Микробиологическая очистка прудов-накопителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микробиологическая очистка прудов-накопителей

Ковалева О.В., Санникова Н.В.

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Аннотация

Одним из основных источников загрязнений водоемов является промышленность, в том числе предприятия по производству продуктов питания. Сточные воды этой отрасли интенсивно загрязнены легкоразлагаемыми органическими веществами, способными нанести большой ущерб водоемам. Существующие технологии очистки сточных вод чрезвычайно энергозатратны из-за недостатков анализа состава жидких сред, которые могут выявить превышение предельно допустимых концентраций не более десяти процентов общего количества нормированных загрязнений. В настоящей работе приведены данные по существующему сбросу сточных вод, полученные лабораторным методом, дана оценка уровня их загрязнения. Представлена информация о разработанной Системе Микробиологической Очистки и её способности снижать концентрации загрязняющих веществ в искусственно созданных прудах-накопителях: по взвешенным веществам - в 17 раз, по массовой концентрации жиров - в 17 раз, по БПК5 - в 45 раз, по ХПК - в 10 раз.

Ключевые слова: загрязняющие вещества, пруд-накопитель, локальная очистка, сточные воды, пробиотический препарат

сточный микробиологическая очистка пруд накопитель

На большей части сельских территорий сложилась острая экологическая ситуация, чему способствовали интенсификация сельскохозяйственного производства [1, 2], развитие перерабатывающих предприятий, их низкий технологический уровень, а также недостатки нормативно-правовой базы в этом направлении.

Очистке сточных вод промышленных предприятий в России уделялось пристальное внимание, начиная с 1885 года. В дальнейшем, в том числе и в настоящее время, серьезное внимание уделяется развитию способов очистки сточных вод, в частности, биологическими методами.

Для предварительной очистки или обезвреживания чрезвычайно загрязненных сточных вод в технологических цехах должны быть специальные установки локальной очистки, но многие предприятия, которые были введены в эксплуатацию 20-35 лет назад, их не имеют и, в худшем случае, вынуждены сливать стоки в искусственно созданные пруды-накопители.

Можно использовать эффективные, но дорогостоящие способы: обратный осмос, нанофильтрацию, электрокоагуляцию и другие. Однако экономическое состояние многих хозяйствующих субъектов Российской Федерации ограничивает ресурсные возможности по реализации природоохранной деятельности.

Постоянно возрастающие объёмы сточных вод, увеличивающееся количество видов и степени загрязнений существенно осложняют решение вопросов минимизации экологических рисков, управления экологической обстановкой в регионах [3, 4, 5]. Вопросы совершенствования системы очистки сточных вод, ее функционирования в условиях наличия крупных перерабатывающих предприятий требуют дальнейшего изучения и обобщения.

В настоящее время в литературе нет данных, которые бы показывали, как изменяются свойства бацилл в зависимости от характера загрязнения водной среды, что представляет большой интерес для исследования. Бактерии рода Bacillus являются ubiquistic, то есть вездесущими. Благодаря своей способности спорулировать бактерии рода Bacillus могут выжить в экстремальных условиях окружающей среды, а также быть стойкими к различным химическим веществам и физическим факторам, включая влажный пар, сушку, ультрафиолетовое и гамма-излучение, вакуум и окислители.

Внедрение микробиологических технологий очистки в производственные процессы [6, 7], очистку сточных вод, очистку прочих биологических экологически вредных отходов производства на сегодняшний день является передовым научным направлением, использующим природоподобные технологии. Целью данной работы являлась разработка и апробация технологии Системы Микробиологической Очистки (СМБО) при реабилитации искусственно созданных прудов-накопителей сточных вод молокоперерабатывающего предприятия.

Особенностью СМБО является введение в сточные воды по индивидуально разработанной технологии микробиологических препаратов, которые безопасны для экосистем, так как их работа основана на естественных биологических реакциях, а не на использовании химических соединений. При применении СМБО эффект можно наблюдать уже через 2-4 месяца.

