Способ технологического контроля работы аэрационных сооружений Советский патент 1984 года по МПК C02F3/00 

1 Изобретение относится к микроби логической промышленности, а именн к контролю очистки сточных вод, и может быть использовано при оценке работы аэрационных сооружений (аэр тенков и аэрируемых фильтров) и ферментеров. Существующие способы оценки кач ства очищенной воды и активного ила не да}9Т своевременной и точной информации о работе аэрационных соору жений и ферментеров. Поэтому необходимы HOBbie способы для характерис тики работы этих сооружений, позволяющие быстро и точно определить и дифференцировать физиологические состояния дыхательной цепи микроорганизмов и, соответственно, позволяю цие автоматизировать процесс оце ки работы соор ткений и регулировать их технологический режим. Известен способ технологического процессов биологической очистки городских сточных вод, закл№ аю цийся в том, что определяют Iдегидрогеназную активность (ДА) пробы активного ила с очищенной сто ной водой и трех проб того же ила, каждой из которых добавляют фосфатный буфер, воду и неочищенную сточн воду. СравнсЕГие между собой результ тов определения ДА в различных условиях дает представление о качестве очистки в аэрационных сооружениях lj . Недостатком данного способа является то, что величина ДА характеризует только степень восстановленности двух ферментов дыхательной , цепи: теридиннуклеотидов и флавопро теидов (ИМ Н и ФАД, Н) .Как известно, дыхательная цепь состоит не менее чем из 7 ферментов. Активность пяти оставшихся ферментов не определяется. Кроме того, окисленная часть этих двух ферментов не вступает в реакцию с используемыми для определения ДА окислителями. Если микро организмы попадают в анаэробные усл вия или в сроду, где отсутствуют фосфаты, получаются высокие значения ДА при отсутствии биологическог окисления. Поэтому величина ДА микр организмов ила не коррелируется с эффективностью очистки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ 9 определения способности сточных вод к биохимической очистке, заключающийся в отборе пробы, отстаивании, отмывке, продувке пробы иловой смеси воздухом, смешивании пробы иловой смеси и сточной воды, аэрации смеси воздухом в присутствии Солей азота И фосфора в течении 3-4 ч, при этом каждый час измеряют рН и Ь и расчитывают по ним значение показателя Ь, 2 . Недостатком известного способа является то, что он не может быть использован для случаев подавления активности некоторьгх ферментов или при подавлении токсичными веществами роста отдельных таксономических групп микроорганизмов активного ила, различных по своей аэрофильности. Цель изобретения - определение состояний эндогенного, анаэробного и контролируемого дыхания окислительно-восстановительной цепи активного ила и микроорганизмов и одновременно их аэрофильности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему отбор проб, отстаивание, отмывку, смешивание проб с субстратами и продувку смеси с последующим измерением окислительно-восстановительного потенциала, продувку осуществляют инертным газом в течение одного часа, одновременно через равные интервалы времени измеряют снижение окислительно-восстановительного потенциала и рассчитывают скорость его снижения. Способ заключается в том, что определяют кинетику снижения окислительно-восетановительного потенциала (ОВП) взвеси активного ила или культуры микроорганизмов при переходе из аэробного состояния в анаэробное (продувание азотом или другим инертным газом). Важным условием проведения способа является изменение уровня активности ферментов дыхательной цепи путем замены состава у среды культивирования фосфатным буфером (Фб) рН 7,3, изотоническим раствором (И Р) и свежим субстратом. Кинетику снижения ОВП определяют рН-метром. В качестве основного электрода используют гладкий платиовый, а электродом сравнения служит гладкий хлорсеребряный или каломель ный . Время, в течение которого измеря ют кинетику снижения ОВП, равно 1 ч Интервал между измерениями 15 мин. Указанное время выбрано потому, что в течение 1 ч происходит изменение ОВП активного ила и большинст ва аэробньЕк микроорганизмов на 50% от основного изменения. При значени времени измерения больше 1 ч увеличивается скорость снижения ОВП у микроаэрофильных микроорганизмов, при значениях времени измерения мен ше 1 ч увеличивается величина скоро ти снижения ОВП и аэрофипьных микро организмов . Затем определяют начальную (нуле вую) скорость изменения ОВП (V). Нулевая скорость изменения ОВП рассчитывается по известной формуле Ньютона-Грегори или любой другой формуле, используемой для расчетов нулевой скорости нелинейной ферментативной реакции. Сравнение результатов измерений ОВП в различных средах (среда культивирования, свежий субстрат, фосфатный буфер, изотонический раствор) характеризует состояние дыхательных ферментов микроорганизмов в активном иле или в ферментере. Пример 1. Берут 4 пробы а тивного ила, отобраньюго в конце аэротенка. Три пробы осаждают в центрифуге в течение 1-2 мин со скоростью 3500 об/мин. Затем во вс