ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Технологические возможности повышения эффективности работы биологических очистных сооружений довольно ограничены. В этой связи первостепенное значение приобретает разработка методов интенсификации процессов очистки на основе использования высокоэффективных микроорганизмов-деструкторов. Разработка микробиологических основ очистки промышленных сточных вод не только в лабораторных, но и в производственных условиях подтвердила идею возможности замены активного ила и биопленки очистных сооружений чистыми культурами.

Для обеспечения тщательной и надежной очистки обрабатываемой воды при значительной скорости потока необходимо удерживать в очистном сооружении значительную биомассу микроорганизмов-деструкторов, а этого можно достичь иммобилизацией микроорганизмов на носителе (табл. 9.1).

Возможности очистки сточных вод с помощью иммобилизованных микроорганизмов-деструкторов

Таблица 9.1

Загрязняющие

вещества

Микроорганизм

Носитель

Г ексаметиленамин

Bacillus subtilis

Стекловолокно, глинистые минералы

Красители

Pseudomonas spp.

Древесный уголь, створки мидий, морской песок

Ароматические углеводороды, гетероциклические амины, фенолсодержащие стоки металлургических заводов

Pseudomona ssp., Trichosporoncutaneum, активный ил

Ерши из стекловолокна, стеклянные шарики

Поверхностно-активные вещества, красители, морфолинсодержащие стоки

Pseudomonas spp., Bacillus subtilis

Ерши из стекловолокна, волокно из природных материалов

Этил кетон,этил- анетат, пропионовый альдегид, кротоновый альдегид, ацетальдегид, стирол

Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis

Активированный уголь, поролон, стеклоткань, стеклянные бусы, сте- клоерши

Капролактам

Achromobacter guttatus

Включение в ПААГ, коллаген

Жирные кислоты

Alkaligenes spp.

Цеолит

Нафталин-2-суль-

фонат

Pseudomonas spp.

Песок

Фенол

Candida tropicalis

Включение в Са-аль- гинат, гели на основе полистирола, ПААГ, адсорбция на активированном угле

Бензол

Pseudomonas putida

Включение в ПААГ, Са-альгинат

Загрязняющие

вещества

Микроорганизм

Носитель

Б-Метил стирол

Pseudomonas aerugenosa

Са-альгинат

Кротоновый альдегид, ацетальдегид, этанол, бутанол, этилацетат, винилбутиловый эфир

Bacillus coagulans, Bacillus alcaligens

Флоки клеток (фло- кулянт — латекс дивинил стирольного типа)

Прикрепленные организмы более устойчивы к действию токсикантов, размножаются быстрее, чем во взвешенном состоянии, характеризуются повышенной метаболической активностью.

Биомассу микроорганизмов-деструкторов выращивают заранее, высококонцентрированную суспензию вводят в контакт с инертным материалом, чтобы произошла иммобилизация. В качестве органического вещества для питания микроорганизмов можно использовать ксенобиотик, подвергшийся разложению, но чаще рост на таком субстрате бывает замедленным, поэтому для быстрого накопления биомассы используют среды с легкодоступным источником углерода.

Использование биореакторов с закрепленными на носителе высокоактивными бактериями-деструкторами позволяет эффективно очищать промышленные сточные воды, характеризующиеся различным составом и концентрацией загрязняющих веществ. Здесь наиболее приемлемым является иммобилизация методом адсорбции и агрегации. В качестве адсорбентов могут быть использованы органические и неорганические носители — различные полимеры, керамика, глина и другие вещества, особое внимание в последние годы привлекают крупнопористые носители.

Микробиологическая очистка экономична, не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, локальные очистные установки занимают незначительные площади, просты и надежны в обслуживании.

Ответственным этапом обеспечения работы реактора с закрепленными микроорганизмами является выбор носителя. Носитель для иммобилизации должен быть легко проницаемым и способным защищать микроорганизмы от механических, аэро- и гидродинамических воздействий, резких изменений pH, температуры, концентрации загрязнителей. В практике микробной очистки воды широкое применение в качестве носителей микроорганизмов нашли насадки типа «вия» и стеклоерши. В последнее время были разработаны новые полимерные носители микроорганизмов. Среди них особый интерес вызывают материалы в виде формоустойчивых волокнистых нетканых элементов, которые изготавливают пневмораспылением расплавов термопластинчатых полимеров.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов всегда представляет особый интерес.