Объектом исследований явились пруды-накопители, расположенные в участковом лесничестве, предназначенные для накопления сточных вод предприятия пищевой промышленности. Данные объекты являются искусственно созданными накопителями замкнутого типа. Они имеют прямоугольную форму площадью от 1575 км² до 1625 км² и по периметру обвалованы насыпной дамбой шириной 3,0 м. Флора прилегающей территории прудов-накопителей представлена следующими видами растительности: крапива двудомная, лебеда раскидистая, осот розовый, осот желтый, пырей ползучий, мать-и-мачеха, сурепка обыкновенная, ива остролистная, черемуха обыкновенная, клен остролистный, кострец безостый, береза повислая, хвощ полевой, сосна обыкновенная, кипрей обыкновенный, лопух обыкновенный.

За основу в качестве микробиологической реабилитации имеющихся прудов-накопителей был выбран пробиотический препарат, который представляет собой жидкость, содержащую большое количество бактерий рода BACILLUS, являющихся представителями облигатной микрофлоры [8, 9].

По результатам проведенного модельного эксперимента в лабораторных условиях, была установлена оптимальная концентрация микробиологического препарата для использования в реальных условиях и предложена Система Микробиологической Очистки и реабилитации прудов-накопителей.

Подготовка микробиологического препарата заключалась в приготовлении маточного раствора.

Для наиболее эффективной работы бактерий рода Bacillus необходимо соблюдение требований по температурному режиму воды и водородному показателю (рН). В теплой воде (+36°С) начинаются процессы расспоривания. Выделяются необходимые энзимы, бактерии делятся, увеличивая свою численность. Бактерии потребляют органический субстрат и превращают его в СО₂, очищая водную систему естественным путем.

При приготовлении рабочего раствора температура воды в емкости варьировала от 30 до 36 °С.

При проведении научно-производственных исследований в период с июля по сентябрь проводился ежемесячный отбор проб сточных вод, согласно ГОСТ 31861-2012, ГОСТ 31862-2012, ГОСТ 17.1.5.05-85. Химический анализ проведен по 6 основным показателям, согласно НД на метод испытания: взвешенные вещества (РД 52.24.468-2005), азот аммонийный (ГОСТ 29304), фосфаты (ГОСТ 18309), БПК5 (ПНД Ф 14.1:2:3:4.123), ХПК (ПНД Ф 14.1:2:4.190), массовая концентрация жиров (ПНД Ф 14.1:2.122).

На предприятии вода используется для: работы котельной (отопление и выработка пара); производственно-технологических нужд; хозяйственно-бытовых нужд. Водоснабжение предприятия осуществляется от поселкового водопровода. При деятельности предприятия образуется сточная вода в объеме 289 м³/сутки (105485 м³/год), в составе которой присутствуют моющие и дезинфицирующие растворы (NaOH, HNO₃). В результате процессов переработки молока образуются также технологические сточные воды, характеризующиеся высокой (более 1000 мг/л) загрязненностью биоразлагаемыми органическими веществами, прежде всего, жирами, белками и углеводами. Загрязненность многократно возрастает [10, 11, 12], так как на предприятии не решена проблема утилизации отходов производства, прежде всего, сыворотки. Отведение сточных вод предприятия производится по заглубленной системе канализации в подземный железобетонный отстойник и далее - вывозится машинами в пруд-накопитель. Сброс осуществляется круглый год.

На изучаемом объекте отмечено превышение показателей в сравнении с гигиеническим нормативом, что и послужило основой для проведения научно-производственных экспериментов с целью снижения экологической нагрузки на природную среду.

На предприятии регулярно осуществляется зачистка отстойника от уловленных взвешенных веществ. Показатели изменения состава сточных вод предприятия в коллекторе представлены в таблице 1 (по данным лабораторных исследований в течение суток).

Загрязненность данных стоков значительно превышает требования, предъявляемые к приему сточных вод в системы канализации населенного пункта. Высокая концентрация такого рода сточных вод, а также неравномерность их поступления, приводят к перегрузке многих городских очистных сооружений и их неудовлетворительной работе.

В результате проведенного модельного эксперимента в лабораторных условиях была установлена оптимальная концентрация микробиологического препарата. Динамика гидрохимических показателей в модельном эксперименте приведена в таблице 2.

Результаты проведенного модельного эксперимента свидетельствуют о значительном снижении содержания всех веществ. При этом наилучшие значения отмечены с концентрацией маточного раствора 0, 001%.

