Способ для быстрой обработки сточных вод и состав для него
Группа изобретений относится к композиции для очистки сточных вод и способу очистки сточных вод. Композиция для очистки сточных вод состоит из комбинации ферментов, микроорганизмов и питательных веществ и 0,16 мл перекиси водорода и 30 мг сульфата двухвалентного железа на 0.1 мл комбинации ферментов, микроорганизмов и питательных веществ. Указанная комбинация включает от 40 до 60 об.% совместной культуры микроорганизмов в логарифмической фазе в питательных веществах и от 60 до 40 об.% ферментов. Микроорганизмы включают Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescence, Pseudomonas putida, Pseudomonas desmolyticum, Coriolus versicolour, Lactobacillus sp., Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus sp., Phanerochaete chrysosporium. Ферменты включают пероксидазы (марганцево-зависимые и марганцево-независимые), лигнинпероксидазу, лакказу, каталазу, цитохром с оксидазы, глюкозооксидазу, фенолоксидазу, n- и о-деметилазу, протеазу, липазу, альфа-амилазу и бактериоцин. Способ очистки сточных вод предусматривает добавление указанной композиции к сточным водам, реагирование указанной композиции со сточными водами в течение 2-48 ч при 25-40°С и определение степени очистки сточных вод. Группа изобретений обеспечивает очистку сточных вод за короткий период времени. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 2 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к синергической композиции микроорганизмов, ферментов и кофакторов для быстрой обработки сточных вод и к процессу для удаления загрязняющих веществ из сточных вод.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Биологическая очистка - это любой процесс, который использует микроорганизмы, грибы, зеленые растения или их ферменты для обработки загрязнения окружающей природной среды, вызванного сточными водами. Более конкретно, биологическая очистка использует живые системы, особенно микроорганизмы, для катализа разложения стойких химических веществ без разрушения окружающей среды. Основными составляющими химических веществ в сточных водах, сбрасываемых в таких промышленных секторах, как текстильный, целлюлозно-бумажный, нефтеперерабатывающий, фармацевтический и пищевой, являются, не ограничиваясь этим, красители, азокрасители, реактивные краски или их комбинации, ароматические соединения, фенолы и нитробензолы. Кроме того, сточные воды также включают в себя органические отходы, такие как целлюлозные и гемицеллюлозные волокнистые материалы, отбеливающие реагенты и другие органические растворители. Все это вносит свой вклад в цвет, химическое потребление кислорода (chemical oxygen demand, COD), запах, общее количество растворенных твердых частиц и другие параметры загрязнения сбрасываемой воды.
Биологическая очистка может быть достигнута внешними средствами или на месте на основе удаления и транспортировки отходов для обработки. Биологическая очистка на месте включает в себя такие технологии, как биоудаление, улучшенное биоразложение и фитоочистку. Некоторые из преимуществ методов биологической очистки на месте включают минимальные нарушения на площадке, одновременную обработку загрязненной почвы или воды, минимальное воздействие на население и персонал площадки и низкие затраты.
Методы биологической очистки на месте включают в себя введение различных штаммов живых микроорганизмов в сточные воды на различных этапах их обработки. Предпочтительно методы, известные в предшествующем уровне техники, ориентированы на образующийся шлам. Шлам обрабатывают один раз на стадии предварительного формирования, а затем - после вторичной обработки сточных вод, когда получается активный ил. Большинство известных методов заключается во введении микроорганизмов/штаммов бактерий в логарифмической фазе роста культуры. Эти активно растущие микроорганизмы потребляют отходы и кислород для своего размножения и нуждаются в активации через регулярные промежутки времени, что приводит к увеличению времени, необходимого для расщепления.
Следовательно, существует необходимость сокращения времени расщепления, и один из таких способов для сокращения времени, необходимого для расщепления, раскрыт в патентной заявке США № 2006/0086659 (заявитель Kemira). Способ включает в себя стадии получения смеси ферментов, способной к переработке природных полимерных материалов, добавления смеси ферментов к водной суспензии шлама и добавления после этого по крайней мере одного из видов бактерий брожения в суспензию для ее переработки.
Добавление ферментов позволяет перерабатывать полимерные материалы, а добавление микроорганизмов способствует ферментации суспензии шлама, уменьшая тем самым время, необходимое для обработки. Однако заявка ориентирована в основном на суспензию шлама и имеет дело с разложением только натуральных полимерных материалов. Как правило, быстрая очистка сточных вод желательна даже до стадии образования шлама. Следовательно, существует потребность в способе, который позволял бы обрабатывать сточные воды быстро и на любом этапе обработки. Кроме того, существует потребность в способе обработки сточных вод, который являлся бы универсально применимым для различных видов загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах.
