ХПК показывают, что добавление Мелафена в указанной концентрации приводит к снижению ХПК с 690 до 110 мг O₂/дм³, тогда как янтарной кислоты - до 105 мг O₂/дм³, что подтверждает степень очистки 84,1 и 84,8% соответственно.

Показатели, представленные на фиг.8 и в таблице 4 по снижению концентрации этиленгликоля, практически совпадают для систем с применением Мелафена и янтарной кислоты.

Показатели концентрации фенола (фиг.9) позволяют видеть, что в течение первого часа в системе очистки с янтарной кислотой происходит значительно лучшее очищение сточных вод от фенола, нежели в системе очистки с Мелафеном, однако к трем часам эти значения выравниваются, в период с трех до семи часов очистка с добавлением Мелафена несколько более эффективна, чем с янтарной кислотой, и опять практически совпадают к 7 часам, достигая практически 100%-ной степени очистки.

Данные эксперимента по концентрации н-СПАВ (фиг.10) показывают, что спустя 5 часов в системе биологической очистки с применением Мелафена концентрация н-СПАВ была значительно ниже, чем при биологической очистке с применением янтарной кислоты (0,48 и 1,59 мг/дм³ соответственно). Несмотря на это в конце эксперимента степень очистки в обеих системах составила 97,9% (фиг 10, табл.4).

По данным, представленным на фиг.7-10 и в таблице 4, можно сделать вывод, что по всем исследуемым показателям (по ХПК и концентрациям этиленгликоля, фенола, н-СПАВ) Мелафен не уступает общеизвестному биологически активному веществу янтарной кислоте и оказывает схожий стимулирующий эффект.

Пример 7. Исследование биологической очистки сточных вод с применением препарата Мелафен в динамических условиях в сравнении с традиционной биологической очисткой (без БАВ)

Эксперимент проводят в условиях примера 1, но для исследования динамики биологической очистки сточных вод используют ту же установку, работающую в отъемно-доливном режиме, при котором стадии 1-3 циклично повторяют с новой поступающей водой, но используют тот же активный ил. Время очистки в динамических условиях составляет 24 часа, а анализ показателей осуществляют: сточной воды перед заливом в аэротенк, а очищенной - после слива из аэротенка.

Длительность эксперимента составляет 15 суток. Результаты представлены на фиг.11-14 и в таблицах 5-8 соответственно для показателей ХПК, концентрации н-СПАВ, этиленгликоля и фенола.

Данные эксперимента (фиг.11, табл.5) показывают, что степень очистки по значениям ХПК с применением Мелафена на 3,30-8,50% выше, чем при традиционной биологической очистке.

Из экспериментальных данных видно (фиг.12, табл.6), что степень очистки от н-СПАВ с применением Мелафена на 0,4-18,7% выше, чем при традиционной биологической очистке.

Анализ данных, представленных на фиг.13 и в табл.7, показывает, что применение Мелафена обеспечивает на 0,6-7,3% более глубокую очистку от этиленгликоля, чем при традиционной биологической очистке.

По концентрации фенола в очищенной воде (фиг.14, табл.8) обе системы показали удовлетворительные результаты, явного преимущества применения Мелафена для биологической очистки от фенола не наблюдалось. Все конечные значения концентраций не превышали ПДК.

Как показывают представленные данные, (фиг.11-14) в динамических условиях Мелафен эффективно работает до 6 суток. Можно предположить, что Мелафен потребляется и его концентрация уменьшается.

Таким образом, при опытно-промышленных испытаниях рекомендуется повторно вводить Мелафен на 7 сутки для обеспечения более эффективной очистки сточных вод.

Несмотря на это, в период с 7 по 15 сутки в отдельных случаях наблюдалось остаточное влияние Мелафена на микроорганизмы активного ила. Так, степень очистки от этиленгликоля на 13 сутки в системе с применением Мелафена выше на 7,3%, от н-СПАВ на 9 сутки - на 8,3% по сравнению с традиционной биологической очисткой, а по значению ХПК степень очистки на 14 сутки составила 69,1%, что на 8,5% выше по сравнению с традиционной биологической очисткой.

В начале и в конце эксперимента в динамических условиях были определены значения илового индекса в обеих системах очистки (табл.9).

В исследуемой системе биологической очистки с применением препарата Мелафен было отмечено снижение илового индекса на 10,8%, а при традиционной биологической очистке произошло повышение илового индекса на 6%. Таким образом, применение Мелафена оказывает благоприятное воздействие и на седиментационные характеристики ила.

Пример 8. Опытно-промышленные испытания очистки производственных сточных вод с использованием Мелафена

Опытно-промышленные испытания производят на очистных сооружениях ОАО «Казаньоргсинтез в апреле - мае 2008 года. Для сравнения эффективности использования Мелафена и анализа результатов эффективности очистки используют данные за апрель-май 2007 года и данные за февраль-март 2008 года.

Все аналитические работы выполняют на базе Санитарно-промышленной лаборатории цеха Нейтрализации и очистки сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез». ХПК поступающей воды в ходе испытаний варьируется от 420 до 1070 мг O₂/дм³ и в среднем составило 760 мг O₂/дм³.

137,5 мг препарата Мелафен растворяют в 10 дм³ воды.

Мелафен вносят в количестве, обеспечивающем его концентрацию в очистных сооружениях 1*10^-6 мг/дм³:

- 200 см³ полученного раствора препарата Мелафен в аэротенки биологических очистных сооружений (БОС) общим объемом 12400 м³ ежедневно через узел подачи биогенных элементов с учетом расхода поступающих на очистку сточных вод;

- 300 см³ полученного раствора препарата Мелафен - в регенератор один раз в 7 суток через иловые камеры с учетом доли рецикла активного ила, для поддержания необходимой концентрации в системе.