пробах сливают воду и оставляют осажденный ил. Далее в одну пробу ила добавляют 10 мл неочищенной ст ной воды, во вторую пробу 10 мл из тонического раствора, в третью 10 фосфатного буфера. Все пробы встря хивают до полного взвеиивания ила и измеряют на рН-метре (V) началь ные значения ОВП с платиновыми хлор cepeбpяньjм электродами. Затем прод вают все пробы азотом в течение 1 и через каждые 15 мин, в течение этого часа, и-змеряют ОВП. Далее рассчитывают величину нул вой скорости Vg снижения ОВП (uE) по известной формуле Ньютона-ГрегориЬ/ Уо V . где U УО , U 2 УО , Д УО I - первая вторая, третья и четвертая произво ные от экспериментально полученных значений uEj V(j - нулевая скорость снижения E, мВ/мин; 0;15j30;45;60 - значения времени, при которых измеряют ОВП, мин; uE - разность ОВП между первоначальной величиной через выбранный промежуток времени, мВ, Экспериментальные значения нулевой скорости снижения i Е в сравнении с дегйдрогеназной активностью и технологическими показателями очистки для активных илов аэротенков различных конструкций и технологических режимов приведены в табл. 1, где ,., - нулевая скорость снижения U Е для активного ила, взвешенного в очищенной сточной воде; 0 нсв активного ила, взвешенного в неочищенной сточной воде; Vg J, - то же, для активного ила, взвешенного в изотоническом растворе; Vgjg - ТО же, для активного ила, взвешенного в фосфатном буфере с рН 7,3-7,6. Сравнивая нулевые скорости снижения д Е, полученные путем изменения среды культивирования, с показателями очистки Б аэротенках (ХПК, БПКг очиш;енной водьО и технологическими параметрами очистки (нагрузкой по БПКг на 1 г беззольного вещества ила в сушке) установлено, что существует пропорциональная зависимость между нагрузкой на ил N и величиной . , описываемая уравнением N 7 0,043 где N - нагрузка, мг/сут/г.6.в.; VQ - нулевая скорость изменения U Е; 0,043 - эмпирический коэффициент пропорциональности, установленный из большой выборки (табл. 1, графы 3 и 6), Существует, кроме того, закономерность в изменениях соотношений между VG исхоА . V , УО пр , Vo Фб и качеством очистки воды, оцениваемым по величине ХПК и БПК (табл. 1, графы 4 - 9) . : На основании полученной закономерности построена схема, по которой можно путем сравнения величин о««оА оисв опр . между соб установить состояние дьссательной цепи и степень аэрофильности микроорганизмов активного ила. Из табд, 1 также , что дегид рогеказные активности микроорганизмов, полученные в идентичных условиях, не аналогичны соотношениям ну вых скоростей снижения uE . Схема 1 для оценки активного ила 1,Ингибированне дыхательных фер ментов факультативных аэробов избыт ком субстрата. Подавление активност дыхательных ферментов, Технологические показатели очист ки неудовлетворительные: ХПК 200 мгО,/л; исгод Vcp9 V пр V jgCnpHMep 1, табл. 1). 2.При неполной биологической очистке преимущественно факультатив ными анаэробами и аэробами. Подавле ние развития строгих аэробов, ХПК - 200 БПК5 15 MrOj Vnce , р, (пример 2, ИС)(ОД (РВ табл. 1) , 3, При биологической очистке сов местно строгими и факультатиБньми аэр бами, ХПК - 100 ВПК 5 7 15 MrOj Vcp6 Vnp (примеры V haj McsDA фб V пр 3 и А, табл „ 1) . А, Полная биологическая очистка строгими аэробами и автотрофами, ХПК . 100 ВПК Ю мгО„ V 6 V s,c3 V ,,0 Vnp (пример 5, табл. i)« 5, Полная биологическая очистка строгими аэробами автотрофаг-ш и фото синтезирующими микроорганизмами,, ХПК i 50 мгО,,/л; БПК 10 V ре V, V,,,,j (пример 6 табл. 1). Результаты определения состояния дыхательной цепи и степень аэрофильности микроорганизмов ила позволяют путем изме}ения технологических условий (количества растворенного кислорода н концентрации ила) добить ся высокой эффективности очистки для обследуемого комплекса аэрационных сооружений Пример 2, Все операции при определении изменения ОВП и расчете производят, как в примере 1, Исслецуемьи объектом является культура микроорга}шзма, например, Е. coli. находящаяся в стационарной фазе роста, количество клеток 10 в 1 мл, Значения нулевой скорости изменения ДЕ для микроорганизмов различных аэрофильных групп приведены в табл.2. При оценке микроорганизмов по величине VQ субстоата наблюдается плавный переход от факультативных анаэробов к строгим аэробам. Если микроорганизмы, находящиеся в состоянии контролируемого дь хания, расположить в порядке уменьшения величины Vg субстрата, устанавливается соответствие между аэрофильностью и величиной VQ субстрата (табл. 2, графа 5), Чем выше аэробность микроорганизма, тем меньше величина Vg субстрата. Это значит, что аэробные микроорганизмы не могут развиваться при высоких концентрациях субстрата, а факультативные анаэробы и аэробы, наоборот, предпочитают высокие концентрации субстрата. Схема П. Факультативные анаэробы Vr,. V« eye %с,ол пр v МикроаэроVtip VHCIOA АэробыV 055 v- v.w,, v,p Строгие аэробы, автотрофные бактерии и водоросли V,,,, «уь Если дыхательная цепь находится в состоянии аэндогенно1о контролируемого или аэндогенного дькания, при избытке фосфатов не наблюдается закономерность