Способ обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТИЯЬСТВУ

Сеюз Соеетския

Социалистических

Республик

«»994438 (61) Дополнительное к авт; свид-ву— (22) Заяв 261277 (21) 25603ббу29 26

j4) h4. Ка.з

С 02 F 3/28 с присоединением заявки I4?—

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй. н открытнй (23) Приоритет—

Опубликоваио 0702,83, Бюллетень Й© 5 (ЩУФ 628.357. .1(088.8) Дата опубликования описания 070283 (72) Авторы изобретения

A.Ñ. Воронкин, Ю.Т. Лошаков и М.П. Голубь !

Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

ОТ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, охраны окружающей среды, в частности водоемов, от загрязнения остатками персистентных (стойких) химических средств защиты растений и предназначено для использования в сельском хозяйстве в области орошаемого и поливного земледелия для обезвреживания возвратного стока оросительных систем перед сбросом их в водоем нли повторным использованием.

Известен способ обезвреживания гербицидов группы 3, 4-Д, напримерпропанида (применяемый при выращивании риса с затоплением поля), путем увлажнения почвы в период после минимального срока гербицидного действия (через 24-48 ч) до создания слоя воды,-причем увлажнение верхнего горизонта почвы осуществляют на глубину 2,5-5 см в течение 2-3 сут до: влажности не ниже 90-953 от полевой влажности (1).

Однако такой способ пригоден для обезвреживания вод, загрязненных лег-. кодеструктирующими хлорорганическими соединениями, при загрязнении вод перистентными к деструкции хлорорганическими пестицидами, такими как . гексахлорциклогексан, он не пригоден . -ЗО

Известен также способ обезвреживания сточных вод, содержащих стойкие органические вещества, и искусственных анаэробных прудах, включающий сбор стоков и обработку в искусственном анаэробном пруду производственных сточных вод, содержащих органические вещества. Пруд разделен на несколько каналов с помощью земляных стенок или перегородок с отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Стенки и перегородки расположены так, что за время обтекания сток успевает отстаиваться в первом канале. Обрабатываемый в пруду сток подвергают действию окружающих условий. Ииокуляцию пруда анаэробными бактериями цроводят цри рН производственных сточных вод

6,5 — 7,5, что обеспечивает кислое брожение. Для ускорения анаэробкого сбраживання пруд засевают плавающей анаэробной флорой. После снижения величины биологической потребности в кислороде путем анаэробного-сбраживания.органических веществ сточную жидкость отводят от искусственного пруда (2 1.

Обработка сточной жидкости анаэробными бактериями по этому способу дает эффективное понижение содержа994438 ния. биохимически разрушающихся ве.ществ.

Однако этот способ применим лишь для стоков с повышенным содержанием веществ, склонных к ферментативному брожению: сахаров, пептидов, жирных кислот и т.п. Для очистки стоков, загрязненных высокоустойчивыми хлорорганическими соединениями, этот способ также не эффективен, так как сток, содержащий даже легко сбраживающиеся примеси, для окончательного разрушения веществ, т.е. для снижения токсичности стока до требований, удовлетворяющих их сбросу.в водоем без дополнительной .очистки, должен выдерживаться в таких прудах до

220 дней.

Цель изобретения — снижение токсичности и ускорение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений сточные воды собирают и подвергают анаэробному сбраживанию в прудах .с уложенным на дно активным слоем, содержащим инокулирован- 25 ную тубифицидами смесь почвогрунта и сброженного ила, взятыми в соотношении, вес. :

Почвогрунт 85-75

Сброженный ил 15-25 30

При этом для инокулирования берут на 1 м площади слоя 10-15 г биомас2 сы тубифицид.

