Способ обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений Советский патент 1983 года по МПК C02F3/28 C02F3/28 C02F101/36 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, охраны окружающей среды, в частности водоемов, от загрязнения остатками персистентных /стойких химических средств защиты растений и предназначено для использования в сельском хозяйстве в области орошаемого и поливного земледелия для обезвреживания возвратного стока оросительных систем перед сбросом их в водоем или повторным использованием.

Известен способ обезвреживания гербицидов группы 3 4-Д, например. пропанида (применяемый при выращивании риса с затоплением поля), путем увлажнения почвы в период после минимального срока гербицидного действия (через 24-48 ч) досоздания слоя воды,-причем увлажнение верхнего горизонта почвы осуществляют на глубину 2,5-5 см в течение 2-3 сух до влажности не ниже 90-95% от полевой влажности 1. . .

Однако такой способ пригоден для обезвреживания.вод, загрязненных легкодеструктирующими хлорорганическими соединениями, при загрязнении вод пергистентными к деструкции хлорорганическими пестицидами, такими как гексахлорциклогексан, он не пригоден.

Известен также способ обезвреясивания сточных вод, содержащих стойкие органические вещества, в искусственных анаэробных прудах, включающий сбор стоков и обработку в искусственном анаэробном пруду производственных сточных вод, содержащих органические вещества. Пруд разделен на несколько каналов с помощью земляных стенок или перегородок с отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Стенки и пе1регородки расположены так, что за время обтекания сток успевает отстаиваться в первом канале. Обрабатываемый в пруду сток подвергают действию окружающих условий. Инокулядню пруда анаэробными бактериями проводят дри рН производственных сточных бод 6,5 - 7,5, что обеспечивает кислое брожение. Для ускорения анаэробного сбраживания пруд засевают плавающей анаэробной флорой. После снижения величины биологической потребности в кислороде путем анаэробного c6i)aживания органических веществ сточную жидкость .отводят от искусственного пруда 2.

Обработка -сточной жидкости анаэробными бактериями по этому способу дает эффективное понижение содержания- биохимически разрушающихся веществ. Однако этот способ применим лишь для стоков с повьшшнным содержанием веществ, склонных к ферментативному брожению: Сахаров, пептидов, жирных кислот .и т.п. Для очистки стоков, загрязненных высокоустойчивыми хлорорганическими соединениями, этот способ также не эффективен, так как сток, содержащий даже легко сбраживающиеся примеси, для окончательного разрушения веществ, т.е. для снижени токсичности стока до требований, удо влетворяющих их сбросу.в водоем без дополнительной очистки, должен выдерживаться в таких прудах до 220 дней. Цель изобретения - снижение токсичности и ускорение процесса. Поставленная цель достигается тем что согласно способу обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений сточные .воды собирают и подвергают анаэробному сбраживанию в прудах .с уложенным на дно активным слоем, содержащим инокулированную тубифицидами смесь почвогрунта и сброженного ила, взятыми в соотношении, вес.. Почвогрунт85-75 Сброженный ил 15-25 При этом для инокулирования берут на 1 м площади слоя 10-15 г биомассы тубифицид. Способ обеспечивает осазкдение и сорбцию хлорорганических соединений (пестицидов ) на частицах ила биологически активного слоя, окончательное анаэробное разрушение остойких к деструкции хлорорганических пестицидов происходит в иле биологически активного слоя, который способен дли тельно сохранять свою активность и интенсивно разлагать хлорорганически пестициды путем их анаэробного сбраживания без каких-либо дополнительных воздействий на этот слой, так как компонентами слоя являются сброженный в метантенках ил и естественный почвогрунт. При этом тубифициды, инокулированные в этот слой, обеспечивают эффективное постоянное перемешивание слоя, что увеличивает площадь контактирования обезвреживаемого стока (воды) со слоем и поддерживает биологическую активность слоя. Кроме того, тубифициды своей жизнедеятельностью интенсифицируют разрушение токсичных пестицидов до нетоксичных соединений. Благодаря поддержанию в контакте стока с используемым биологически активным сло ем оса&дение остатков ГХЦГ и обезвреживание возвратного стока с орошаемых участков земледелия от хлорорганических пестицидов сокращается по сравнению с известными до 24-72 ч Способ не требует специального регулирования рН поверхностного и дренажного стока. Для сельскохозяйственного стока орошения обычны значения рН в пределах 7,2-8,5. Эти значения рН являются оптимальными для анаэробного сбраживания. .Способобезвреживания сточных вод - возвратного стока с орошаемых участков земледелия -от хлорорганиче- ских соединени-й, например гексахлорциклогексана, осуществляют следующим образом. С орошаемых участков земледелия возвратный сток по коллекторно-дренажной сети отводят с полей орошения и подают в искусственный пруд. В пруду сток СВОДУ выдерживают не менее 24 ч. За это время происходит осаждение и сорбция гексахлорциклогексана биологически активным слоем, т.е. донными отложениями. В биологически активном слое осуществляется непосредственное разложение хлорорганических соединений до нетоксичных продуктов. Процесс разложения представляет собой щелочное (метановое ) брожение органического осадка и протекает нормально при 18-22°С и рН 7,5-8,5, причем понижение температуры замед- ляет процесс, а повышение - интенсифицирует его. Однако дополнительный подогрев стока не рекомендуется вследствие ограничения сброса в водоемы подогретых вод и неоправданных затрат на подогревающие устройства. Длитель.ность процесса разложения гексахлорциклогексана, осевшего на донные отложения, до нетоксичных продуктов под действием анаэробных бактерий и жизиедеятельности тубифицид составляет 10-15 сут. Однако выпуск воды из пруда с биологически активным дном возможен после выдерживания воды в нем не менее суток, при этом 24 ч отстаивания воды вполне достаточно для осг-ждения и сорбции гексахлорциклогексана частичками ила в результате равномерного и эффективного перемешивания придонного слоя тубифицидами. В загрязненных органическими веществами водоемах тубифициды достигают численности до 1,7 млн. экз/м . При таком количестве в течение суток они пропускают через себя массу ила около 10 кг на 1 м, кроме того это же количество червей на 1 м за 5 дней могут переменить 55 кг ила. Благодаря этому тубифициды увеличивают сорбционную способность ила в 3 раза, а пропущенный через кишечник тубофицид ил становится более доступным для анаэробного бактериального разложения стойких органических веществ.