между изменением веичины УО и аэрофильностью. Только сравнение величины VQ в этих состояниях между собой позволяет выявить азличие у исследованных групп микоорг анизмов. Так, при создании условий эндогенного дыхания с избытком осфатов дыхательный аппарат факульативных аэробов и анаэробов подавяется. Однако по мере увеличения эробности микроорганизма величина Q ср5 становится наибольшей по равнению со значениями VQ в остальых состояниях (табл, 2, графа 6), о же касается и водорослей. Дыхание при отсутствии фосфатов (контролируемое дыхание) уменьшатся у водорослей, У остальных рупп исследованных микроорганизмов зменяется соотношение между величиной Vg р И V(j в состояниях эндогенного дыхания, неконтролируемого дькания и дыхания при избытке фосфатов, На основании опытных данных, полу чанных для культур микроорганизмов различной степени аэрофильности, составлена схема П, характеризующая каждый вид по величине соотношений V,. при изменении уровня активности ферментов дьсхательной цепи. При сравнении схем 1 и П наблюдается совпадения порядка располо;жения V при различных уровнях активности ферментов дыхательной цепи у активного ила и культур микроорганизмов в случаях развития факультативных аэробов и фотосинтезируюших, автотрофных бактерий. В остальных случаях, когда растут в активном иле смешанные культуры микроорганизмов, порядок расположения Vg в схеме 1 не имеет аналогов в схеме П. Поэто му совпадение порядка расположения V. для активных илов в схеме 1 с его значением в схеме П указывает на раз витие в нем микрофлоры какой-либо одной группы. Отсутствие аналогов в порядке расположения VQ в схеме П при сравнении со схемой 1 указывает на развитие смешанных групп микроорганизмов. Сопоставляя значения V для разны уровней активности ферментов дыхательной цепи у микроорганизмов актив ных илов из производственных аэроте тов со значениями Vg в тех же условиях, полученными для культур микроорганизмов, можно установить какие виды микроорганизмов предпочтительно растут в активном иле. Это позволит путем изменения технологических условий (концентрации ила и расходы воздуха) вырастить такую микрофлору активного ила, которая способна i повысить эффективность очистки без изменения конструкции и объема аэра ционных сооружений. Кроме того, сопоставляя величины Уомикроорганизмов при разных уровнях активности между собой, можно определить, в каком состоянии по степени восстановленности ферментов дыхательной цепи находится исследуемая 8 культура. Зная степень восстановленности ферментов (ОВП), можно также путем регулирования времени аэраи и в аэротенках и времени регенерации в регенераторах добиться требуемого эффекта очистки. Накопление опыта использования предлагаемого способа оценки аэрофильности микроорганизмов позволит в будущем значительно быстрее, чем при использовании общепринятых методов, обнаружить изменение ферментативной активности микроорганизмов, прирсдящее к гхудшению процесса в аэротенках или ферментерах. Изучение д кательной цепи большого количества видов микроорганизмов с ис- пользованием предлагаемого способа вместо 1изуальиого метода оценки приведет к созданию способа классификации микроорганизмов. Использование предлагаемого способа позволит оценить и дифференцировать все состояния дыхательной цепи у микроорганизмов различных аэрофильных групп, а это позволит быстро и точно оценить работу аэротенков. Для определения нагрузки по ВПК с на t г беззольного вещества ила в сутки требуется 5 сут в базовом образце. По предлагаемому способу затрачивается 1-1,5 ч и увеличивается точность примерно на 15-20% за счет измерения одного показателя, включающего все указанные выше. Для осуществления предлагаемого способа требуется один человек, вместо 2-3 по известному. Причем способ не нуждается в расходе реактивов, за исключением нэбольшого количества 1-2 н. раствора щелочи для прог-1ывания платиновых электродов и азота для создания анаэробных условий. Предлагаемый способ даст возможность автоматизировать процесс определения нагрузки на активный ил и одновременно определить аэрофильность системы активного ила, что позволит автоматически регулировать технологический процесс в аэротенках. Регулирование процесса можно производить путем изменения концентрации ила и концентрации растворенного кислорода.

СПОСОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ АЭРАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ, , включающий отбор проб, отстаивание, отмывку, смешивание проб с субстратами и продувКу смеси с последующим измерением окислительновосстановительного потенциала, отличающийся тем, что, с целью определения состояний эндогенного, анаэробного и контролируемого дыхания окислительно-восстановительной цепи активного ила и микроорганизмов и одновременно их аэрофильности, продувку осуществляют инертным газом в течение одного часа, одновременно через равные интервалы эремени измеряют снижение окислительно-восстановительного потенциала и рассчитывают с корость его снижения. СЛ С

1. E. coli Факультатив- 12,5 НЫЙ анаэроб 22,7 5,0 11,4