Патентная заявка США № 4478683 описывает способ прекращения жизнедеятельности и подавления роста микроорганизмов в промышленных технологических потоках. Способ включает в себя добавление ферментативно-катализируемой биоцидной системы, использующей дегидрогеназные ферменты микроорганизмов и растений, такие как пероксидаза или лакказа, в присутствии окислителей, таких как перекись водорода или кислород, для окисления фенольных соединений, которые содержатся или добавлены в технологические потоки для получения продуктов окисления, которые являются токсичными для микроорганизмов.
Патентная заявка США № 7285217 описывает синергическую композицию для управления запахом отходов. Композиция состоит из комбинации нитратных солей, сульфидпоглощающего соединения, состава, повышающего рН, бактерий, окисляющих сульфиды и снижающих содержание нитратов, и фермента, окисляющего сульфиды. Способ включает в себя добавление достаточного количества композиции к потоку отходов, чтобы обеспечить достаточное количество сульфидпоглощающего соединения для немедленного удаления сульфидов. Композиция включает в себя соединение, повышающее рН, которое уменьшает количество газообразного H2S и одновременно с этим переводит водную фазу в такой диапазон рН, где естественные бактерии могут легче усваивать сульфиды. Композиция также включает в себя одну или несколько нитратных солей, которые обеспечивают долгосрочное предотвращение запахов; в формулу включены специальные бактерии, чтобы гарантировать правильный тип нитрата и количество присутствующих бактерий, чтобы предотвратить образование и/или потребление сульфидов. Специальные ферменты включены в формулу, чтобы содействовать окислению сульфидов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа или процесса для быстрой очистки сточных вод, который эффективно удаляет загрязняющие окружающую среду природные и/или синтетические соединения за короткий период времени.
Другой целью настоящего изобретения является создание синергической композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты и кофакторы, которая используется для быстрого удаления загрязняющих веществ из сточных вод.
Изобретение относится к композиции для обработки сточных вод для удаления загрязняющих веществ. Композиция содержит микроорганизмы, ферменты и кофакторы. Кроме того, в композицию добавлены питательные вещества. Кофакторы включают в себя окислители и неорганические соли ионов металлов. Микроорганизмы, состав которых будет раскрыт далее в изобретении, могут быть использованы отдельно или в сочетании друг с другом. Ферменты также могут быть использованы отдельно или в сочетании друг с другом. Композиция для удаления загрязняющих веществ из сточных вод является синергическим составом, благодаря которому обработка сточных вод для удаления загрязнений является очень эффективной и сокращает общее время, которое требуется для таких процессов.
Изобретение также относится к процессу для обработки сточных вод для удаления из них загрязняющих веществ. Процесс включает в себя добавление к сточным водам комбинации микроорганизмов, ферментов и кофакторов. Комбинация реагирует со сточными водами в течение определенного периода времени. Кроме того, к указанной комбинации могут быть добавлены питательные вещества. Последний шаг процесса включает в себя количественную оценку реакции для определения степени очистки сточных вод.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схему различных этапов процесса обработки сточных вод.
Фиг.2 показывает сравнение изменения параметров стоков после обработки штаммами микроорганизмов и комбинацией штаммов микроорганизмов, питательных веществ, ферментов и кофакторов.
Фиг.3 показывает изменения цвета сточных вод, выраженные в платиново-кобальтовых единицах.
Фиг.4 показывает уменьшение общего количества растворенных твердых веществ (total dissolved solids, TDS) в сточных водах.
Фиг.5 показывает сокращение химического потребления кислорода (COD) сточных вод, измеренного в частях на миллион (промилле).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вариант осуществления настоящего изобретения относится к композиции для обработки сточных вод для удаления загрязняющих веществ. Композиция представляет собой синергический состав и включает в себя микроорганизмы, ферменты и кофакторы. Кроме того, композиция содержит питательные вещества. Микроорганизмы, присутствующие в композиции, выбираются из Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescence, Pseudomonas putida, Pseudomonas desmolyticum, Coriolus versicolour, Lactobacillus sp., Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus sp., Phanerochaete chrysosporium по отдельности или в комбинации. Предпочтительно, чтобы все микроорганизмы присутствовали в композиции. Ферменты выбираются из пероксидазы (марганцево-зависимой и марганцево-независимой), лигнинпероксидазы, лакказы, каталазы, цитохром с оксидазы, глюкозооксидазы, фенолоксидазы, n- и o-деметилазы, протеазы, липазы, альфа-амилазы и бактериоцина по отдельности или в комбинации. Предпочтительно, чтобы все ферменты присутствовали в композиции. Кофакторы состоят из окисляющего агента и неорганических солей металлов. Окисляющий агент является перекисью водорода, которая вводится непосредственно или получается из своих прекурсоров, таких как пербораты или перкарбонаты, либо получается с помощью фермента, который превращает молекулярный кислород и органический или неорганический субстрат в перекись водорода. Неорганические соли ионов металлов являются гептагидратом сульфата двухвалентного железа и хлоридом трехвалентного железа. Питательные вещества включают в себя дрожжевой экстракт, продукты переваривания пепсином животной ткани, диаммонийфосфат, хлорид натрия, триптон, соевый экстракт, ферментативный продукт переваривания желатина, сульфат магния, хлорид кальция, хлорид магния и сульфат калия.