Таблица 1. Состав сточных вод в коллекторе

Таблица 2. Динамика гидрохимических показателей в модельном эксперименте

Результаты анализов проб сточных вод в течение реабилитации прудов-накопителей представлены в таблице 3. По результатам исследований отмечено, что в период с июля по сентябрь снизилась концентрация следующих загрязняющих веществ: по взвешенным веществам - в 17 раз, по массовой концентрации жиров - в 17 раз, по БПК₅ - в 45 раз, по ХПК - в 10 раз, что соответствует показателям гигиенического норматива.

По результатам исследований отмечено повышение содержания аммонийного азота, что связано с деятельностью бактерий, осуществляющих разложение органических соединений в воде. При этом, возможно, белковые соединения под действием высокой концентрации бактерий разлагаются с образованием аммонийного азота в анаэробных зонах (которые всегда присутствуют).

Фосфаты в течение эксперимента стабильно возрастали. В основном, можно предположить, что присутствие фосфатов в сточной воде вызывается гибелью клеток биомассы активного ила на любом из этапов биологического окисления [13, 14, 15]. Объяснение этих данных требует дальнейших исследований.

Таблица 3. Результаты анализа сточных вод пруда-накопителя

Снижение загрязнений в пруду-накопителе осуществлялось за счет жизнедеятельности вводимых микроорганизмов, а также зоопланктона, усиленно развивающегося непосредственно в самом пруду в связи с образованием большого количества биогенов. Рост количества водорослей интенсифицировал процесс обмена кислорода, что положительно сказалось на жизнедеятельности микроорганизмов. Кроме того, кислород поступал через свободную поверхность за счет не только естественной, но и искусственной ежедневной аэрации, теплового массообмена (глубина пруда 0,6…1,4 м). Правильно подобранный гидравлический режим течения потоков жидкости в пруду-накопителе (исключение застойных зон) улучшило условия переноса кислорода в толщу воды. В свою очередь, наличие кислорода улучшило процесс окисления биоразлагаемого субстрата.

На рис. 1 представлены результаты изменения состояния пруда-накопителя с июля по сентябрь. Отмечено существенное изменение не только по гидрохимическим показателям, а также по показателям цветности, мутности стоков пруда-накопителя. Также произошло изменение его эстетического состояния, в том числе за счет механической очистки пруда-накопителя.

По результатам производственных исследований отмечено изменение сточных вод по запаху. Запах с очень сильного (5 баллов) в первый день наблюдений постепенно снижался до заметного (3 балла) и слабого (2 балла), что косвенно говорит о снижении выделения токсичных газов (аммиака, сероводорода) из сточной жидкости. Характер запаха по шкале согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода» - сернистый, род запаха - тухлых яиц, сероводорода. Запах по истечении времени изменился на запах естественного происхождения.

Рис.1. Изменение состояния прудов-накопителей

На интенсивность запаха оказывают влияние температура, pH, степень загрязненности водоема, биологическая обстановка и гидрологические условия.

Цвет воды в водоеме характеризовался от бурого до светло-коричневого и практически не изменялся на протяжении эксперимента. После удаления пленки наблюдалось некоторое осветление воды (до 5 см), что обусловлено снижением взвеси.

По прошествии года, после внедрения Системы Микробиологической Очистки, были проведены дополнительные исследования состояния прудов-накопителей. Опытный пруд-накопитель представлен на рис. 2.

Рис.2. Состояние прудов-накопителей через год

Динамика санитарно-гигиенических показателей прудов-накопителей представлена в таблице 4.

Таблица 4. Динамика санитарно-гигиенических показателей прудов-накопителей

* - Постановление Правительства РФ от 29.07.2013г. № 644 «Правила холодного водоснабжения и водоотведения».

При микробиологической очистке пробиотическим препаратом эффективно нейтрализуются экологические последствия загрязнения и эвтрофикации водоема, восстанавливается биологическое равновесие, вода и донные отложения очищаются от органических остатков, взвешенных веществ, азота, фосфора, восстанавливается кислородный режим, понижается уровень донных отложений, открываются заиленные родники, многократно интенсифицируется микробиологическое самоочищение воды от вредных микроорганизмов.