Способ обеспечивает осаждение и сорбцию хлорорганических соединений 35 (пестицидов ) на частицах ила биологически активного слоя, окончательное анаэробное разрушение юстойких к деструкции хлорорганических пестицидов происходит в иле биологически g активного слоя, который способен длительно сохранять свою активность и интенсивно разлагать хлорорганические пестициды путем их анаэробного сбраживания без каких-либо дополнительных воздействий на этот слой, так как компонентами слоя являются сброженный в метантенках ил и естественный почвогрунт. При этом тубифициды, инокулированные в этот слой, обеспечивают эффективное постоянное перемешивание слоя, что увеличивает площадь контактирования обезвреживаемого стока (воды) со слоем и поддерживает биологическую активность

Сй слоя. Кроме того, тубнфициды своей жизнедеятельностью интенсифицируют разрушение токсичных пестицидов до нетоксичных соединений. Благодаря поддержанию в контакте стока с используемым биологически активным сло-6Q ем осаждение остатков ГХЦГ и обезвреживание возвратного стока с орошаемых участков земледелия от хлорорганических пестицидов сокращается по сравнению с известными до 24-72 ч. 65

Способ не требует специального регулирования рН. поверхностного и дренажного стока. Для сельскохозяйственного стока орошения обычны значения рН в пределах 7,2-8,5. Эти значения рН являются оптимальными для анаэробного сбраживания. .Способ-обезвреживания сточных вод — возвратного стока с орошаемых участков земледелия -от хлорорганических соединений, например гексахлорциклогексана, осуществляют следующим образом.

С орошаемых участков земледелия возвратный сток по коллекторно-дренажной сети отводят с полей орошения и подают в искусственный пруд.. В пруду сток (воду) выдерживают не менее 24 ч. За это время происходит осаждение и сорбция гексахлорциклогексана биологически активным слоем, т.е. донными отложениями. В биологически активном слое осуществляется непосредственное разложение хлорорганических соединений до нетоксичных продуктов.

Процесс разложения представляет собой щелочное (метановое ) брожение органического осадка и протекает нормально при 18-22 С и рН 7,5-8,5, причем понижение температуры замедляет процесс, а повышение - интенсифицирует его. Однако дополнительный подогрев стока не рекомендуется вследствие ограничения сброса в водоемы подогретых вод и неоправданных затрат на подогревающие устройства. Длительность процесса разложения гексахлорциклогексана, осевшего на донные отложения, до нетоксичных продуктов под действием анаэробных бактерий и жизнедеятельности тубифицид составляет 10-15 сут. Однако выпуск воды из пруда с биологически активным дном возможен после выдерживания воды в нем не менее суток, при этом 24 ч отстаивания воды вполне достаточно для Qc(-æäåíèÿ и сорбции гексахлорциклогексана частичками ила в результате равномерного и эффективного перемешивания придонного слоя тубифицидами.

В загрязненных органическими веществами водоемах тубифициды"достигают численности до 1,7 млн. экз/м

При таком количестве в течение суток они пропускают через себя массу ила около 10 кг на 1 м, кроме того это же количество червей на 1 м 2 за 5 дней могут перемешать 55 кг ила.

Благодаря этому тубифициды увеличивают сорбционную способность ила в 3 раза, а пропущенный через кишечник тубофицид ил становится более доступным для анаэробного бактериального разложения стойких органических веществ.

994438

Гексахлорциклогексан может разрушаться в процессе Жизнедеятельности червей в организме. Экспериментально установлено, что коэффициент распада

ГХЦГ в течение суток в илах без тубифицид равен 0,08 мг/кг, при нали- S чии червей — 0,12 мг/кг. Таким образом, тубифициды увеличивают коэффициент распада ГХЦГ в 1,5 раза.

Для создания искусственного пруда с биологически активным слоем могут 10 быть использованы естественные по,, нижения рельефа I,балки, овраги ).

Объем пруда выбирают таким, чтобы обеспечивалась скорость течения воды по длине пруда до 10 мм/сек, такая скорость характерна для горизонтальных отстойников и обеспечивает условия для. оседания взвешенных частиц вместе с адсорбированным на них, например, гексахлорциклогексаном.

Глубину пруда рассчитывают известным методом. С учетом пребывания в пруду стоков не менее 24 ч глубина пруда в среднем составляет 2-3 м.

На отпрофилированное дно пруда укладывают биологически активный слой, для которого используют сброженный ил, например, из матантенков очистных сооружений хозяйственно-фекальных вод, равномерно нанося . его на естественное основание пруда толщиной не менее 1 см.