Количество ферментов, присутствующих в композиции, составляет 10-20% об. пероксидазы (марганцево-зависимой и марганцево-независимой), 7-10% об. лигнинпероксидазы, 7-10% об. лакказы, 1-5% об. каталазы, 0,5-3% об. цитохром с оксидазы, 5-10% об. глюкозооксидазы, 3-5% об. фенолоксидазы, 1-2% об. n- и о-деметилазы, 5-7% об. протеазы, 5-7% об. липазы, 5% об. альфа-амилазы и 1% об. бактериоцина.
Кофакторы - перекись водорода, гептагидрат сульфата двухвалентного железа (FeSO4·7H20) и хлорид трехвалентного железа - присутствуют в диапазоне 5-30% каждый.
Количество питательных веществ, присутствующих в композиции, составляет 0,2-0,5% дрожжевого экстракта, 0,3-0,6% продуктов переваривания пепсином животной ткани, 0,05-0,2% диаммонийфосфата и 0,3-0,8% хлорида натрия, 0,3-0,6% триптона, 0,2-0,5% соевого экстракта, 0,2-0,5% ферментативного продукта переваривания желатина, 0,3-0,8% сульфата магния, 0,3-0,8% хлорида кальция, 0,3-0,8% хлорида магния и 0,3-0,8% сульфата калия.
Композиция проявляет синергизм и эффективно удаляет загрязняющие вещества из сточных вод. Ферменты диссоциируют молекулы загрязнителя до более простых форм, а микроорганизмы используют эти простые промежуточные соединения в своем метаболизме, тем самым полностью разлагая загрязняющие вещества в сточных водах. Микроорганизмы растут быстрее благодаря росту доступности простых промежуточных соединений и производят больше ферментов, которые могут еще сильнее разлагать загрязняющие вещества. Кофакторы, включающие в себя окисляющий агент и неорганические соли ионов металлов, необходимы для ферментативного катализа, облегчающего диссоциацию связей в молекулах загрязнителя, что имеет важное значение, поскольку, чем быстрее идет диссоциация связей, тем быстрее протекает разложение загрязнителей. Гептагидрат сульфата двухвалентного железа и хлорид трехвалентного железа добавляются в композицию для обеспечения смеси ионов Fe+2 и Fe+3. В присутствии Fe+2 ферменты имеют улучшенную способность катализировать диссоциацию связей в молекулах загрязнителя. Fe+2 также помогает метаболизму клеток микроорганизмов. В отсутствие Fe+2 разложение загрязняющих веществ в сточных водах становится ненадежным. Перекись водорода высвобождает молекулярный кислород, что способствует ферментативному катализу. Перекись водорода также реагирует с Fe+2 и этой реакцией снижает цвет. Питательные вещества непосредственно улучшают рост и питание в сточных водах микроорганизмов, которые ответственны за утилизацию более простых молекул в своей метаболической активности, помогая тем самым полному разложению загрязняющих веществ в сточных водах. Без питательных веществ под угрозой находится рост микроорганизмов, что, в свою очередь, влияет на их способность разрушать загрязняющие вещества. Как можно понять, ферменты, микроорганизмы, кофакторы и питательные вещества являются взаимозависимыми и тесно сотрудничают друг с другом для обеспечения легкого разложения молекул загрязняющих веществ. Непрерывная подача композиции в сточные воды приводит к удалению загрязняющих веществ за короткий период времени.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения процесс обработки сточных вод для удаления загрязняющих веществ из сточных вод включает в себя добавление композиции или комбинации микроорганизмов, ферментов и кофакторов к подлежащим обработке сточным водам. Комбинация вступает в реакцию со сточными водами. Реакцию проводят в течение 2-48 часов. После обработки сточных вод указанной композицией производится количественная оценка реакции для определения степени очистки сточных вод. Вместе с комбинацией микроорганизмов, ферментов и кофакторов в сточные воды также добавляются питательные вещества. Шаг добавления комбинации включает в себя добавление указанной композиции непрерывно через впускную трубу уже существующего аэротенка станции очистки сточных вод. При добавлении комбинации рН сточных вод поддерживается на уровне 6,5-7,5 путем добавления подходящей кислоты или основания по мере необходимости. Температура аэротенка поддерживается в диапазоне от 25°C до 40°C. Шаги добавления микроорганизмов, ферментов и кофакторов могут быть объединены в один или более шагов на существующей станции очистки сточных вод для уменьшения уровня загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах.
