Способ биохимической очистки фенолсодержащих сточных вод Советский патент 1983 года по МПК C02F3/34 C02F3/02 C02F3/02 C02F101/30 

сд

с

00

со . Изобретение относится к биохимической очистке сточных вод и может быть использовано для очистки сточных вод,содержащих фенольные соединения.. Известен способ получения популя ций селективной активности, заключа квдийсяг в том, что применяемые в составах концентраты непатогенных мик роорганизмов получают выделением в естественных условиях микробных шта мов в безукоризненно функционирующи системах биологической очистки и ку тивированием при медленном перемешивании в присутствии питательног раствора при регулируемом содержани кислорода 1 ., Однако процедура выделения штаммов микроорганизмов, обладающих нуж ными и «полезными признаками, свой-i ствами, является длительной и трудо кой, причем постоянный вынос из oчи ных сооружений засеянных микроорганизмов не позволяет поддерживать их высокую концентрацию, что удлиняет пусконаладочнь1й период, усложняет n цесс очистки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и дортигаемому результату является способ биохимической очистки сточных вод от фенолов специально выделенным штаммом бактерий Pseudomonas aerugi nose L2J , Недостатками способа являются длительность процедуры выделения, а также невысокая скорость .окисле;ния фенолов при использовании выделенного штамма бактерий, а именно 200-300 мг фенола за сутки. Цель изобретения - сокращение пусконаладочного периода, упрощение процесса и повышение производитель:ности очистных сооружений. Поставленная цель достигается : тем, что согласно способу биохимической очистки фенолсодержащих еточ ных вод.осуществляют в присутствии биогенных добавок микрофлорой, s том числе активного ила, предварительно выращенной на органических (Соединениях, выбранных из ряда; вклю(Чающего спирты, ацетон, лактат натрия, сахарозу-или сточных водах, . их содержатйх,. после периода адапТации, а адаптацию осуществляют внесением феноль ных соединений дозами по 10-,30 мг/л до завершения окисления каждой дозы, Адаптацию осущестйляют при , а в качестве биогенных добавок .используют ацетат натрия, пирокатехин, органические соединения или Сточные. , на которых выращивают микрофлору. . Использование для очистки феНольных соединений микрофлоры, выращендой предварительно на спиртах и других органических соединениях или на сточных водах, их содержащих, после периода адаптации позволяет заметно сократит.ь объем и период пусконаладочных работ, поскольку выращивание микрофлоры на органических соединениях, не содержащих фенолы, протекает намного интенсивнее. Одновр€ менно достигается упрощение технологии очист си, поскольку отпадает надобность в трудоемкой и длительной работе по выделению культур фенолокисляющих микроорганизмов и получении в достаточном ;количес.тве их биомассы. Адаптация микрофлоры к фенольным соединениям, произведенная в соответствии с предлагаемым способом, не снижает способности микрофлоры, в том числе активного ила, к осаждению и к окислению соединений или сточных водг а которых микрофлора предварительно бы-па выращена. Осуществление адаптации внесением фенольных соединений дозами по 10-30 мг/л позволяет, сократить период адаптации период пусконаладочных работ, поскольку при внесении более высоких доз НОЛОВ в образцы, реагирующие на избыток фенолов по 1 типу (сигмовидность кривых О|1,и рН) , скорость адаптации снижается, причем последние, остаточные количества фенольных соединений окисляются с возрастающей скоростью. Образи л микрофлоры активного ила, несмотря на очевидную разнородность , видового состава, проявляют наивыс шую активность при окислении источников углерода в достаточно узких . температурных пределах. ИСХОДИ из того, что температурный оптимум у разных образцов микрофлоры активногб или расположен в различных областях для ащаптации микрофлоры с целью ее ускорения принят температурный интервал 25-50 0. ; Интенсификация процесса адаптации достигается также использованием в качестве биогенных добавок ацетата натрия, пирокатехина, органи«еских соединений и.лн сточных вод, а которых микрофлору предварительно выращивают. Использование биогеншлх добавок ускоряет ход контролируемой адаптации микрофлоры к фенольным соединениям, еще более сокращает пусконаладочный период. Предлагаемый способ осушествляют следующим образом. В сте1клянный сосуд,-содержащий 0,1-1 л биомассы микрофлоры, или в аэротенк-смеситель, соде ржащий активный ил, выращенный предварительно на органических соединениях, выбранных из рядаг включающего спирты.