Гексахлорциклогексан может разрушаться в процессе Жизнедеятельности червей в организме. Экспериментально установлено, что коэффициент распада ГХЦГ .в течение суток в илах без тубифицид-равен 0,08 мг/кг, при наличии червей - 0,12 мг/кг. Таким образом, тубифициды увеличивают коэффициент распада ГХЦГ в 1,5 раза.

Для создания искусственного пруда с биологически активным слоем могут быть использованы естественные понижения рельефа I балки, овраги К Объем пруда выбирают таким, чтобы обеспечивалась скорость течения воды по длине пруда до 10 мм/сек, такая скорость характерна для горизонтальных отстойников и обеспечивает условия для. оседания взвешенных частиц вместе с адсорбированным на них, например, гексахлорциклогексаном. Глубину пруда рассчитывают известным методом. С учетом пребывания в пруду стоков не менее 24 ч глубина пруда в среднем составляет 2-3 м.

На отпрофилированное дно пруда укладывают биологически активный слой, для которого используют сброженный ил, например, из матантенков очистных сооружений хозяйственно-фекальных вод, равномерно нан9ся его на естественное основание пруда толщиной не менее 1 см.

После укладки ила естественный грунт основания перемешивают с илом на глубину до 5 см, например, перепахиванием, в результате чего достигается следующий состав биологически активного слоя: сброженный насыщенный анаэробными бактериями ил 20% и естественный поч вогрунт 80%. Такое соотношение является наиболее эффективным для разрушения хлорорганических пестицидов при 18-20.

Подготовленный слой инокулируют тубифицидами(8-12 тыс., или 10-15 г биомассы на 1 м), котоЕие широко распространены в водоемах. Перепаханный на глубийу до 5 см слой смеси сброженного ила ипочвогрунта является необходи1-1Ш« субстратом для питания, размножения и обитания червей. В процессе хшзнедеятельности тубифициды интенсивно перемешивают придонный биологически активный слой пропуская через ки1аечник за сутки массу ила,в 4-9 раз превышающую масс тела особи. Это свойство тубифицид

использовано в предлагаемом способе длл осу1цествления интенсивного перемешивания биологически активного слоя с целью обеспечения широког9 контак-. та обезвреживаемых стоков с поверхностью биоактивного слоя без применения специальных технических конструкций перемешивателей. Обезвреживание возвратного стока с-полей орошения по предлагаемому способу можно осуществить лишь при загрязненности вод, например, гексахлорциклогексаном, не превышающей 3,15±0,51 мг/л (эта доза является ДЛЯжизнедеятельности тубифицид среднёсмертельной). Проведенным токсикологическим экспериментом не обнаружено каких-либо физиологических сдвигов жизнедеятельности тубифицид при концентрациях гексахлорциклогексана в стоке до 2 мг/Л. Тубифициды инокулируют в слой не только вместе с илом, но и в виде чистой инокуляции, например с поверхности вода. Внесенные с поверхности воды тубифициды быстро оседают на дно подготовленного придонного слоя.. Такоб биологически активное дно с инокулированчыми в него тубифицвдами функционирует весь теплый период года, что соответствует периоду орошения и формированию в результате орошения организованного по0верхностного и дренажного стока.

Пример 1. Исследовали деструкцию гексахло Я1Иклогексана в природных водах путем контактирования загрязненной ГХЦГ воды с биологически активным слоем на дне р зервуат5ра. Гексахлорциклогексан вносили в воду в концентрациях, не превышаьэщих 2 мг/л. Для укладки биологически активного слоя брали различные составы: 80% почвогрунта либо природного

0 ила и 2fl% сброженного te метантенках ила; 70% почвогрунта (природного ила) и 30% сброженного ила; 50% почвогрунта и 50% сброженного ила. Слои толщиной 5-10 см, равномерно переме5шанные, инокулировали тубифицидами не MfHee 8 тыс.экз. на 1 м площади.