Во время добавления скорость потока композиции регулируется в соответствии со скоростью потока сточных вод. Скорость потока композиции регулируется при помощи дозирующих насосов, настроенных на непрерывную подачу необходимого количества композиции, определяемого на основе скорости потока сточных вод. Дозировка указанной композиции, добавляемой к сточным водам, совершенно не зависит от количества микроорганизмов, присутствующих в описанной комбинации, полученной или уже присутствующей в подлежащих обработке сточных водах. Процесс приводит к быстрому разложению сточных вод благодаря наличию живых микроорганизмов, находящихся в логарифмической фазе роста, а также внешней подаче ферментов и кофакторов, которые повышают эффективность ферментов.
Количественная оценка степени очистки сточных вод после обработки композицией достигается путем оценки параметров, которые включают, не ограничиваясь этим, химическое потребление кислорода (COD), цвет, общее количество растворенных твердых веществ (TDS), общее содержание взвешенных частиц (total suspended solids, TSS) и запах. Количественная оценка делается изначально на входе желаемого шага, на котором требуется измерение, и до обработки образца композицией. Количественная оценка повторно делается на выходе из желаемого шага после заранее заданного времени проведения реакции, чтобы определить степень очистки. Измеренные величины выражаются в процентах снижения параметров и рассчитываются, исходя из разницы в значениях параметров до и после обработки. Процесс улучшает окончательное восстановление оборотной воды, способствуя обесцвечиванию и снижению COD и TDS.
Микроорганизмы, присутствующие в композиции, выбираются из Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescence, Pseudomonas putida, Pseudomonas desmolyticum, Coriolus versicolour, Lactobacillus sp., Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus sp., Phanerochaete chrysosporium по отдельности или в комбинации. Предпочтительно, чтобы все микроорганизмы присутствовали в композиции. Ферменты выбираются из пероксидазы (марганцево-зависимой и марганцево-независимой), лигнинпероксидазы, лакказы, каталазы, цитохром с оксидазы, глюкозооксидазы, фенолоксидазы, n- и o-деметилазы, протеазы, липазы, альфа-амилазы и бактериоцина по отдельности или в комбинации. Предпочтительно, чтобы все ферменты присутствовали в композиции. Кофакторы состоят из окисляющего агента и неорганических солей металлов. Окисляющий агент является перекисью водорода, которая вводится непосредственно или получается из своих прекурсоров, таких как пербораты или перкарбонаты, либо получается с помощью фермента, который превращает молекулярный кислород и органический или неорганический субстрат в перекись водорода. Неорганические соли ионов металлов являются гептагидратом сульфата двухвалентного железа и хлоридом трехвалентного железа. Питательные вещества включают в себя дрожжевой экстракт, продукты переваривания пепсином животной ткани, диаммонийфосфат, хлорид натрия, триптон, соевый экстракт, ферментативный продукт переваривания желатина, сульфат магния, хлорид кальция, хлорид магния и сульфат калия.
Количество ферментов, присутствующих в композиции, составляет 10-20% об. пероксидазы (марганцево-зависимой и марганцево-независимой), 7-10% об. лигнинпероксидазы, 7-10% об. лакказы, 1-5% об. каталазы, 0,5-3% об. цитохром с оксидазы, 5-10% об. глюкозооксидазы, 3-5% об. фенолоксидазы, 1-2% об. n- и о-деметилазы, 5-7% об. протеазы, 5-7% об. липазы, 5% об. альфа-амилазы и 1% об. бактериоцина. Объемные проценты соответствуют отношению объема конкретного фермента к общему объему конечного продукта.
Кофакторы - перекись водорода, гептагидрат сульфата двухвалентного железа (FeSO4·7H20) и хлорид трехвалентного железа - присутствуют в диапазоне 5-30% каждый.