ацетон, лактат натрия, сахарозу, или на содержащих эти соединения сточ«ых водах, опускают датчик растворенного гсислорода любого типа, например ЭГ-152-003, или датчик рН-метра, подключенного к потенциометру, например, КПС-4

В сосуд предварительно опускают до дна 1:теклянный капилляр или керамический распылитель, подсоединенный к воздушной линии, и в условиях аэрации на диаграммной ленте записывают динамику показателей Oj или рН.

Для ускорения процесса адаптации микрофлоры к фенольным соединениям температуру образца или содержимого аэротенка-смесителя поддерживают постоянной в пределах 25-50 О. Поскольку ход адаптации контролируют показателями О2 или рН, записываемые на диаграммной ленте кривые должны от ражать голодное состояние микрофлоры, и в ней не должны содержаться органические соединения, окисление которых могло бы затруднить возможность контроля за процессом. Чтобы убедиться в том, что кривые Oj или jQH отражают состояние; эндогенного дыхания, в образцы микрофлоры или в аэротенк-смеситель вносят соединения , на которых микрофлора была предварительно выращена из расчета 1-30 Мг/л (по веществу или по ВПК), и в случае голодного состояния указатель потенциометра анализатора растворенного кислорода приостанавливает движение в сторону насыщающей концентрации или .сдвигается в сторону пониженного содержания О2. Движение указателя рН зависит от того, внесены нейтральные органические соединения или соли органических кислот. В любом случае отклонение указателя ОJ. или рН свидетельствует об исчерпанности субстратов и о возможности начать, внесение субстратов. После начала движения указателей Оя или рН в сторону повышенного значения параметров должно пройти 510 мин, чтобы образец микрофлоры (активньгй ил) содержал высокое исходное количество кислорода (стартовая концентрация О), а имеющаяся двуокись углерода в значительной степени была удалена. При завершении окисления первой дозы фенолов (10 мг/л), на которое может потребоваться от 15-20 мин до часа.и более, кривые 02 или рН в результате уменьшения потребления Og и выделения двуокиси углерода начинают подвигаться в противоположную сторону.

В результате осуществляемой адаптации на окисление последующих доз фенолов требуется вес меньше време.ни, т.е. адаптация идет с возрастающей скоростью.. Скорость адаптации микрофлоры к фенольным соединениям

еще более возрастает, если одновременно с фенольными соединениями вносить ацетат натрия, пирокатехин и органические соединения или сточные воды, на которых микрофлора предварительно .выршдана.

При условии подогрева образца микрофлоры или активного ила до постоянной температуры (25-50с) процесс адаптации длится 2-6 ч.

Пример 1, Проводят адаптацию к м-креэолу микрофлоры активного ила, окисляющего искусственный сток, содержащий 400 мг/л бутанола. Активный ил получен на модели аэротенкасмесителя при периоде аэрации 5,5 ч (Д 0,. При адаптации активный ил (концентрация по сухому веществу 1,92 г/л) аэрируют в объеме 1 л с расходом воздуха 1,5 л/мпн, затем 2 л/мин. Температуру образца микрофлоры поддерживают автоматически постоянной и равной 35°С, а рН при добавлении доз фенольных и других органических соединений составляет 7,&-8,02.

Кривые потребления кислорода записывают на анализаторе растворенноро кислорода ЭГ-152-003 при скорости движения диаграммной ленты 60 мм/ч . Ход адаптации представлен в табл. 1.

Исходя из времени от внесения субстрата до начала движения указателя кислорода в сторону насыщения с учетс инерции прибора рассчитывают скорость его окисления.

Данные эксперимента (серия 1) по адаптации к м-крезолу показывают, что при Т 35°С процесс адаптации проходит с резко возрастающей скоростью и через 3 ч на окисление 10 мг/л м-крезола (точка 20) требуется всего 1,5 мин вместе 35 мин.

После окисления в общей сложности 140 мг/л м-крезола дозу в 10 мг/л м-крезола микроорганизмы используют в качестве источника углерода с такой же скоростью (400 мп/л ч) , как и дозу в 10 мг/л бутанола, т.е. органического соединения, на котором микрофлора активного ила была предварительно выращена в режиме непрерывного культивирования.

В процессе адаптации происходит 23-кратное усиление активности микрофлоры по отношению к м-крезолу.

Пример 2. Для окисления м-крезола используют микрофлору активного ила, окисляющего на модели аэротенка-смесителя смесь 500 мг/л сахарозы и 75 мг/л бутанола при периоде аэрации 5,5 ч (,18 ).

Условия: концентрация активного ила 2,62 г/л, аэрация 1,5 л/мин, Т 35с, значения рН при внесении субстратов 7,2-7,72.

