ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 53-047-04

Результат выполнения научно-технической работы.

Взаимодействие человека с окружающей средой выросло в глобальную экологическую проблему. В природную среду во все больших количествах проникают отходы производств, которые переходят по экологическим звеньям из одной трофической цепи в другую, попадая, в конце концов, в организм человека. Основным источником загрязнения водоемов являются бытовые и промышленные сточные воды, при этом происходит загрязнение воды в основном органическими веществами. Попадают также минеральные вещества и множество различных микроорганизмов. Они оказывают токсическое действие на биоценозы водоемов, так как содержат тяжелые металлы (стоки металлургической и химической промышленности) и также способствуют массовому развитию микроорганизмов, в том числе патогенных (стоки пищевой, кожевенной, целлюлозной промышленности).

Проблема загрязнения окружающей среды стоит одинаково остро в отношении атмосферы, гидросферы и почвы. Появились новые виды загрязнений -радиоактивные вещества и разнообразные неприродные соединения, до недавнего времени отсутствующие на нашей планете. К числу наиболее распространенных загрязнителей внешней среды неприродными органическими соединениями относятся пестициды (химические вещества для защиты растений от вредителей болезней и сорняков), поверхностно - активные вещества (ПАВ), которые являются основой современных моющих средств (стиральных порошков); синтетические полимерные материалы (пластмассы, полиэтилен, синтетическое волокно) и др. Неразложившиеся остатки неприродных органических соединений и радиоактивные вещества накапливаются в различных объектах внешней среды. Возникает опасность их попадания в пищевые цепи и миграции в организм человека. В ре­зультате действия антропогенных факторов происходит нарушение экологическо­го равновесия в биосфере.

Восстановить экологическое равновесие могут только микроорганизмы, так как они осуществляют биодеградацию (разрушение), а, следовательно, детоксикацию (обезвреживание) целого ряда загрязнений воды и почвы.

Для очистки сточных вод, содержащих много органических веществ, наиболее широко должны использоваться биологические методы. Они основаны на использовании биохимической деятельности микроорганизмов - их способности к различным превращениям органических и минеральных веществ в процессе конструктивного и энергетического обмена.

Биологические методы очистки могут быть аэробного и анаэробного характера. Аэробная биологическая очистка осуществляется в естественных или искусственных условиях при широком доступе воздуха. Помимо органических веществ в этом случае окисляются в некоторые недоокисленные минеральные соединения сточных вод - сероводород, аммиак, нитриты.

Очистка в естественных условиях нами проводилась на Орловской биофабрике путем фильтрации сточных вод через слои почвы на полях фильтрации (почвенные методы очистки), а можно также биологических или очистных прудах. При почвенных способах очистки сточные воды медленно просачиваются через слой почвы толщиной 1,5-2 метра, причем активный слой почвы составляет 10-15 см. Здесь существует биоценоз из простейших, дождевых червей, личинок насекомых, разрыхляющих верхний слой почвы, вследствие чего улучшается её аэрация, но главным компонентом биоценоза являются микроорганизмы сточных ^од и собственная микрофлора почвы. При этом развиваются интенсивные микробиологические процессы по минерализации органического вещества разнообразными гетеротрофными бактериями, а также протекает активная нитрификация. Нами установлено, что количество нитрифицирующих бактерий на полях фильтрации в 100-120 раз больше чем в обычной обрабатываемой почве. При этом способе очистки в фильтрующем слое почвы задерживается до 99% , находящихся в сточных водах микроорганизмов.

Кроме естественных методов очистки аэробные процессы используются так же в искусственно создаваемых сооружениях для очистки сточных вод - в биофильтрах (аэрофильтрах), а также в аэротенках, где процесс очистки интенсифицируется путем дополнительного насыщения кислородом с помощью аэрирующих, разбрызгивающих и перемешивающих воду приспособлений. Искусственные биофильтры и аэротенки обычно там, где предприятия не имеют свободных площадей земли, чаще в условиях промышленных городов. Подобное соору­жение было построено и использовалось в условиях Херсонской биофабрики.