Количество питательных веществ, присутствующих в композиции, составляет 0,2-0,5% дрожжевого экстракта, 0,3-0,6% продуктов переваривания пепсином животной ткани, 0,05-0,2% диаммонийфосфата и 0,3-0,8% хлорида натрия, 0,3-0,6% триптона, 0,2-0,5% соевого экстракта, 0,2-0,5% ферментативного продукта переваривания желатина, 0,3-0,8% сульфата магния, 0,3-0,8% хлорида кальция, 0,3-0,8% хлорида магния и 0,3-0,8% сульфата калия.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения процесс обработки сточных вод включает в себя следующие шаги:
a. Добавление к сточным водам композиции микроорганизмов, ферментов и кофакторов вместе со смесью питательных веществ;
b. Реагирование указанной композиции со сточными водами в течение определенного периода времени; и
c. Количественная оценка реакции для определения степени очистки сточных вод.
Химическое потребление кислорода (COD) в сточных водах определяется до начала обработки методом открытого рефлюкса с использованием бихромата калия. В этом методе фиксированный объем с известной концентрацией бихромата калия добавляют к образцу соответствующим образом разбавленных сточных вод. После шага гидролиза с концентрированной серной кислотой рассчитывается начальная концентрация органических веществ в образце на основе титрометрического или спектрофотометрического определения окислителя, оставшегося в образце. Контрольный образец создается путем добавления всех реагентов (например, кислоты и окислителя) к объему дистиллированной воды. COD измеряется как для воды, так и для контрольного образца, после чего результаты сравниваются. Для обеспечения корректного измерения органического вещества потребление кислорода в контрольном образце вычитается из потребления кислорода в исходном образце.
Композиция и параметры способа были описаны в другом варианте осуществления изобретения.
Фиг.1 показывает блок-схему различных шагов способа обработки сточных вод. Способ включает в себя шаг первого спуска сточных вод, здесь и далее именуемых образцом, в сборный резервуар, а затем в уравнительный резервуар. На данном шаге осуществляются фильтрация и удаление твердых частиц для отделения песка и других неорганических материалов, которые могут быть вредными для насосов и другого оборудования, используемого в процессах обработки. Затем образец поступает в нейтрализационный резервуар, где рН доводится до нейтрального (6,5-7,5) с помощью концентрированной кислоты или щелочи. Нейтрализованный образец поступает в первичный отстойник для отделения более тяжелых частиц твердого вещества от воды, которая затем поступает в аэротенк или резервуар биологического окисления, обычно называемый BIOT.
В BIOT органические и неорганические компоненты отстоявшегося образца разбиваются на более простые элементы под совместным воздействием аэрации и микрофлоры BIOT. На данном шаге композиция, содержащая микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества, непрерывно вводится с потоком сточных вод, поступающим в резервуар. Сточные воды выдерживаются в этом резервуаре заранее определенное время. Длительность выдержки сточных вод в резервуаре определяется на основании его размера и скорости поступления потока сточных вод в резервуар. После обработки сточных вод композицией они поступают во вторичный отстойник, где происходит оседание взвешенных частиц и биомассы микроорганизмов с образованием шлама. Чистая вода, получаемая на этом шаге, отправляется для дальнейшей обработки в соответствии с требованиями.
Способ получения совместной культуры различных штаммов микроорганизмов. Индивидуальные штаммы микроорганизмов выращивают отдельно в чистой культуре до логарифмической фазы роста. Затем берется 10% (об.) каждой чистой культуры для приготовления совместной культуры, состоящей из всех указанных выше штаммов микроорганизмов. Приготовленная таким образом совместная культура дополнительно инкубируется в течение минимум 8-14 часов для достижения максимального роста всех штаммов для приготовления окончательной формулы. В одном из вариантов осуществления изобретения выбирается 10% об. (объем культуры конкретного штамма к общему объему совместной культуры) чистой культуры каждого штамма в логарифмической фазе своего цикла роста.
Приготовление композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества для введения в сточные воды для их обработки. Индивидуальные штаммы микроорганизмов выращивают отдельно в питательном растворе в чистой культуре до логарифмической фазы роста. Затем берется 10% (об.) каждой чистой культуры для приготовления совместной культуры, состоящей из всех указанных выше штаммов микроорганизмов. Приготовленная таким образом совместная культура дополнительно инкубируется в течение минимум 8-14 часов для достижения максимального роста всех штаммов для приготовления окончательной формулы. К совместной культуре штаммов микроорганизмов, взятой в количестве от 40 до 60% об., добавляются ферменты в количестве от 60 до 40% об. Кофакторы в количестве от 5 до 30% добавляются вместе с комбинацией ферментов, микроорганизмов и питательных веществ.