Процесс адаптации (серия II) начи5 нают внесением 10 мг/л водного раствора м-креэола, для окисления которого требуется 45 мин. Последующие дозы м-крезола вносят одновременно с бутанолом или .сахарозой и окисляют за все более короткие промежутки вре мени, т.е.. с возрастающей скоростью 13,57, 83, 75, 103 ... 219 мг/л-ч Поскольку окисление фенольных соединений данным образом обратимо/подавляется избытком субстрата, значение скорости окисления 30 мг/л м-крезо ла не противоречит результатам опыта Спустя 3 ч адаптации м-крезол окис- ляется со скоростью такого же порядка, как бутанол, и в 1/2 раза с мень шей скоростью, чем сахароза. В процессе адаптации происходит 17-кратно усиление активности микрофлоры по от ношению к м-крезолу, - .. Пример 3. Для окисления фен ла используют микрофлору, выращенную предварительно в периодическом режим на лактате натрия. Концентрация биомассы 1,64 г/л, аэрация 1,5 л/мин, Т , рН при внесении субстратов 8,6-8,7. В табл. 1 представлены значения скоростей окисления фенола, внесенно го в образец микрофлоры одновременно р лактатом натрия (серия Mi). В процессе адаптации происходит 3-кратное увеличение активности микрофлоры по отношению к фенолу. Пример 4. Проводят окисление м-крезола микрофлорой, выращенной в периодическом режиме на этаноле (2,8 г/л, аэрация 1,5 л/мин, Т , рН при внесении сусбратов 6,6-6,9). В процессе 3-часовой адаптации происходит 17-крат.ное увеличение активностй микрофлоры по отношению к м-крезолу. После адаптации м-крезол окисляется со скоростью такого же порядка, что и этанол (серия )V, табл. 1). Пример 5. Определяют сущест венность для процесса адаптации доз фенольного соединения 10,30 и 100 мг/ Условия: концентрация биомассы микро флоры, выращенной на бутаноле - 3,8 г/л Т 27°С, аэрация 1,5 л/мин. На окис ление м-креэола, внесенного в обра.зец дозами 10 и 100 мг/л, потребовалось 1 ч 23 мин, т.е. средняя скорость окисления 78,7 мг/л. Примерно такое же количество м-крезола (120 мг/л) , внесенное дозами по 10 и 30 мг/л, было окислено в общей сложности в течение 57 мин 50 с со средней скоростью 124,5 мг/л нас. Пример 6,, Определяют сущест венность процесса адаптации доз фенольного соединения 10, 30 и 50 мг/л Условия опыта: 3,92 г/л, , 1,5 л/мин. Для окисления первой дозы ЬО мг/л м-крезола образом, выращен- j ным на бутаноле, требуется 2 ч 3 мин, для окисления второй дозы 50 мг/л 45 мин. В том случае, когда м-крезол вносят дозами 10 мг/л, первые 50 мг/л м-крезола окисляются в течение соответственно 43:24, 13,5, 10,5 и 9 мин или в общей сложности в течение 1 ч 40 мин, следующие 50 мг/л м-крезола, внесенные в образец дозами 10,30 и 10 мг/л, окислены в течение 8,24 и 6 мин (всего 38 мин), т.е, на окисление 100 мг/л м-крезола, внесенного дозами 50 мг/л, требуется 2ч 48 мин, а дозами 10-30 мг/л - 2 ч. 18 мин. Пример 7, Определяют эффект стимуляции адаптации внесением в ми-i крофлору, выращенную на бутаноле, одновременно с м-крезолом органических соединений. Результат опыта по стимуляции адаптации: при внесении в качестве первой дозы кроме м-крезола 10 мг/л бутанола, а в качестве следующей дозы 20 мг/л бутанола и 30 мг/л ацетата натрия скорость адаптации повышается на 35-100%. Данные представлены в табл. 2.. Пример 8. Определяют эффект стимуляции адаптации за счет внесения органических соединений в микрофлору, выращенную в непрерывном режиме на ацетоне. В опыте с внесением субстратов в качестве первой дозы кроме 10 мг/л м-крезола добавляют 30 мг/л пирокатехина и 30 мг/л ацетата натрия, в качестве второй дозы 10 мг/л ацетона и 60 мг/л ацетата натрия, в качестве четвертой 30 мг/л ацетона. Внесение дополнительных органиеских соединений повышает скорость адаптации на 29-200%. Данные представлены в табл, 3. Пример .9. По времени от внесения м-крезола в 1 1икрофлору, выращенную в непрерывном режиме на ацетоне, до начала движения указателя рН-метра в сторону более высоких значений определяют воздействие на ход адаптации подогрева микрофлоры с 20 до. З., Внесенные первые четыре дозы м-крезола окисляются при 35°С со скоростью в 2 раза большей, чем при 20°С. Пятую дозу м-крезола окисляют при одной и той же температуре () и в обоих случаях с одинаковой