Эффективность процесса биологической очистки, в первую очередь, определяется состоянием активного ила - его иловыми характеристиками, составом микрофлоры и микрофауны биоценоза очистных сооружений. Цвет ила определяется как составом очищаемых сточных вод, так и режимом аэрации. Качество очищенной воды по общим характеристикам, в первую очередь, определяется седиментационными свойствами, составом активного ила, скоростью и полнотой его отделения от очищаемой воды. Характеристики ила, полученные в разные периоды времени, показывают, что в целом состояние активного ила удовлетворительное, качественный и количественный состав микрофауны ила, его концентрация в аэротенке дает основание для вывода, что ил характеризуется как умеренно-нагруженный.

Результаты анализов, проведенных во время проведения опытно-промышленных испытаний, представленные в табл.10-12 и на фиг.15-17, позволяют сделать следующие выводы, что в сравнении с контрольными периодами (апрель-май 2007 г., февраль-март 2008 г.) в период опытно-промышленных испытаний (апрель-май 2008, при добавлении Мелафена) зафиксирована тенденция к снижению илового индекса (аэротенк «б», относительно 2007 г. иловый индекс снизился в среднем на 28%, относительно февраля-марта 2008 года на 21%, аэротенк «в» иловый индекс снизился по сравнению с 2007 г. на 13%, по сравнению с февралем-мартом 2008 года на 24%).

Таким образом, опытно-промышленные испытания показали, что внесение в систему биоочистки препарата Мелафен способствует улучшению седиментационных свойств активного ила, что позволяет, при необходимости, поддерживать более высокую дозу активного ила в аэротенках.

Следует отметить, что в период применения препарата Мелафен активный ил характеризовался следующими положительными факторами: границы фаз были более четкими, хлопья плотными средней величины. Микробиологический анализ показывает, что видовой состав биоценоза более разнообразен по сравнению с составом микрофауны в периоды, взятые в качестве контроля (апрель 2007 г., февраль-март 2008 г.), активность представителей микрофауны была выше.

Таким образом, показано, что внесение в систему биоочистки Мелафена улучшает внешние характеристики активного ила и способствует укрупнению хлопков ила.

Одновременно проводят анализ дегидрогеназной активности ила (ДАИ) на хлопьях, в надыловой жидкости и в сточной воде и делают вывод о состоянии активного ила. Дегидрогеназную активность определяют по стандартной методике, основанной на восстановлении бесцветного 2-,3-,5-трифенилтетразолия хлористого (ТТХ) дегидрогеназами в окрашенный трифенилформазан. Значения ДАИ и полноты окисления загрязнений в аэротенках за исследуемые периоды времени представлены в таблицах 13-15.

Проанализировав показатель ДАИ в контроле ((к) - пробу отбирают после регенерации), в надыловой жидкости (н/ж) и в сточной воде (с/в), установлено, что при использовании препарата Мелафен в апреле-мае 2008 года окисление было более полным и удовлетворительным, по сравнению с другими проанализированными периодами, без использования препарата.

Это определяют по увеличению показателя ДАИ в надыловой жидкости по сравнению с контрольным значением и в сточной воде по сравнению с надыловой жидкостью, при этом более полное окисление наблюдают в случае наибольшего расходования фермента микроорганизмами (значение ДАИ не превышает единицу во всех трех пробах). Следовательно, результаты опытно-промышленных испытаний позволяют сделать вывод, что препарат Мелафен стимулирует жизнедеятельность микроорганизмов активного ила, способствует более полному окислению загрязнений.

Таким образом, предложен новый способ интенсификации биологической очистки сточных вод от различных загрязнений с концентрациях.

К преимуществам заявляемого способа можно отнести следующие:

- повышение эффективности биологической очистки сточных вод в аэротенке по сравнению с биологической очисткой без добавления биологически активных веществ;

- применение Мелафена в значительной степени удешевляет процесс биологической очистки сточных вод по сравнению с применением янтарной кислоты, при этом в своем влиянии не уступая ей;

- экологическая безопасность - применение нетоксичного препарата Мелафен в чрезвычайно низких концентрациях (1*10^-4 мг/дм³-1*10^-8 мг/дм³);

- простота ведения технологического процесса;

- сокращение времени биологической очистки сточных вод и энергозатрат на нее в связи с применением препарата Мелафен на стадии регенерации.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к биологической очистке сточных вод. Сточную воду подают в аэротенк. Аэрацию иловой смеси и сточной воды в аэротенке осуществляют техническим воздухом. Дополнительно в аэротенк добавляют препарат Мелафен в количестве 1*10^-4 мг/дм³-1*10^-8 мг/дм³. После обработки очищенную сточную воду в смеси с иловой суспензией отстаивают. Затем осветленную воду сливают. Изобретение увеличивает эффективность очистки, улучшает основные характеристики активного ила, позволяет минимизировать эксплуатационные затраты, является технологически простым и экологически безопасным. 1 з.п. ф-лы, 8 пр., 15 табл., 17 ил.

1. Способ интенсификации биологической очистки сточных вод активным илом с использованием биологически активного вещества, отличающийся тем, что в качестве последнего используют препарат Мелафен в количестве, обеспечивающем его концентрацию в очистных сооружениях 1·10^-4-1·10^-8 мг/дм³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют препарат Мелафен в количестве, обеспечивающем его оптимальную концентрацию в очистных сооружениях, равную 1·10^-6 мг/дм³.