Способ, поддержанный ферментами, микроорганизмами и кофакторами, позволяет преобразовывать стойкие соединения, содержащиеся в промышленных сточных водах, в более простые, легко удаляемые промежуточные соединения и конечные продукты, тем самым уменьшая цвет и COD и улучшая качество воды для использования. Непрерывное добавление композиции обеспечивает активную подачу флоры для обработки, и, следовательно, отпадает необходимость реактивации очищенных сточных вод. Добавление ферментов обеспечивает быстрое разложение сложных соединений на более простые молекулы для их легкого поглощения микроорганизмами. Время, необходимое для разложения загрязняющих веществ в сточных водах, уменьшается. Данный процесс позволяет интегрировать шаг добавления комбинации ферментов и микроорганизмов с любым шагом обработки сточных вод. Данный процесс позволяет обрабатывать любые типы сточных вод одной и той же комбинацией ферментов, микроорганизмов, кофакторов и питательных веществ.
Изобретение имеет большое коммерческое применение на предприятиях текстильной, целлюлозно-бумажной, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей, нефтехимической, кожевенной, фармацевтической, химической, гидролизной, пищевой и любой другой промышленности, где в сточные воды сбрасываются стойкие соединения.
Значительное снижение различных параметров загрязнения, измеряемых в сточных водах, сбрасываемых предприятиями текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности, после их обработки композицией становится очевидным после 16 часов реакции. Некоторые из измеренных параметров приведены для иллюстрации. Первым параметром является оценка цвета с использованием стандартного платиново-кобальтового метода (в PC-единицах), показывающая уменьшение цвета сточных вод. Второй рассмотренный параметр является общим количеством растворенных твердых веществ (в промилле) и показывает значительное снижение TDS. Общее количество растворенных твердых веществ оценивается с помощью измерителя TDS, основанного на проводимости. Третий проанализированный параметр является химическим потреблением кислорода и показывает значительное уменьшение химического потребления кислорода (в промилле) сточными водами. COD оценивается методом открытого рефлюкса. Запах оценивается органолептическими методами, основанными на человеческих обонятельных ощущениях.
Для того чтобы доказать эффективность процесса, были оценены различные параметры. Результаты доказывают, что содержание загрязняющих веществ в сточных водах может эффективно контролироваться синергическим составом и описанным процессом.
Источники и географическое происхождение микроорганизмов приведены в следующей таблице.
| Микроорганизмы | Источник | Географическое происхождение |
| Pseudomonas aeruginosa | Почва | Южная Индия |
| Pseudomonas putida | Почва | Южная Индия |
| Pseudomonas fluorescence | Почва | Южная Индия |
| Pseudomonas desmolyticum | Почва | Западная Индия |
| Coriolus versicolour | Почва | Западная Индия |
| Lactobacillus sp. | Почва | Южная Индия |
| Bacillus subtilis | Почва | Южная Индия |
| Bacillus cereus | Почва | Южная Индия |
| Staphylococcus sp. | Почва | Южная Индия |
| Phanerochaete chrysosporium | Почва | Южная Индия |
Следует отметить, что микроорганизмы являются общедоступными.
A. Фиг.2 показывает сравнение изменения параметров стоков после обработки отдельными штаммами микроорганизмов и комбинацией штаммов микроорганизмов, питательных веществ, ферментов и кофакторов в образце стоков текстильной промышленности после 16 часов обработки. С комбинацией микроорганизмов, ферментов, питательных веществ и кофакторов обработка стоков ускоряется по сравнению с применением одних микроорганизмов.
B. Уменьшение цвета (выраженное в платиново-кобальтовых единицах) сточных вод после обработки синергическим составом показано на фиг.3.
Тестовый образец относится к композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества. Из фиг.3 можно увидеть, что после обработки сточных вод синергическим составом происходит уменьшение цвета сточных вод.
C. Уменьшение общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в сточных водах после обработки синергическим составом, измеренное в частях на миллион (промилле), показано на фиг.4. Тестовый образец относится к композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества. Из фиг.4 можно увидеть, что после обработки сточных вод синергическим составом происходит уменьшение общего содержания растворенных твердых веществ (TDS), присутствующих в сточных водах.
D. Снижение химического потребления кислорода (COD) в сточных водах после обработки синергическим составом, измеренное в частях на миллион (промилле), показано на фиг.5.
Тестовый образец относится к композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества. Из фиг.5 можно увидеть, что после обработки сточных вод синергическим составом происходит уменьшение COD.
E. Уменьшение содержания фенола в образце промышленных стоков при обработке синергическим составом
Тестовый образец относится к композиции, содержащей микроорганизмы, ферменты, кофакторы и питательные вещества.
| Время (час) | Оценка содержания фенола | |||||
| Набор 1 (контрольный) | Набор 2 (тестовый) | |||||
| Пиковая область (mAU) | Содержа- ние фенола (ppm) |
% умень- шения |
Пиковая область (mAU) | Содержа- ние фенола (ppm) |
% умень- шения |
|
| 0 | 191,8 | 24 | 0 | 191,8 | 24 | 0 |
| 6 | 191,8 | 24 | 0 | 143,8 | 18 | 25 |
| 12 | 191,8 | 24 | 0 | 81,2 | 10 | 58,3 |
| 24 | 191,4 | 24 | 0 | 29,4 | 3 | 87,5 |
Следующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его.
