Способ микробной очистки сточных вод и установка для его осуществления

 

Способ очистки осуществляют с помощью иммобилизованного на носителе консорциума из 7 культур микроорганизмов с различным деструктивным спектром, среди которых две культуры обладают значительной эмульгирующей активностью. Способ реализуется в условиях протока и аэрации в компактной передвижной установке. Установка содержит узел подачи сточной воды, биореактор и узел вывода очищенной воды, термостатируемый бак-накопитель и гидроциклон, установленный перед термостатированным баком-накопителем, разделенным на две части вертикальной перегородкой, расположенной ниже верхнего края бака. При этом биореактор содержит четыре последовательно соединенные аэрируемые колонки. На дне каждой колонки биореактора размещена насадка для прикрепления загрузки с иммобилизованным консорциумом штаммов микроорганизмов. Соединение бака-накопителя и колонок выполнено так, чтобы очищаемая вода перетекала через колонки снизу вверх, причем обе части бака-накопителя и колонки снабжены запорными вентилями. Эффективность очистки 94-98%. 2с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

Изобретение относится к обработке сточных вод и может быть использовано для очистки небольших объемов сточных вод, образующихся в процессе отмывки деталей на металлообрабатывающих предприятиях при замене растворов в моечных машинах или ваннах и содержащих ПАВ и минеральные масла.

В области биохимической очистки сточных вод известны способы, рассчитанные на утилизацию штаммами-деструкторами либо ПАВ, либо нефтепродуктов, поскольку эти вещества имеют существенные различия в структуре и свойствах. Сточные воды с подобным сложным составом очищаются, как правило, комплексом методов. Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вид от минеральных и других масел и НПАВ (Патент Японии N 62-57400, кл. C 02 F 3/02, 1987), где биологической очистке предшествуют методы коагуляции и напорной флотации. Последующая биологическая очистка осуществляется в два этапа с использованием биопленки и капельного биофильтра. Данный метод, обладая высокой эффективностью очистки, имеет ряд существенных недостатков: применение солей металлов и полимерных коагулянтов приводит к образованию вторичного загрязнения - шламов - и повышению стоимости процесса по сравнению с биохимической очисткой; способ рассчитан на очистку воды с низким исходным содержанием загрязнителей: масел - 0,66 мг/л, ХПК - 0,363 мг O₂/л.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки концентрированных растворов, содержащих ПАВ и минеральные масла.

Высокая эффективность очистки достигается использованием иммобилизованного консорциума микроорганизмов с различным деструктивным спектром, а также микроорганизмов, обладающих значительной эмульгирующей активностью в условиях протока и аэрации.

Для осуществления способа сточные воды обрабатываются консорциумом микроорганизмов, иммобилизованных на волокнистом носителе, в условиях протока и аэрации. Концентрация иммобилизованных микроорганизмов составляет 2-3 г по сырому весу на 1 г носителя, количество носителя - 10 г на куб.дм очищаемой воды. Консорциум образован 7 культурами микроорганизмов-деструкторов: Mycobacterium sp. ВКПМ B-7209 (ДМ1), Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ B-7141 (ДМ2), Pseudomonas putida ВКПМ B-2950 (ДМ3), Pseudomonas putida ВКПМ B-6582 (ДС1), Pseudomonas sp. ВКПМ B-6563 (ДС2), Alcaligenes denitrificans ВКПМ B-7207 (ДЭ1), Pseudomonas aeruginosa ВКПМ B-7208. (Далее названные штаммы используют под соответствующими шифрами: ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2).

Культуры берутся в равном соотношении.

Предлагаемые штаммы выделены из накопительной культуры, иммобилизованной на волокнистом носителе и в течение трех лет поддерживавшейся в условиях протока и аэрации. Состав подаваемой среды был следующим: минеральное масло 0,5 г/л; неонол АФ9-12 0,5 г/л; водопроводная вода. Скорость разбавления составляла 0,02 ч^-1. Деструктивная и эмульгирующая активность выделенных штаммов при периодическом культивировании указана в табл. 1.