После укладки ила естественный грунт основания перемешивают с илом на глубину до 5 см, например, перепахиванием, в результате чего достигается следующий состав биологически активного слоя: сброженный насыщен ный анаэробными бактериями ил 20% и естественный почвогрунт 80%. Такое соотношение является наиболее эф- 40 фективным для разрушения хлорорганических пестицидов при 18-20 С.

Подготовленный слой инокулируют тубифицидами(8-.12 тыс.экз/м, или

10-15 г биомассы на 1 м ), которые 45 широко распространены в водоемах.

Перепаханный на глубииу до 5 см слой смеси сброженного.ила и почвогрунта является необходимым субстратом для питания разтлножения и обитания чер- 50 вей. В процессе жизнедеятельности тубифициды интенсивно перемйшивант придонный биологически активный слой, пропуская через кишечник за сутки массу ила в 4-9 раэ превышающую массу

55 тела особи. Это свойство тубифицид использовано в предлагаемом способе для осуществления интенсивного перемешивания биологически активного слоя с целью обеспечения широкого контак-. та обезвреживаемых стонов с поверхностью биоактивного слоя без применения специальных технических конструкций перемешивателей. Обезвреживание возвратного стока с-полей орошения по предлагаемому способу можно осуществить лишь при загрязненности вод, например, гексахлорциклогексаном, не превышающей 3,15+0,51 мг/л (эта доза является для-жизнедеятельности тубифицид среднесмертельной). Проведенным токсикологическим экспериментом не обнаружено каких-либо физиологических сдвигов жизнедеятельности тубифицид при концентрациях гексахлорциклогексана в стоке дь 2 мг/Л. Тубифициды инокулируют в слой не только вместе с илом, но и в виде чистой инокуляции, например с поверхности воды. Внесенные с поверхности- воды тубифициды быстро оседают на дно подготовленного придонного слоя. Такой биологически активное дно с инокулированными в него тубифицидами функционирует весь теплый период года, что соответствует периоду орошения и формированию в результате орошения организованного поверхностного и дренажного стока.

П р и м.е р 1. Исследовали деструкцию гексахлорциклогексана в природных водах путем контактирования загрязненной ГХЦР воды с биологически активным слоем на дне резервуа-. ра. Гексахлорциклогексан вносили в воду в концентрациях, не превышающих 2 мг/л. Для укладки биологически активного слоя брали различные составы: 80% почвогрунта либо природного ила и 20Ъ сброженного Ъ метантенках ила; 70% почвогрунта (природного ила) и 30% сброженного ила; 50% почвогрунта и 50% сброженного ила. Слои толщиной 5-10 см, равномерно неремешанные, инокулировали тубифицидами не менее 8 тыс.экз. на 1 м площади.

Воду заливали в резервуары и выдерживали в течение нескольких суток при 18-20 С. -Ежесуточно воду и,илы отбирали иэ резервуаров и анализировали на хроматографе "Цвет-100" (модель

106) на содержание гексахлорциклогексана.

Результаты анализов представлены в табл.,1.

994438

Табл

Время опыта, сут

1,968

0,179

1,972

1,985

1,615

О, 325

1,341

0,611

0,683

0,592

0,473

0,977

0,242

0,145

0,162

0,361

О, 561

0,020

0,043

0,068

Не обнаружено

0i180

О, 224

0,008

0,028

0,083

Не обнаружено

То же

0,008

Не обнаружено

То же

Не обнаружено 3

То же

Не обнаружено

Из результатов табл.1 следует, что наиболее интенсивно ГХЦГ разлагается при соотношении почвогрунта и сброженного ила в биологически активном слое 1:5 при всех испытанных температурах. Выдерживание воды, содержащей

ГХЦГ до 2 мг/л, в резервуарах и контактирование ее с биологически активным слоем при интенсивном перемешивании последнего тубифицидами сопровождается осаждением ГХЦГ на частицы ила и адсорбцией его илами, при этом осаждение и адсорбция гексахлорциклогексана осуществляется практически в течение суток, после чего FXIg в воде не обнаруживается. В илах гексахлорциклогексан обнаруживали в течение 10-15 сут в зависимости от их состава.