Пример 1
Эксперимент проводился на сточных водах, взятых на входе аэротенка текстильного предприятия в Южной Индии. pH сточных вод был доведен до 6,5 0,1-нормальным раствором HCl. Для тестового образца к 200 мл сточных вод было добавлено 0,16 мл 30% перекиси водорода и 30 мг сульфата двухвалентного железа, после чего образец перемешивался магнитной мешалкой в течение 20 минут для облегчения правильного смешивания и диффузии для каждого отдельного теста. Комбинация микроорганизмов, ферментов и питательных веществ была приготовлена путем добавления 40% (об.) совместной культуры микроорганизмов, как описано ранее, и 60% (об.) смеси ферментов, состоящей из ферментов, описанных ранее. К образцу сточных вод было добавлено 0,1 мл этой комбинации, после чего образец перемешивался магнитной мешалкой в течение 20 минут. После этого была проведена инкубация образца на орбитальном шейкере при 30°C и 50 об/мин. Контрольный образец, состоящий из сточных вод без добавления микроорганизмов, ферментов, кофакторов и питательных веществ, инкубировался при указанных выше условиях в течение того же времени, что и тестовый образец. Пробы объемом 5 мл каждая отбирались из тестового и контрольного образцов через 0,1 часа, 4 часа, 8 часов и 16 часов от начала эксперимента. Пробы центрифугировались при 5000 об/мин в течение 5 минут. Цвет, химическое потребление кислорода и общее содержание растворенных твердых веществ в надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования, оценивались по стандартным методикам.
Результаты для тестового и контрольного образцов приведены в следующей таблице.
| Время, час | Цвет (в платиново-кобальтовых единицах) | Химическое потребление кислорода (ppm) | Общее количество растворенных твердых веществ (ppm) | |||
| Контроль- ный образец |
Тестовый образец | Контроль- ный образец |
Тестовый образец | Контроль- ный образец |
Тестовый образец | |
| 0,1 | 1945 | 2262 | 2600 | 2500 | 183 | 200 |
| 4 | 2188 | 1500 | 2500 | 1300 | 183 | 191 |
| 8 | 2026 | 1120 | 2400 | 1000 | 128 | 121 |
| 16 | 2649 | 229 | 2100 | 1000 | 209 | 123 |
Значительное снижение различных параметров загрязнения, измеряемых в сточных водах текстильного предприятия после ферментативной обработки, становится очевидным после 16 часов реакции.
Пример 2
Для исследования были использованы богатые фенолом сточные воды нефтехимического завода в Индии. pH сточных вод был доведен до 6,5 0,1-нормальным раствором HCl. Для тестового образца к 200 мл сточных вод было добавлено 0,16 мл 30% перекиси водорода и 30 мг сульфата двухвалентного железа, после чего образец перемешивался магнитной мешалкой в течение 20 минут для облегчения правильного смешивания и диффузии для каждого отдельного теста. Комбинация микроорганизмов, ферментов и питательных веществ была приготовлена путем добавления 40% (об.) совместной культуры микроорганизмов в питательных веществах и 60% (об.) смеси ферментов, состоящей из ферментов, описанных ранее. К образцу сточных вод было добавлено 0,1 мл этой комбинации, после чего образец перемешивался магнитной мешалкой в течение 20 минут. После этого была проведена инкубация образца на орбитальном шейкере при 30°C и 50 об/мин. Контрольный образец, состоящий из сточных вод без добавления микроорганизмов, ферментов, кофакторов и питательных веществ, инкубировался при указанных выше условиях в течение того же времени, что и тестовый образец. Пробы объемом 5 мл каждая отбирались из тестового и контрольного образцов через 0 часов, 6 часов, 12 часов и 24 часа от начала эксперимента. Пробы центрифугировались при 5000 об/мин в течение 5 минут. Содержание фенола в надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования, оценивалось с помощью обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (RP-HPLC) на колонке С18 со смесью метанол-вода в соотношении 60:40 в качестве элюента и обнаруживалось УФ-детектором с длиной волны 254 нм.