Биологической очистке предшествует механическая (отстаивание). Для этого использовали песколовушки, жироловушки, решетки, первичные отстойники и т.п. Биологическая очистка происходит при участии либо прикрепленных микроорганизмов (биопленка в биофильтрах), либо свободно плавающих в воде (хлопья активного ила в аэротенках). Биопленка и активный ил также представляют собой сложные биоценозы, но основным действующим звеном по окислению загрязнений сточных вод являются различные микроорганизмы. После очистки воды в биофильтре или аэротенке она поступает в отстойники для освобож­дения от биопленки или активного ила, а затем в водоем.

Нами изучены процессы, происходящие в системе аэротенк - вторичный отстойник. Прежде всего, интересовало способность активного ила осаждаться, что зависело от размеров флокул нитчатых микроорганизмов и отдельных видов бак­терий. Для этого в течение пяти дней брали по несколько проб из аэротенка с оп­ределенным временным интервалом. Из каждой пробы отбирали некоторое количество смеси сточной жидкости и активного ила, необходимое для первичного микроскопирования и подсчета микроорганизмов. Затем проба наливалась в мер­ный цилиндр для отстаивания в течение одного часа, отмечался объём осадка и осветленной жидкости. Считается, что в течение часа происходит выпадение ос­новной массы осадка (70-80%), по которой можно судить об эффективности про­цесса отстаивания. Количественный учет микроорганизмов проводили на основа­нии методики подсчета клеток в окрашенных мазках (метод Виноградского-Брида). Особенность, используемой методики заключалась в дифференцирован­ном учете микроорганизмов. Рассматривая процесс осаждения с точки зрения гидравлики, считают одним из основных, влияющих на него факторов гидравли­ческую крупность, которая в свою очередь зависит от размеров осаждающихся частиц.

В нашем случае за характеристику размеров при учете флокул бралась их площадь, при учете нитчатых микроорганизмов - их длина. Отдельно плавающие бактерии учитывались как самостоятельная фракция.

Анализируя полученные данные делаем следующие выводы:

-количество осадка заметно увеличивается с ростом отдельных, не связан­ых в флокулы микроорганизмов и с увеличением концентрации нитчатых бакте­рий; общее количество флокул при этом уменьшается;

-на объём осадка влияет не просто общее количество флокул, а содержание их отдельных фракций.

Концентрация самых крупных из них, равно как и самых мелких, с увеличе­нием объёма осадка возрастает и, следовательно, также флокулы отрицательно влияют на процесс осаждения, т.е. чем выше была их концентрация в пробах, тем меньше образовывалось осадка, и тем более плотным он был.

Анаэробную биологическую очистку сточных вод можно производить в ис­кусственных очистных сооружениях: метантенках, септиктенках и в двухярусных отстойниках. В них осуществляется биологическая обработка твердой фазы сточ­ных вод, которую в основном составляют осадки с решеток, из первичных от­стойников, избыточный ил и биопленка из биофильтров и аэротенков.

Независимо от типа очистного сооружения в них происходят разнообразные микробиологические процессы (гниение, окисление, различного типа брожения). В этих процессах принимает участие целый комплекс анаэробных микроорганиз­мов. В результате сложные органические соединения твердой фазы сточных вод (белки, жиры, углеводы) превращаются в жирные кислоты, спирты и газообраз­ные продукты (диоксид углерода, аммиак, метан, водород).

Нормальная работа рассмотренных сооружений нарушается, если в стоки попадают специфические токсические или неприродные органические синтетиче­ские вещества.

Благодаря легкой приспособляемости к необычным условиям жизни и на­личию разнообразных ферментов микроорганизмы воды, почвы приспособились к использованию даже неприродных синтетических органических соедине­ний, с которыми они ранее в природе не встречались. Детоксикация микроорга­низмами таких соединений происходит, главным образом, путем использования их в качестве единственного источника углерода для питания и для получения энергии. Часто этот процесс носит многоступенчатый характер: вначале микроор­ганизмы путем различных ферментативных реакций превращают исходные со­единения в большинстве случаев в нетоксичные промежуточные или конечные продукты, которые затем используют в конструктивном или энергетическом об­мене.

Поиски в воде, почве и сточных водах, активном иле и т.п. микроорганиз­мов - деструкторов непрерывно продолжаются. Кроме того, ведется работа по получению более активных культур или штаммов. На основании исследований по получению высокоактивной специфической микрофлоры и включения ее в состав биоценоза активного ила разработаны микробиологические методы очистки про­изводственных сточных вод на очистных сооружениях предприятий.