Пример 2. Исследовали разложение гексахлорциклогексана в натурных условиях в пруду, построенном s верховьи реки Мерли. На дне пруда были донные отложения, состав которых

Э подобен -составу биологически активного слоя в резервуаре {пример 1), которые сформировались в природных условиях в течение длительного времени.

В донных отложениях имелись тубифициды в количестве 15 тыс.экз /м

Прилегающие к пруду сельскохозяйственные угодья были обработаны ГХЦГ.

Собранный после дождя поверхност5О ный сток, содержащий ГХЦГ в пределах

0,085-0,120 мг/л, поступал в пруд и выдерживался в пруду при 18-25 C со скоростью течения не более

10 мм/сек в течение нескольких суток. Тубифициды, перемешивая биологически активный слой ила, способствовали при этом широкому контактироваг нию очищаемой воды с частицами ила, на которых осаждался и сорбировался б0 ГХЦГ, в результате чего процесс обезвреживания воды интенсифицировался. Ежесуточно из пруда отбирали пробы воды и ила и анализировали на содержание ГХЦГ на хроматографе

"Цвет-100" (модель 106). В воде се994438 редины пруда и у дамбы ГХЦГ не обнаруживали по истечении суток с момента поступления поверхностного стока в пруд, а в илах он содержался различное время (см.табл. 1).

1 5

Время после поступ ления

ГХЦГ, сут

Be 0,010 обнаружено

То.же 0,008 То же То же То же

0,125

0,005

0,027

Не обнаружено

Не обнаружено

0,102

О, 008

Il II и

То же

8 0,005 0,083

II и и

0,040

II II

Не обнаружено

То же

Ф

Не обнарубенс и ll

II ll 20

Проведенные опыты показывают, что

ГХцГ в реально существующих в природе количествах может быть успешно обезврежен в течение теплого периода года заявляемым способом.

Кроме того, описанные примеры проведенных экспериментов доказывают реальную возможность интенсификации очистки стоков, загрязненных устойчивыми к деструкции хлорорганическими пестицидами.

Если количество обезвреженной воды ухудшается при анаэробном разрушении

ГХЦГ по биологическому потреблению кислорода, соединениям азота, растворенному в воде кислороду и другим показателям, то для его восстановления можно использовать существующие биологические пруды, которые будут принимать обезвреженную воду после ис.кусственного пруда.

Предлагаемый способ позволяет повысить качество очистки возвратного стока, сократить время, затрачиваемое на очистку, путем интенсификации процесса очистки, снизить затраты на. строительство технических очистных устройств, снизить производительные потери воды в результате ускоренного возврата очищенного стока в водоем, решить задачу предохранения водных

45 объектов от загрязнения высокотоксич- ными и персистентными хлорорганическими пестицидами, например гексахлорцнклогексаном. Этот способ можно использовать во всех районах оро10 шаемого земпеделия.

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания сточных вод от хлорорганических соединений включающий сбор стоков и их анаэробное сбраживание в искусственных прудах, отличающийся тем, что, с целью снижения токсичности и

40 ускорения процесса, сбраживание осуществляют в прудах с уложенным на дно активным слоем, содержащим инокулированную тубифицидами смесь поч. вогрунта и сброженного ила, взятыми

65 в соотношении, вес.Ъ:

1 0,120 0,231 0,008

2 0,034 0,136 0,005

Таким образом, натурные исследования подтвердили лабораторный эксперимент.

Результаты натурных исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2

В

Не обна-Не обна Не обна ружено жено .ружено

994438

Составитель Г. Лебедева

Редактор Л. Веселовская Техред С.Мигунова

Заказ 537/1 Тираж 939

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушская иаб., д. 4/5

Корректор Е. Рошко

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Почвогрунт 85-75

Сброженный ил 15-25

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что смесь инокулируют тубифицидами в количестве 1015 r биомассы на 1 м площади слоя.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 483089,кл. А 01 О 25/00, 1976.

2. Патент США @ 3300404, кл. G 02 0 1/02, 1974.