скоростью. Однако в случае подогрева до получают,выигрыш во времени, поскольку общее время гщаптации при составляет 2 ч 35 мин, а при 1 ч 11 мин. Данные представлены в табл. 4. Адаптацию образца, выращенного на ацетоне, к м-крезолу продолжают и после внесения в течение последуюишх 4 ч 400 мг/л м-крезола, дозы в 10 и 30 мг/л м-крезола окислены со скоростью (соответственно) 340 и 360мг/ в час. Химическое потребление кислорода (ХПК) жидкой фазы образца после окисления 470 мг/л м-крезола, 30 мг/л ацетона и 10 ,мг/л формальдегида увеличивается по сравнению с контролем на 35 мг О/л, Поскольку ХПК внесенного количества м-крезола, определенное бихроматным методом, составляет 1175 мг О/л, практически все внесенное количество м-крезола использовано на энергетические и конструктивные цели. После завершения опыта по адаптации скорость окисления 30 мг/л ацетона составляет 278 мг/л, т.е. адап тированная 14икрофлора не теряет способности окислять соединение, на котором была выращена. ,,- Прийер 10. Определяют эффек стимуляции адаптации к м-крезолу внёсе нием биогенных добавок. Для опыта используют микрофлору активного ила, оки ляющую на модели аэротенка-смесителя искусственный сток, содержащий в 1л во .допроводной воды 500 мг метанола (период аэрации 7ч). Опыт по адаптации микрофлоры к м-крезолу проводят при концентрации . или - 2,92 г/л, аэрации 1 л/№1Н, Т « . Стимуляцию осуществляют внеjceHHi M сразу после первой дозы м-крезола последовательно 10 мг/л формаль дегида,} 30 мг/л метанола, 30 мг/л фо иальдегйда и 30 мг/л ацетата натрия. После внесения второй дозы (10 мг/л} .м-крезола вносят последовательно по 30 мг/л метанола, формальдегида и ацетата натрия. Третью и четвертую дозы м-крезола окисляют без внесения органических соединений. Эффект стимуляции от внесения дополнительных субстратов составляет 25-90%. Данные представлены в табл. 5. При реализации предлагаемого способа необходимо учитывать следующие . особенности: привнесений в образцы микрофлоры активного или доз любого из крезолов всегда повышается активность ьгакрофлоры и по отношению к фенолу , при внесении в образцы микрофлоры доз фенола не всегда появляется столь же Кз1сокая активность к крезоЛам, но в любом случае она повышается с удалением метильной груп« пы от гидроксила, т.е. в ряду о-крезол, м-крезрл, п-крезолр после проведенной ускоренной адаптации к фенольным соединениям каждый образец микрофлоры, выращен1шй на спиртах и других органических соединениях, реагирует на концентрацию фенолов 10-100 мг/л однозначно, как и на локализацию метильной группы, что позволяет рассматривать образцы, смешанной микрофло1%1 активного ила как однородные по данным признакам вследствие обмена генетической информацией и стремления микрофлоры к монокультуре. I С учетом того, что вероятность успешной адаптации повышается, если микроорганизмы утилизируют близкие по структуре соединения, предлагаемый способ может найти применение для детоксикации и очистки сточных вод, содержащих соединения ароматического ряда с различными функциональными группами, в частности галоге носЬдержащие фенолы. Таблица 1

Т а в л и « а

Продолжение табл. 2

1. СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ФЕНОЛСОДЕРЖАЩИХ СТЬЧНЫХ ВОД, включающий введение биогенных вдобавок., отличающийся тем, что, с целью сокращения пусконаладочного периода, упрощения процесса и повышения производительности очист№1Х сооружений, биохимическую очистку осуществляют микрофлорой, в том числе активного ила, предварительно выращенной на органических соединениях, выбранных-., из ряда, включающего спирты, ацетон, лактат натрия, сахарозу, или сточных водах, их сбдержащих, после периода адаптации, а гшаптацию осуществляют внесением фенольных соединений дозами по 10-30 мг/л до завершения окисления каждой Дозы. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что адаптацию осуществляют при 25-50°С и в качестве биогенных добавок используют ацетат натрия, пирокатехин, органические 1(Л соединения или сточные воды, на ко.торых выращивают ьшкрофлору.

107,49-7,5944мик 13,6 .7,25107,62-7,66ЗЗмин 187,69.Таблица

Таблица 4

Таблица

125 190 7,6635 мин 17 7,7117м 30с 34

Продолжение табл, 5