Результаты для тестового и контрольного образцов приведены в следующей таблице.
| Время (час) | Оценка содержания фенола | |||||
| Набор 1 (контрольный) | Набор 2 (тестовый) | |||||
| Пиковая область (mAU) | Содержание фенола (ppm) | % уменьшения | Пиковая область (mAU) | Содер- жание фенола (ppm) |
% умень- шения |
|
| 0 | 191,8 | 24 | 0 | 191,8 | 24 | 0 |
| 6 | 191,8 | 24 | 0 | 143,8 | 18 | 25 |
| 12 | 191,8 | 24 | 0 | 81,2 | 10 | 58,3 |
| 24 | 191,4 | 24 | 0 | 29,4 | 3 | 87,5 |
В тестовом образце произошло значительное снижение содержания фенола, в то время как в контрольном образце снижения содержания фенола не наблюдалось, что показывает специфичность способа обработки в отношении ароматических соединений в сточных водах и, следовательно, его пригодность для обработки сбрасываемых сточных вод промышленных предприятий.
1. Композиция для очистки сточных вод, состоящая из
комбинации ферментов, микроорганизмов и питательных веществ, включающей
от 40 до 60 об.% совместной культуры микроорганизмов в логарифмической фазе в питательных веществах, где микроорганизмы включают Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescence, Pseudomonas putida, Pseudomonas desmolyticum, Coriolus versicolour, Lactobacillus sp., Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus sp., Phanerochaete chrysosporium;
от 60 до 40 об.% ферментов, включающих в себя пероксидазы (марганцево-зависимые и марганцево-независимые), лигнинпероксидазу, лакказу, каталазу, цитохром с оксидазу, глюкозооксидазу, фенолоксидазу, n- и о-деметилазу, протеазу, липазу, альфа-амилазу и бактериоцин; и
0,16 мл перекиси водорода и 30 мг сульфата двухвалентного железа на 0.1 мл комбинации ферментов, микроорганизмов и питательных веществ.
2. Композиция по п. 1, в которой ферменты включают в себя 10-20 об.% пероксидаз (марганцево-зависимых и марганцево-независимых), 7-10 об.% лигнинпероксидазы, 7-10 об.% лакказы, 1-5 об.% каталазы, 0,5-3 об.% цитохром с оксидазы, 5-10 об.% глюкозооксидазы, 3-5 об.% фенолоксидазы, 1-2 об.% n- и о-деметилазы, 5-7 об.% протеазы, 5-7 об.% липазы, 5 об.% альфа-амилазы и 1 об.% бактериоцина.
3. Композиция по п. 1, в которой питательные вещества включают в себя дрожжевой экстракт, продукты переваривания пепсином ткани животных, диаммонийфосфат, хлорид натрия, триптон, соевый экстракт, ферментативный продукт переваривания желатина, сульфат магния, хлорид кальция, хлорид магния и сульфат калия.
4. Композиция по п. 3, в которой питательные вещества состоят из 0,2-0,5% дрожжевого экстракта, 0,3-0,6% продуктов переваривания пепсином животной ткани, 0,05-0,2% диаммонийфосфата и 0,3-0,8% хлорида натрия, 0,3-0,6% триптона, 0,2-0,5% соевого экстракта, 0,2-0,5% ферментативного продукта переваривания желатина, 0,3-0,8% сульфата магния, 0,3-0,8% хлорида кальция, 0,3-0,8% хлорида магния и 0,3-0,8% сульфата калия.
5. Способ очистки сточных вод, включающий стадии:
добавления композиции, содержащей
комбинацию ферментов, микроорганизмов и питательных веществ, включающую
от 40 до 60 об.% совместной культуры микроорганизмов в логарифмической фазе в питательных веществах, где микроорганизмы включают Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescence, Pseudomonas putida, Pseudomonas desmolyticum, Coriolus versicolour, Lactobacillus sp., Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus sp., Phanerochaete chrysosporium, от 60 до 40 об.% ферментов, включающих в себя пероксидазы (марганцево-зависимые и марганцево-независимые), лигнинпероксидазу, лакказу, каталазу, цитохром с оксидазу, глюкозооксидазу, фенолоксидазу, n- и о-деметилазу, протеазу, липазу, альфа-амилазу и бактериоцин; и 0,16 мл перекиси водорода и 30 мг сульфата двухвалентного железа на 0.1 мл комбинации ферментов, микроорганизмов и питательных веществ, к сточным водам;
реагирования указанной композиции со сточными водами в течение 2-48 часов при температуре от 25 до 40°С; и
определения степени очистки сточных вод.
6. Способ по п. 5, в котором питательные вещества включают в себя дрожжевой экстракт, продукты переваривания пепсином ткани животных, диаммонийфосфат, хлорид натрия, триптон, соевый экстракт, ферментативный продукт переваривания желатина, сульфат магния, хлорид кальция, хлорид магния и сульфат калия.