Установлено, что использование Системы Микробиологической Очистки позволило снизить концентрации: по взвешенным веществам - в 17 раз, по массовой концентрации жиров - в 17 раз, по БПК₅ - в 45 раз, по ХПК - в 10 раз, что соответствует показателям гигиенического норматива. Кроме того, применение СМБО позволяет значительно снизить интенсивность запаха, что косвенно может говорить о снижении выделения токсичных газов (аммиака, сероводорода) из сточной жидкости. На основании натурных экспериментальных и производственных данных доказана целесообразность использования данной системы очистки прудов-накопителей с учетом экологических требований. В технологическом процессе переработки стоков она может быть рекомендована как самостоятельная технологическая линия для биологической очистки или доочистки сточных вод.

Список использованных источников

1. Bakharev A.A., Sheveleva O.M., Fomintsev K.A., Grigoryev K.N., Koshchaev A.G., Amerkhanov K.A., Dunin I.M. Biotechnological characteristics of meat cattle breeds in the Tyumen Region // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. - 2018, т. 10, № 9. - С. 2383-2390.

2. Ковалева О.В., Санникова Н.В., Шулепова О.В. Экологичная система микробиологической очистки в животноводстве // АгроЭкоИнфо. - 2019, № 3 (37). - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/3/st_315.doc.

3. Полунина О.Н. Загрязнение водоемов средствами бытовой химии // Экология России: на пути к инновациям. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 7. - 2016. - С. 97-99.

4. Санникова Н.В., Ковалева О.В., Шулепова О.В. Актуальность использования пробиотических препаратов при очистке сточных вод сельскохозяйственных предприятий // Агропродовольственная политика России. - 2019, № 1 (85). - С. 13-17.

5. Prisciandaro M., Vegliт F., Mazziotti Di Celso G. Development of a reliable alkaline wastewater treatment process: optimization of the pre-treatment step // Water Research. - 2005, т. 39, № 20. С. - 5055-5063.

6. Блинов В.А., Буршина С.Н., Ковалева С.В. Пробиотики в пищевой промышленности и в сельском хозяйстве. - Саратов: ИЦ Наука. - 2011. - 171 с.

7. Кирий О.А., Колесников С.И., Зинчук А.Н. Применение бактериального препарата «Дестройл» при ликвидации загрязнений нефтепродуктами пресных водоемов // Научный журнал КубГАУ. - 2012, №83 (09).

8. Kovaleva Olga, Sannikova Natalia. Use of Biotechnological Preparations in Pig Breeding // International scientific and practical conference "Agro-SMART - Smart solutions for agriculture" (Agro-SMART 2018) // Advances in Engineering Research. - V. 151. - S. 383-390. DOI:10.2991/agrosmart-18.2018.72

9. Насонкина Н.Г., Маркин В.В. Производственные исследования воздействия пробиотического средства «ОКСИДОЛ» на процессы очистки сточных вод // Молодой исследователь Дона. - 2017, №4(7). - С. 69-79.

10. Eremin D.I., Eremina D.V. Simulation the fertility parameters of artificial soils for green zones in the infrastructure of cities in western Siberia // Journal of Environmental Management and Tourism. - 2018, т. 9, № 3 (27). - С. 599-604.

11. Iglovikov A. The development of artificial phytocenosis in environmental construction in the far north // Procedia Engineering. - 2016, т. 165. - С. 800-805.

12. Kovaleva Olga, Sannikova Natalia. Microbiological treatment system of storage ponds // Innovative Technologies in Environmental Science and Education E3S Web of Conferences. V. 135, 01007 (2019) DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913501007.

13. Нойман Ш., Кедар Оке, Адамс Б. Селективная очистка сточных вод и питьевой воды от фторидов при помощи хелатных ионообменных смол, допированных алюминием // Вода: химия и экология. - 2013, № 6 (60). - С. 80-84.

14. Санникова Н.В., Ковалева О.В., Шулепова О.В., Гогмачадзе Г.Д. Пробиотические препараты при очистке сточных вод // АгроЭкоИнфо. - 2018, №4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/4/st_469.doc.

15. Park C.M., Chu K.H., Yoon Y., Her N., Heo J., Jang M., Baalousha M. Occurrence and removal of engineered nanoparticles in drinking water treatment and wastewater treatment processes // Separation and Purification Reviews. - 2017, т. 46, № 3. - С. 255-272.

Размещено на Allbest.ru