Применение биохимических технологий для очистки сточных вод

УДК 628.35

Показана возможность применения биохимических технологий в области очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Приведены примеры внедрения различных систем очистки с использованием специализированных культур микроорганизмов, как аэробных, так и анаэробных.

Ключевые слова: очистка сточных вод сложного состава, биологический метод очистки, микробиология, микроорганизмы, сульфатредукторы, ксенобиотики.

В практике водоочистки в некоторых случаях невозможно достичь требуемых жестких экологических нормативов традиционными реагентными способами из-за того, что они недостаточно эффективны, добавляют вторичные загрязнения и ведут к образованию значительных объемов сложно утилизируемых шламов. С учетом этого предлагается ряд приемов очистки с использованием специализированных микробиологических культур различных видов.

Данная комплексная биохимическая технология основана на принципах природного самоочищения с использованием специально подобранных анаэробных сульфатвосстанавливающих бактерий. Культуры микроорганизмов депонированы во Всероссийской коллекции ИБФМ РАН в г. Пущино и проверены на непатогенность в Московском НИИ гигиены им. Эрисмана. Этот метод позволяет очищать сильно загрязненные сточные воды одновременно от широкого ряда загрязнений без применения большого количества реагентов. Сульфатредуцирующие бактерии в процессе своей жизнедеятельности восстанавливают сульфаты до сероводорода, попутно извлекая из воды соединения азота, фосфора и различные органические загрязнения: растворители, ПАВ, нефтепродукты, отработанные смазочно-охлаждающие жидкости и т.п. Биогенный сероводород вступает в мгновенную химическую реакцию с ионами тяжелых металлов, присутствующими в сточной воде: хромом, медью, цинком, никелем, железом, свинцом и другими.

Высокая степень очистки от тяжелых металлов объясняется тем, что произведения растворимости сульфидов тяжелых металлов значительно ниже произведений растворимости соответствующих гидроксидов. Кроме того, для образования сульфидного соединения практически любого тяжелого металла не нужно искусственно создавать повышенную величину рН среды, необходимую для образования гидроокиси.

Предлагаемая технология по ряду параметров выгодно отличается от реагентной. В процессе эксплуатации значительно снижаются затраты на химические реагенты, не происходит вторичного загрязнения очищенных сточных вод.

Использование биохимической технологии обеспечивает высокое качество очищенных сточных вод в соответствии с требованиями санитарных органов и позволяет осуществить их повторное использование. Объем выделяемого осадка в десятки раз меньше, чем в условиях существующих методов очистки промышленных сточных вод.

Твердый осадок, образующийся в процессе биохимической очистки сточных вод, представляет легко фильтруемую смесь неорганических соединений тяжелых металлов с хорошими седиментационными свойствами. Сульфидный осадок является ценным поликомпонентным вторичным минеральным сырьем многофункционального назначения. В технико-экономическом аспекте наиболее эффективными направлениями использования осадка являются металлургия тяжелых цветных металлов, получение сплавов, огнеупоров, вяжущих веществ, пигментов и других неорганических материалов.
Структурная схема биохимической очистки приведена на рис. 1.

Сточные воды в зависимости от их химического состава собираются в емкостях-накопителях, откуда подаются в основной узел биохимической обработки - биотенки и реакторы, где и происходит очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов. Далее очищенная вода поступает на узел удаления взвешенных веществ - тонкослойные отстойники и фильтры тонкой очистки. На финальной стадии производится обеззараживание очищенной воды, после чего она направляется на повторное использование в систему оборотного водоснабжения предприятия. Осадок, образующийся в процессе очистки, собирается в шламонакопителе, обезвоживается и отправляется на утилизацию.

Другим примером применения биологического метода очистки сточных вод сложного состава является решение задачи создания замкнутой водооборотной системы на одном из предприятий по производству упрочненных полиамидных волокон. Там была апробирована технологическая схема совместной биологической и электродиализной очистки.

Использование в данном случае биологического метода обусловлено тем, что промывка полиамидного волокна приводит к появлению в сточных водах таких трудно окисляемых органических соединений, как N,NA диметилацетамид (ДМАА) и изобутиловый спирт (ИБС). В основу технологического решения биологической очистки также заложены принципы природного самоочищения с использованием иммобилизованных микроорганизмов, в данном случае - аэробных аборигенных культур.

Основным процессом биологической очистки является глубокая деструкция трудно окисляемых органических веществ (ДМАА и ИБС), которая происходит на бионосителе многокамерного аэробного реактора (рис. 2). Химизм процесса заключается в окислении ДМАА и ИБС до уксусной кислоты.

Во все камеры через систему воздухоподводящих труб и аэраторов подается сжатый воздух для насыщения воды кислородом и удаления газообразных продуктов распада. Сточная вода последовательно переходит из одной камеры в другую через чередующиеся перегородки с верхним и нижним переливом. Последовательное соединение секций и поддержание в них оптимальной концентрации кислорода формирует трофическую цепочку, которая подбирается в зависимости от концентрации органических и биогенных элементов.

Вода после биологической обработки не содержит таких органических компонентов, как ДМАА и ИБС, что соответствует требованиям, предъявляемым к очищенной воде. После аэрационной части сточные воды поступают в отстойник и далее в блок доочистки, который состоит из установок ультрафильтрации и ультрафиолетового обеззараживания.

Для окончательной корректировки солевого состава вода подается на электродиализную установку, включающую две ступени деминерализации. На первой ступени использовались гетерогенные катионообменные и слабоосновные анионообменные мембраны МКA40, а на второй ступени - сильноосновные анионообменные мембраны МАA41. Полностью очищенная сточная вода направлялась в оборотный производственный цикл для промывки волокна.

Кроме того, для очистки хозбытовых и близких к ним по составу промышленных сточных вод возможно использование установок блочно-модульного типа. Принципиальная технологическая схема очистных сооружений приведена на рис. 3.

Установка состоит из последовательно соединенных анаэробных и аэробных секций. В анаэробной секции происходит биодеструкция трудноокисляемых органических загрязнений совместно с процессами денитрификации. В аэробных реакторах осуществляется глубокое окисление остаточной органики до норм рыбохозяйственного назначения с одновременной нитрификацией.

Технологические решения основаны на использовании биоценозов, прикрепленных на специальных носителях. Этим объясняется высокая степень и скорость очистки, а также минимальный прирост активного ила. Иммобилизованные формы микроорганизмов позволяют отказаться от регенераторов. Очищенные сточные воды после обеззараживания направляются на сброс или на повторное использование. Установка может эксплуатироваться в условиях умеренного и холодного климата при температуре окружающего воздуха от A40 до +40°С. Для монтажа установки достаточно подготовить ровную площадку необходимых размеров и обеспечить точки подключения.

Таким образом, современные биологические технологии позволяют очищать сточные воды самого различного и сложного состава. В некоторых случаях применение микробиологических методов является единственно возможным вариантом очистки.

Pesently avaulable waste biologucal treatment techniques

Possibility to apply biochemical techniques for industrial and domestic waste waters treatment has been demon- strated. Examples of application of various treatment systems with the use of specialized micro/organisms cultures, both aerobic and anaerobic have been given.

Keywords: complex composition waste waters treatment, biological treatment method, microbiology, microorganisms, sulfate reducers, xenobiotics.

Baglay Evgeny Borisovich, Director General.

Baglay Svetlana Valentinovna, Ph.D., Deputy Director General.

Ryanova Elza Arkadievna, chief engineer of the project. ZAO «Vodokanalprojekt», Ufa, Russia. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал "Вода Magazine", №1 (101), 2016 г.