Микроорганизмы, способные потреблять дизельное топливо в качестве единственного источника углерода, широко распространены в окружающей среде. Штаммы Acinetobacter sp. НВ-1 и Mycobacterium sp. ЦКМ В 65-Б окисляют соответственно 55,0 и 45,06% дизельного топлива, содержащегося в воде, с концентрацией 1% масс, за 14 сут, a Mycobacterium flavescens EX-91 — 45,0% за 7 сут. Максимальная степень окисления дизельного топлива, содержащегося в воде с концентрацией 1% масс. (1%), равна 95%, достигаемая с использованием штаммов Arthrobacter oxydans Ас-1838Д и Pseudomonas В-2443 на четвертые сутки. Культуры Arthrobacter globi- formis ВКПМ S-1551 и Rhodococcus eritropolis ВКПМ S-1550 утилизируют дизтопливо, содержащееся в воде с концентрацией 0,5% на 99% при скорости потока 0,29—0,33 ч-1. Также изучена способность клеток штамма Rhodococcus opacus 31 КР адсорбироваться на капроновом носителе и волокнистом полимерном материале. Родококк хорошо сорбируется на поверхности обоих носителей. Однако волокнистый полимерный материал заселяется микроорганизмами предпочтительнее, чем капроновый носитель «вия». Это существенное преимущество волокнистого полимерного материала перед носителем «вия» заключается в том, что структура волокнистого полимерного материала наряду с присутствующими ей значительной пористостью и удельной поверхностью обеспечивает иммобилизованным клеткам микроорганизмов защищенность от гидро- и аэродинамических нагрузок, что обусловлено жидкостью волокнистого полимерного материала, состоящего из волокон, когезионно скрепленных между собой в местах касания.

Установлено, что вода, загрязненная дизельным топливом, в условиях интенсивного снабжения воздухом очищается иммобилизованными микроорганизмами-деструкторами при скорости потока 0,30 л/ч с эффективностью очистки по ХПК, равной 76,9% (табл. 9.2). Дизельное топливо при этом окисляется на 98%. При увеличении скорости потока сточной воды до 0,45 и 0,8 л/ч эффективность окисления загрязнителя снижается до 91,4 и 78,1% соответственно.

Один из способов удаления углеводородов из сточных вод — применение микроорганизмов, способных использовать нефть и неОкисление дизельного топлива в воде микроорганизмами- деструкторами, иммобилизованными на волокнистом полимерном материале

Концентрация дизельного топлива, мг/л (исходная вода/ очищенная вода)

Скорость

потока,

л/ч

хпк,

мг 02

Эффективность окисления дизельного топлива, %

Эффективность очистки по ХПК, %

1625/32,5

0,30

511/118

98,0

76,9

1625/140,0

0,45

511/165

91,4

67,7

1625/355,0

0,80

511/212

78,1

58,5

фтепродукты в качестве источника углерода и энергии. Среди методов биологической очистки загрязненных нефтью вод предпочтение отдается микробным ассоциациям (биоценозы) либо специализированным, адаптированным к определенному составу химических загрязнений культурам микроорганизмов. Эффективность очистки воды от нефти и нефтепродуктов повышается при иммобилизации микроорганизмов. Накопительные культуры микроорганизмов состоят из 3—4 типов бактерий. Большинство из выделенных монокультур на средах с нефтью, парафинами и гексадеканом менее активно использует эти субстраты по сравнению с ассоциациями, из которых монокультуры были выделены.

Важным и существенным фактором для иммобилизации клеток при выращивании штаммов является образование гомогенной клеточной суспензии. Но часто могут образовываться конгломераты клеток, может наблюдаться частичная или полная флотация.

Штаммы Л. calcoaceticus К-4, N. vaceinii К-8, R. erythropolis ЭК-1 способны расти и размножаться в присутствии керамзита. При этом наблюдается как увеличение максимальной удельной скорости роста бактерий, так и повышение уровня биомассы. После выращивания бактерий в присутствии керамзита количество остаточной нефти в сточной воде составляет 20—35%, а без керамзита — 40— 55%. При этом уровень биомассы почти не изменяется. Снижение содержания нефти в вариантах с керамзитом обусловлено адсорбцией на нем нефти.