Депозитором штаммов является Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Штаммы-деструкторы выращивают на мясо-пептонном агаре при 28-30^oC. Полученную биомассу иммобилизуют на волокнистом носителе лабораторной установки. Для этого биомассу консорциума штаммов ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2 в равных соотношениях с общей массой 20 г помещают в установку, представляющую собой прямоточный биореактор, образованный четырьмя последовательно соединенными аэрируемыми колонками с общим объемом 1 л. В течение трех суток устройство работает в режиме рециркуляции со скоростью разбавления 0,04 ч^-1 и следующим составом среды: неонол АФ9-12 0,3 г/л, масло индустриальное И-20 0,5 г/л, водопроводная вода. Затем раствор из установки сливают и все указанные манипуляции повторяют второй раз. После этого осуществляют постоянную подачу модельной сточной воды указанного состава с той же скоростью разбавления. Эффективность очистки составляет 98% по неонолу и 97% по индустриальному маслу.

Пример 1. Биомассу штаммов ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2 иммобилизуют на волокнистом носителе в аналогичных прямоточных установках, используя разные соотношения штаммов консорциума. Общее количество биомассы составляет 20 г/л. В установки подают модельную сточную воду следующего состава: техническое моющее средство МС-20 - 10 г/л, масло индустриальное И-20 - 0,5 г/л, водопроводная вода. Скорость разбавления составляет 0,04 ч^-1. Соотношение штаммов и результаты очистки указаны в таблице 2.

Наибольшая эффективность очистки по всем показателям достигается при использовании равного (1:1:1:1:1:1:1) соотношения штаммов.

Пример 2. Биомассу консорциума штаммов ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2 в равных соотношениях иммобилизуют на волокнистом носителе в аналогичных прямоточных установках. Общая масса бактерий (микробная нагрузка) была различной и составляла 5, 10, 20, 30 и 40 г/л очищаемой воды. В установки подают модельную сточную воду следующего состава: техническое моющее средство МС-20 - 10 г/л, масло индустриальное И-20 - 0,5 г/л, водопроводная вода. Скорость разбавления составляет 0,04 ч^-1. Результаты очистки указаны в таблице 3.

Наименьшая микробная нагрузка, при которой сохраняется максимальная эффективность очистки, составляет 20 г сырой биомассы на л очищаемой воды.

Пример 3. Биомассу консорциума штаммов ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2 в равных соотношениях с общей массой 20 г/л иммобилизуют на волокнистом носителе в описанной выше лабораторной установке. В установку подают модельную воду следующего состава: техническое моющее средство МС-20 - 10 г/л, масло индустриальное И-20 - 0,5 г/л, водопроводная вода. Используют различную скорость разбавления: 0,02; 0,04; 0,06 и 0,08 ч^-1. Результаты очистки указаны в таблице 4.

Наибольшая скорость разбавления, при которой сохраняется максимальная эффективность очистки, составляет 0,04 ч^-1.

Пример 4. Биомассу консорциума штаммов ДМ1, ДМ2, ДМ3, ДС1, ДС2, ДЭ1, ДЭ2 в равных соотношениях с общей массой 20 г/л иммобилизуют на волокнистом носителе в описанной выше лабораторной установке. Используют модельные сточные воды с различным составом. Скорость разбавления составляет 0,04 ч^-1. Состав сточных вод и результаты очистки указаны в таблице 5.

Таким образом, использование предлагаемого консорциума микроорганизмов деструкторов и эмульгаторов дает высокие результаты очистки как по отдельным веществам, так и по ХПК в сточных водах сложного состава.

Способ реализуется в компактной установке, изображенной на фиг. 1, 3. На фиг. 2 изображен элемент насадки. Установка включает термостатируемый бак-накопитель (1) емкостью 200 л и биореактор, состоящий из четырех последовательно соединенных колонок (2). Устройство закреплено на 4-колесной тележке (3).

Бак-накопитель разделен вертикальной перегородкой (4) на две неравные части, причем объем меньшей части (5) составляет 1/20 - 1/25 от объема бака. Перегородка опущена ниже верхнего края бака и служит для отделения избытка масла с поверхности сточной воды. Для слива отделенного слоя служит вентиль (6), расположенный у дна меньшей части (5).

Каждая колонка биореактора имеет 4 патрубка: нижний (7) - выходной и верхний (8) - выходной. Два других патрубка (9) располагаются между ними на различной высоте. Соединение колонок осуществляется трубопроводами (10) от верхнего патрубка к нижнему. Верхний выходной патрубок IV колонки снабжен гибким трубопроводом (11) для слива очищенной воды. Неиспользуемые патрубки закрываются навинчивающимися колпачками. Внутри каждой колонки имеется съемная насадка (12) для волокнистого носителя. Насадка представляет собой кольца (13) с радиально отходящими кнаружи спицами, которые крепятся на разъемном штифте (14). Нижней частью штифт присоединяется к дну колонки. На спицах насадки закрепляют волокнистый носитель типа "Вии". Днища колонки имеют форму конуса, а днище бака-накопителя - форму пирамиды; на их вершинах располагаются вентили (15) для аварийного слива.

Устройство снабжено компрессором (16), подающим (17) и загрузочным (18) насосами. Компрессор соединен трубопроводами (19) с керамическими распылителями (20), расположенными на дне колонок. В месте присоединения трубопроводов (19) имеются вентили (21) для регуляции подачи воздуха в колонки. Загрузочный насос (18) имеет гибкий трубопровод (22) для забора сточной воды, соединенный с насосом через небольшую (5 л) емкость (23) с коническим дном, на котором имеется вентиль (24) для слива. С баком-накопителем загрузочный насос соединяется трубопроводом (25) через гидроциклон (26), который имеет возвратное соединение (27) с емкостью (23) насоса. На выходе гидроциклона в баке-накопителе имеется каркас (28), на который может надеваться тканевой фильтр. Подающий насос (17) соединен трубопроводом (29) с дном бака-накопителя и нижним патрубком первой колонки, который снабжен вентилем (30) для регулирования скорости подачи сточной воды. Насос имеет переключатель и обеспечивает подачу жидкости как от бака-накопителя к 1 колонке, так, при необходимости, и в обратном направлении.

Предлагаемый способ микробной очистки сточных вод в устройстве осуществляется следующим образом.

Бак-накопитель (1) заполняют сточной водой с помощью загрузочного насоса (18), гибкий трубопровод (22) которого опускают в ванну с отработанным моющим раствором или другую емкость со сточной водой. При этом сточная вода проходит через гидроциклон (26) и освобождается от возможных механических примесей, которые могли бы осесть на загрузке или засорить систему трубопроводов. Отделенные гидроциклоном механические примеси возвращаются в емкость насоса (23) и по мере накопления сливаются через вентиль (24). В баке-накопителе с помощью термостатирующего устройства поддерживается t = 28-32^oC. Сточную воду, содержащую большое количество масел, оставляют в баке-накопителе до появления масляной пленки. Затем с помощью подающего насоса в бак из 1 колонки через трубопровод 29 подается вода до тех пор, пока масляная пленка не перетечет через перегородку (4) в малую секцию (5). По мере накопления масла в малой секции происходит дальнейшее расслоение воды и масла. Накопившиеся в секции водная и масляная фракции могут быть раздельно слиты через вентиль (6). Затем насос (17) переключается на реверс и из бака-накопителя с помощью подающего насоса через трубопровод (29) сточная вода поступает в первую колонку и заполняет ее, поднимаясь до верхнего патрубка (8), после чего пассивно перетекает во вторую колонку биореактора и далее в III и IV. Скорость подачи сточной воды при необходимости может регулироваться вентилем (30). При освобождении бака-накопителя от жидкости термостатирующая система автоматически отключается. От компрессора через трубопроводы поступает воздух, интенсивность подачи которого, а также распределение между колонками регулируются вентилями (21). Воздух проходит через распылитель и насыщает очищаемую воду в колонке. Очистка воды осуществляется ассоциацией микроорганизмов, иммобилизованных на волокнистом носителе, который закреплен на съемной насадке (12). Форма насадки позволяет наиболее эффективно распределить носитель по объему колонки. Вода очищается, последовательно проходя через 4 колонки биореактора, и через верхний патрубок IV колонки по гибкому трубопроводу (11) перетекает в емкость-приемник или иным образом соединяется с водами, идущими на биологическую очистку. Подача очищаемой воды в 1 колонку снизу и соединение колонок от верхнего патрубка к нижнему обеспечивают прохождение менее плотных имеющих тенденцию к всплыванию масел и других нефтепродуктов через весь объем загрузки. Патрубки (9), расположенные ниже верхнего (8), могут также служить выходными, что позволяет при необходимости использовать устройство как на полный объем реактора, так и на одну и две его трети. За счет разъемности штифта может быть использована только половина насадки при неполной загрузке биореактора. Вентили, расположенные на патрубках в днище бака-накопителя и колонок, позволяют при необходимости быстро освободить всю установку от раствора, а также переключить ее на рециркуляцию. Тележка позволяет легко перемещать устройство по цеху для сбора отработанных моющих растворов из ванн, моечных машин и других источников в отсутствие специальных проводящих систем. Компактность устройства (0,7 · 1,4 м) позволяет использовать его при отсутствии значительных площадей в самых различных цехах и производствах. Эффективность очистки позволяет сбрасывать на биологические очистные сооружения сточные воды, очищенные от токсических для активного ила соединений на 94-98%.

Т. о. , предлагаемый способ локальной микробной очистки сточных вод и реализующая его компактная передвижная установка позволяют высокопроизводительно очищать небольшие объемы концентрированных стоков прямо в производственных помещениях, не требуя значительных площадей и специальных подводящих систем.

Формула изобретения

1. Способ микробной очистки сточных вод, включающий взаимодействие очищаемых сточных вод с консорциумом штаммов микроорганизмов в условиях протока и аэрации, отличающийся тем, что используют консорциум штаммов микроорганизмов Mycobacterium sp. ВКПМ В-7209 (ДМ1), Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-7141 (ДМ2), Pseudomonas putida ВКПМ В-2950 (ДМ3), Pseudomonas putida ВКПМ В-6582 (ДС1), Pseudomonas sp. ВКПМ В-6563 (ДС2), Alcaligenes denitrificans ВКПМ В-7207 (ДЭ1), Pseudomonas aeruginosa ВКПМ В-7208 (ДЭ2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что штаммы используют в равном соотношении при общей концентрации биомассы 2 - 3 г по сырому весу на 1 г носителя при использовании 10 г носителя на 1 л очищаемых сточных вод.

3. Установка микробной очистки сточных вод, содержащая узел подачи сточной воды, биореактор и узел вывода очищенной воды, отличающаяся тем, что она содержит термостатируемый бак-накопитель и гидроциклон, установленный перед термостатированным баком-накопителем, разделенным на две части вертикальной перегородкой, расположенной ниже верхнего края бака, при этом биореактор содержит четыре последовательно соединенные аэрируемые колонки, на дне каждой колонки биореактора размещена насадка для прикрепления загрузки с иммобилизованным консорциумом штаммов микроорганизмов, а соединение бака-накопителя и колонок выполнено так, чтобы очищаемая вода перетекала через колонки снизу вверх, причем обе части бака-накопителя и колонки снабжены запорными вентилями.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что колонки биореактора снабжены входным и несколькими выходными патрубками, при этом патрубки, расположенные между входным и выходным патрубками, выполнены с возможностью перекрывания, 5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что она размещена на платформе с возможностью передвижения.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что на выходе гидроциклона в баке-накопителе установлен фильтр.

7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что насадка выполнена в виде разъемного штифта, по всей длине которого закреплены кольца с радиально расположенными спицами, на которых закреплена волокнистая загрузка.

8. Установка по п.3, отличающаяся тем, что вертикальная перегородка разделяет объем бака-накопителя на неравные части, причем объем меньшей части составляет 1/20 - 1/25 и объема бака.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5