ВОДУ заливали в резервуары и выдерживали в течение нескольких суток при 18-20 G. Ежесуточно, воду и цла. от0бирали из резерруаров и анализировеши на хроматографе Цвет-ЮО (модель 106) на содержание гексахлорциклогексана.

Результаты анализов представлены

5

в табл..1. Время

Таблица 1

Ml я Н. JL .«. Н « Содержание ГХЦГ (мг/кг) в илах различного состава в зависимости от времени и температуры

Из результатов табл.1 следует, что наиболее интенсивно ГХЦГ разлагается при соотношении почвогрунта и сброженного ила в биологически активном слое 1:5 при всех испытанных температурах. Выдерживание воды, содержащей ГХЦГ до 2 мг/л, в резервуарах и контактирование ее с биологически активным слоем при интенсивном перемешивании последнего тубифицидами сопровождается осаждением ГХЦГ на частицы ила и адсорбцией его илами, при этом осаждение и адсорбция гексахлорциклогексана осуществляется практически в течение суток, после чего ГХЦГ в воде не обнаруяшвается. В илах гексахлорциклогексан обнаруживали в течение 10-15 сут в зависимости от их состава. Пример 2. Исследовали разло жение гексахлорциклогексана в натурных условиях в пруду, построенном в верховьи реки Мерлы. На дне пруда были донные отложения, состав которы подобен -составу биологически активного слоя в резервуаре (пример 1), которые сформировались в природных условиях в течение длительного времени. В донных отложениях имелись тубнфициды в количестве 15 тыс.экз /м . Прилегающие к пруду сельскохозяйственные угодья были обработаны ГХЦГ. Собранный после дождя поверхностный сток, содержащий ГХЦГ в пределах 0,085-0,120 мг/л, поступал в пруд и выдерживался в пруду при 18-25 С со скоростью течения не более 10 мм/сек в течение нескольких суток . Тубифициды перемешивая биологически активный слой ила, способствовали при этом широкому контактированию очищаемой воды с частицами ила, нэ которых осаждался и сорбировался ГХЦГ, в результате чего процесс обезвреживания воды интенсифицировался. Ежесуточно из пруда отбирали пробы воды и ила и анализировали на содержание ГХЦГ на хроматографе Цвет-100 (модель 106). В воде середины пруда и у дамбы ГХЦГ не обнаруживали по истечении суток с момента поступления поверхностного стока в пруд, а в илах он содержался различное время (см.табл. 1).

0,120 0,231 0,008

0,034 0,136 0,005

0,0270,125 Не обна- - - 0,005

0,0080,102 То же

80,0050,083

11 Не обна- 0,040 - ружено

20То же Не обна- -

рузсено Проведенные опыты показывают, что ГХЦГ в реально существукндих в природе количествах может быть успешно обезврежен в течение теплого периода года заявляемым способом. Кроме того, описанные примени проведенных экспериментов доказывают реальную возможность интенсификации очистки стоков, загрязненных устойчивыми к деструкции хлорорганическими пестицидами. Если количество обезвреженной воды ухудшается при анаэробном разрушении ГХЦГ по биологическому потреблению кислорода, соединениям азота, растворенному в воде кислороду и другим показателям, то для его восстановления можно использовать существующие биологические пруды, которые будут принимать обезвреженную воду после искусственного пруда. Предлагаемый способ позволяет повысить качество очистки возвратного стока, сократить время, затрачиваемое на очистку, путем интенсификации процесса очистки, снизить затраты на

Таким образом, натурные исследоТаблица 2

Йе 0,010 Не обна-Не обнаобнаруже- ружено жено ружено но

0,008То же То же То же

То. же

и

II

- Не обнаружено

«1

п

и

II вания подтвердили лабораторный эксперимент. Результаты натурных исследований представлены в табл. 2. строительство технических очистных устройств, снизить производительные потери воды в результате ускоренного возврата очищенного стока в водоем, решить задачу предохранения водных объектов от загрязнения высокотоксичныгли и персистентными хлорорганическими пестицидами, например гексахлорциклогексаном. Этот способ можно использовать во всех районг1Х орошаемого земледелия. Формула изобретения 1. Способ обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений, включающий сбор стоков и их анаэробное сбраживание в искусственных прудах, отлич ающийся тем, что, с целью снижения токсичности и ускорения процесса, сбраживание осуществляют в прудс1х с уложенным на дно активным слоем, содержащим инокулированную тубифицидами смесь почвогрунта и сброженногоила, взятыми в соотношении, вес.%:

11 99443812

Почвогрунт 85-75. Источники информации.

Сброженный ил 15-25принятые во внимание при экспертизе

2, Способ по п. 1, отлича-1.,Авторское свидетельство СССР

ю щ и и с я тем, что смесь инокули-W 483089,кл. А 01 О 25/00, 1976.

руют тубифицидами в количестве 10-2. Патент США ЗЗОЙ404,

15 г биомассы на 1 м площади слоя. кл. О 02 С 1/02, 1974.