Применение бактериальных культур для очистки от нефтяных загрязнений часто оказывается эффективным лишь при добавлении минеральных источников питания. Так, при внесении в места загрязнения нефтью азота, фосфора и калия происходит ускорение процесса биодеградации нефти. Дополнительное внесение фосфатов сопровождается значительным увеличением потребления нефти. Добавление в загрязненную нефтью воду 0,1% диаммонийфосфата приводит к снижению содержания нефти после очистки. При этом эффективность очистки составляет 99,5%.

При увеличении начального содержания нефти в воде со 100 до 250 мг/л эффективность очистки иммобилизованными на керамзите клетками штамма N. vaceinii К-8 снижается и составляет не более 90%, в то время как для штамма R. erythropolis ЭК-1 практически не изменяется и остается на уровне 99,5% (при высокой скорости подачи воды — 0,68 л/мин и в условиях низкой аэрации — до 0,1 л воздуха на 1 л воды в мин) [5].

Извлекать металлы способны все микроорганизмы, поскольку такие металлы, как железо, магний, цинк, медь, молибден и многие другие входят в состав ферментов или пигментов, подобных цитох- ромам или хлорофиллам. В ряде случаев металлы накапливаются микроорганизмами в значительных количествах; в бактериальной клетке могут содержаться ионы калия в концентрации 0,2 М, даже если в среде калий присутствует в концентрациях 0,0001 М и ниже. Микроорганизмы обладают системами поглощения, специфичными к определенным металлам и способными к значительному их концентрированию. В результате метаболических реакций, протекающих у микроорганизмов, могут происходить различные превращения металлов: выделяемые в окружающую среду продукты метаболизма способны образовывать комплексы с металлами или осаждать их из растворов; некоторые металлы могут переводиться с их помощью в летучие формы и удаляться из раствора; металлы могут окисляться или восстанавливаться.

Основными механизмами иммобилизации металлов из сточных вод микроорганизмами являются следующие:

  • • перевод в летучую форму;
  • • внеклеточное осаждение;
  • • внеклеточное комплексообразование и последующее накопление;
  • • связывание клеточной поверхностью;
  • • внутриклеточное накопление.

У различных штаммов родственных бактерий уровень поверхностного связывания существенно различается. Например, Bacillus megaterium КМ (при концентрации 1 г сухой массы на 1 л) при 20°С связывает 43 мг кадмия на 1 г сухой массы из раствора, содержащего кадмия в концентрации 112 мг/л (в то время как Bacillus polymyxa — всего 10 мг кадмия на 1 г сухой массы).

Могут иммобилизовываться также радиактивные металлы, например, такие как уран, что очень важно для окружающей среды.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Какова сущность биологической очистки сточных вод?
  • 2. Укажите примерный состав активного ила.
  • 3. Опишите роль простейших в процессах биологической очистки сточных вод.
  • 4. Покажите роль бактерий в процессах биологической очистки сточных вод.
  • 5. Каковы основы технологии очистки сточных вод от биогенных элементов?
  • 6. Что лежит в основе процессов нитри-денитрификации?
  • 7. Перечислите способы удаления фосфорсодежащих веществ из сточных вод.
  • 8. Опишите влияние нитчатых бактерий на ухудшение процессов биологической очистки сточных вод.
  • 9. Расскажите об эволюции внедрения мембранных технологий в практику биологической очистки сточных вод.
  • 10. В чем заключается интенсификация процессов биологической очистки сточных вод с использованием иммобилизованных микроорганизмов?

Темы рефератов

  • 1. Основы биологической очистки сточных вод. Достижения в Российской Федерации и за рубежом.
  • 2. Сравнение строго контролируемых биотехнологических процессов с процессом биологической очистки сточных вод.
  • 3. Механизмы биологического окисления загрязнений в процессе биологической очистки сточных вод.
  • 4. Проблемы окисления нефтепродуктов в процессе биологической очистки сточных вод.
  • 5. Использование иммобилизации микроорганизмов на различных материалах для интенсификации биологической очистки сточных вод.
  • 6. Наиболее применяемые на практике технологии удаления биогенных элементов в процессе биологической очистки сточных вод.
  • 7. Сравнение химического и биологического способов удаления фосфорсодержащих соединений.
  • 8. Основы технологии удаления азота из сточных вод нитри-денитри- фикацией.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >