Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений

 

Изобретение относится к способам обработки воды с высоким содержанием токсичных органических веществ, в частности фенолов и их производных, и может быть использовано в процессе биохимической очистки промышленных сточных вод, шламов, осадков. Очистку осуществляют путем окисления фенолов активным илом в периодическом режиме с дополнительным внесением высококонцентрированных сточных вод порциями не более 5 г/л по фенолам и перекиси водорода порциями не более 20 г/л непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды. Микроорганизмы активного ила предварительно адаптируют к концентрациям фенола не более 2,0 г/л и перекиси водорода не более 3,0 г/л без уменьшения интенсивности биологического окисления. Технический эффект - повышение текущей концентрации фенолов в очищаемых сточных водах до 5,0 г/л, значительное повышение скорости процесса, снижение объема очистных сооружений и стоков на выходе не менее чем в 10 раз. 1 табл.

Изобретение относится к способам обработки сточных вод и различных отходов с высокой концентрацией органических токсикантов, в частности содержащих фенолы и их производные, и может быть использовано для биологической очистки и переработки концентрированных токсичных стоков химической и нефтехимической промышленности, шламов и концентратов.

Традиционные методы аэробной биологической очистки сточных вод и переработки концентратов токсичных химических соединений предусматривают разбавление сточных вод или концентратов перед входом в биореактор до уровней, устраняющих ингибирование биологического процесса химическими токсикантами стоков, с последующем проведением процесса биологической деструкции органического токсиканта в аэротенках, на биофильтрах или других конструкциях аэробных биореакторов [1, 2]. Разбавление сточных вод перед входом в биореактор приводит к повышению объемов сооружений аэробной биологической очистки, увеличению объемов сточных вод, расходов теплоносителя на подогрев биореакторов, электроэнергии на транспортировку обработанных стоков, росту затрат на последующее концентрирование избыточных активных илов и отмерших биопленок, затрат на хранение и переработку вторичных шламов и отходов.

В технологии микробиологического синтеза известен метод проведения ферментационного процесса в периодическом режиме с дополнительным внесением питательного субстрата дробными порциями в концентрированном или сухом виде в течение процесса [3, 4]. Такой прием повышает содержание целевого продукта в конце цикла биосинтеза, уменьшает затраты на его последующее выделение и объем сточных вод. В традиционных технологиях биологической очистки стоков с высокой концентрацией токсичных веществ и ингибирующих примесей такой прием невозможен из-за накопления токсичных метаболитов и продуктов биотрансформации в обрабатываемой среде.

Известен способ очистки сточных вод от трудноокисляемых соединений путем предварительной обработки перекисью водорода перед подачей на биологическую очистку. Этот способ предусматривает предокисление перекисью водорода сточных вод и дальнейшее направление их на биологическую очистку [5]. Недостатком такого способа является многоступенчатость процесса очистки сточных вод с дополнительными емкостями для предварительного окисления сточных вод перекисью водорода и проведение процесса биологической очистки до 500 мг/л по ХПК.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ биологической очистки сточных вод от органических соединений [6]. Биологическая очистка сточных вод данным способом включает обработку части активного ила перекисью водорода. В дальнейшем обработанную перекисью водорода суспензию активного ила смешивают с общим объемом ила и проводят биологическую очистку в аэротенке. Периодичность обработки активного ила перекисью водорода составляет 10-15 дней. Недостатками такого способа являются многоступенчатость процесса очистки сточных вод с дополнительными емкостями для обработки части активного ила перекисью водорода, а также невозможность очистки высококонцентрированных сточных вод.

Задачей изобретения является упрощение процесса и возможность очистки высококонцентрированных сточных вод без уменьшения степени очистки.

Поставленная задача решается способом биологической очистки сточных вод от органических соединений, в частности от фенолов и их производных, активным илом, включающим предварительную адаптацию микроорганизмов активного ила к потреблению фенола при внесении фенола в концентрации не более 2 г/л и перекиси водорода в концентрации не более 3 г/л, а очистку проводят в периодическом режиме с внесением высококонцентрированных сточных вод порциями не более 5 г/л по фенолам и перекиси водорода порциями не более 20 г/л непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Проводилась очистка модельных сточных вод. Состав модельных сточных вод следующий, г/л: Na₂HPO₄ - 10,1, (NH₄)₂SO₄ - 1,0, КН₂РO₄ - 2,7, MgSO₄•7H₂O - 0,2, MnSO₄ - 0,01, FeSO₄•7H₂O - 0,05, Ca(NO₃)₂ - 0,03, в качестве загрязнителя - фенол в концентраци 2,0. Адаптацию микроорганизмов, формирующих активный ил, к потреблению фенола проводят в периодическом режиме биоокисления вплоть до одномоментно вносимых концентраций фенола 2 г/л в течение 1,5 мес. путем культивирования микроорганизмов в колбах на качалке.

Процесс биодеструкции фенола проводят на лабораторной модели аэротенков-смесителей - в биореакторе с мешалкой объемом 5 л. Степень деструкции фенола оценивается спектрофотометрическим методом при длине волны, равной 270 нм. О протекании процесса биоокисления в биореакторе судят по скорости потребления и концентрации растворенного кислорода, измеряемых по показаниям датчика амперометрического типа.

В биореактор с модельной сточной водой, содержащей фенол в концентрации 2,0 г/л, вносят микроорганизмы, адаптированные к потреблению фенола, без внесения перекиси водорода и далее ведут процесс в периодическом режиме с дополнительным внесением высококонцентрированных сточных вод порциями непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды, с максимальной текущей концентрацией фенола до 2 г/л.

Показатели процесса биодеструкции приведены в таблице.

Данная схема обеспечивает скорость разложения фенола не более 0,3 г/л•ч при начальной концентрации фенола 2 г/л с низкой степенью деструкции фенола и суммарно внесенным количеством фенола за один цикл проведения процесса разложения не более 8 г/л.

Пример 2. Адаптируют в течение 1,5 мес. микроорганизмы, формирующие активный ил, к потреблению фенола в периодических условиях вплоть до одномоментно вносимых концентраций фенола 2 г/л. В режиме биологического окисления фенола периодически вносят перекись водорода, увеличивая концентрацию одномоментно вносимой перекиси водорода с увеличением числа пассажей вплоть до концентраций H₂О₂ 3 г/л.

В биореактор с модельной сточной водой, содержащей фенол в концентрации 2,0 г/л, подают микроорганизмы, адаптированные к потреблению фенола с внесением перекиси водорода и далее ведут процесс в периодическом режиме с дополнительным внесением высококонцентрированных сточных вод и перекиси водорода порциями непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды, с максимальной текущей концентрацией фенола до 5 г/л. Периодически - не чаще 1 раза в сутки работы биореактора вносят перекись водорода в максимальном количестве до 20 г/л содержимого аэротенка.

Показатели процесса очистки приведены в таблице.

Данная схема обеспечивает скорость разложения фенола не менее 0,8 г/л•ч при начальной концентрации фенола 2 г/л с высокой степенью деструкции фенола и суммарно внесенным количеством фенола за один цикл проведения процесса разложения не менее 100 г/л.

В таблице представлены сравнительные данные по эффективности процесса деструкции известным и предложенным способами.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить концентрацию органических соединений, в частности фенолов, в очищаемых сточных водах а также скорость процесса при высокой степени деструкции без разбавления стока с токсикантом и без отвода жидкой фазы из биологического реактора.

Источники информации 1. 1. Экологическая биотехнология. /Под ред. К.Ф. Форстера и Д.А. Дж. Вейзе. - Л.:Химия, 1990.

2. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев А.А., Андрианов Ю. Н. Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985. - 208с.

3. Промышленная микробиология/ Под ред. Н.С. Егорова. - М.: Высш. шк., 1989. - 688с.

4. Дж. Бейли, Д. Оллис. Основы биохимической инженерии. В 2-х ч. - М.: Мир, 1989.

5. SU 681002, Ф.И. Струков, Е.Н. Макеева, Е.Н. Беляева. 1979 6. SU 1255585 A1, Т.А. Носикова, С.И. Саенко. 1986 - прототип.

Формула изобретения

Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений, в частности, от фенолов и их производных, активным илом, включающий обработку активного ила перекисью водорода, отличающийся тем, что активный ил предварительно адаптируют к потреблению фенола при внесении фенола в концентрации не более 2 г/л и перекиси водорода в концентрации не более 3 г/л, а очистку проводят в периодическом режиме с внесением высококонцентрированных сточных вод порциями не более 5 г/л по фенолам и перекиси водорода порциями не более 20г/л непосредственно в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1