Чрезвычайные ситуации → Эколого-экономическая деятельность предприятий → Тест-система для контроля токсичности сточных и промышленных вод при чрезвычайных ситуацияхРазработана биологическая тест-система для контроля токсичности сточных и промышленных вод, основанная на использовании нитритсодержащих бактерий. Методика отличается простотой исполнения, непрерывным характером действия и может быть применена для различных водных объектов при их экологическом мониторинге. При использовании методики для промышленных вод с высокой кислотностью рекомендована предварительная их нейтрализация до уровня, не препятствующего жизнедеятельности бактерий.
С целью деструкции нефтепродуктов, которые могут присутствовать в СВ, селектирован новый, специальный вид бактерий, при этом использовалась искусственная среда, в которой в качестве дополнительного субстата применялся автолизат пивных дрожжей, а также минеральные компоненты в виде солей азота, фосфора и морская соль. В экспериментах использовалась среда, в состав которой входили морская вода, в качестве субстрата дизельное топливо или бензол, а также суспензия бактерий. Время обработки составляло от 24 до 120 часов, эффективность удаления загрязнителей 98-100%.
Показано, что элодея характеризуется повышенной устойчивостью к высоким концентрациям нефти. Сырая нефть в концентрации 0,5 или 1 г на л не оказывает отрицательного влияния на элодею. При концентрации нефти 10 г на л растения чувствовали себя угнетенно, побеги под нефтяной пленкой утратили хлорофилл, на них заметна осевшая взвесь. Через 6 суток растения гибли вследствие токсичности нефти и продуктов ее метаболизма. На примере Mycobacterium sp. показано отсутствие ингибирующего влияния элодеи на рост и развитие штаммов-деструкторов нефтепродуктов, в ряде случаев было выявлено стимулирующее влияние.
Сообщество элодеи с перифитонными микроорганизмами проявляет довольно высокую активность даже при низких температурах (15-16°С) без дополнительной аэрации: от 19,2 до 32,8%. Замечено, что нефтепродукты меньших концентраций (0,5 г на л) окисляются значительно лучше, чем таковые высоких концентраций (1 г на л), что подтверждают фенологические наблюдения за элодеей, покрытой нефтяной пленкой. При дополнительной аэрации и повышении температуры до 22°С процент утилизированной нефти (0,5-1 г/л) увеличивается до 49,2-63,5%. Полученные результаты позволяют говорить о бактериальном окислении нефти и нефтепродуктов в воде как о потенциальном механизме самоочищения.
Институтом ГосНИИсинтезбелок разработан способ локальной очистки технологического конденсата (ТК) с применением биопрепарата тионовых бактерий. Биопрепарат может применяться в качестве катализатора окисления сульфидов и фенолов кислородом воздуха при стандартных режимах аэрации стоков, применяющихся на действующих заводах. Биопрепарат способствует более полной отгонке сероводорода в газовую фазу, а также окислению оставшегося количества до элементарной серы. Для решения проблемы снижения концентрации аммонийного азота в ТК был предложен способ его полной отгонки в газовую фазу из стока, полученного после очистки ТК с применением биопрепарата. В лабораторных условиях показано, что возможна практически полная отгонка аммонийного азота в виде аммиака после применения биопрепарата и повышения рН очищенного стока до 10—11.
Так, после второй ступени очистки концентрация аммонийного азота составила всего 20-100 мг на л, а концентрация фенолов - 15-25 мг на л. В ФГУП ГосНИИсинтезбелок разработан и производится нефтеокисляющий биопрепарат ОЛЕОВОРИН, состоящий из высушенных живых нефтеокисляющих микроорганизмов. Технология ОЛЕОВОРИН включает в себя весь комплекс мероприятий, направленных на уменьшение концентрации нефтепродуктов в осадке, в том числе, обработку биопрепаратом, минеральными подпитками и биогенными компонентами. Для оптимизации очистки предлагается введение структурирующих добавок, перемешивание, увлажнение осадка, химико-аналитический и микробиологический контроль и управление процессом биоокисления. Полученный в процессе биокомпостирования очищенный осадок может быть использован в составе грунтов для озеленения территории.
Однако обнаруживаются интересные данные о том, что сточные воды, прошедшие полную многоступенчатую очистку, оказывают угнетающее действие как на репродуктивную функцию, так и на фотосинтетическую активность филогенетически отдаленных видов микроводорослей (снижение валовой первичной продукции на 14-80% по отношению к контролю). Неразбавленные стоки, прошедшие только механическую очистку, полностью блокируют фотосинтез.
Четырехкратное и более разбавление стока снижает токсический эффект и даже стимулирует репродуктивную функцию. При этом продукционные процессы в системе преобладают над деструкционными. Разбавление промстока нефтеперерабатывающего производства снижает его токсичность. При этом 4-8-кратное разбавление стока, содержащего кроме токсических веществ и биогены, стимулирует репродуктивную функцию и фотосинтетическую активность, что также может неблагоприятно сказаться на экосистеме, усиливая процесс «цветения» в водоеме, принимающем стоки.
Следует отметить, что в потоке научных работ по очистке от СВ четко наметилась тенденция совмещения биологических методов и инженерных решений. Для очистки промышленных стоков вообще могут и должны использоваться разные технологии: от простых (биологических и лабораторных) до сложных инженерных конструкций. Но главное требование - надежность в употреблении, окупаемость и простота в использовании.
В обзоре рассмотрены примеры интегрированных подходов, основанных на единстве биокаталитических и инженерных методов, по решению задач биотехнологий защиты от опасных загрязнений трех основных составляющих окружающей среды: — почвы, воды и атмосферы. Проанализирована ситуация с нефтяным загрязнением грунтов и водных поверхностей в России, а также представлены результаты полевых испытаний недавно разработанного биопрепарата «Родер» для восстановления этих поверхностей. Обсуждены новые приемы, позволяющие расширить применение высокоскоростной анаэробной обработки сточных вод при низких температурах (4-10°С). Рассмотрена эффективность нового анаэробно-аэробного гибридного реактора для минерализации устойчивых к биодеградации сточных вод, содержащих азокрасители. Два последних направления относятся к обычной функции биотехнологии защиты окружающей среды (так называемая обработка на конце трубы).
Представлена биокаталитическая технология удаления сероводорода и рекуперации элементарной серы из загрязненных газов, которая является новой фазой развития этой дисциплины, характеризующейся возможностью использования отходов.
Для очистки городских СВ также используются как биологические, так и инженерные конструкции, например, предлагается математическая модель биологической очистки городских сточных вод, описывающая процессы нитрификации и денитрификации, удаления органических и взвешенных веществ, а также соединений фосфора в системе аэротенк-вторичный отстойник. Отличительной особенностью модели является возможность рассчитывать выходные показатели и эффект очистки при изменении управляющих параметров (расходов возвратного и избыточного ила, концентрации растворенного кислорода). В модели используется принципиально новый подход для расчета процесса.
В другой работе указывается, что моделирование процессов очистки городских СВ связано такими вопросами, как оптимизация структуры очистных сооружений, уменьшение реакторных объемов и отстойников, снижение расходов на аэрирование без ухудшения качества очистки и т.д. В общем виде рассматривается порядок разработки модели процесса для городских сооружений, включающих узел механической очистки, первичный этап.
Предпринята попытка создания математических модели процессов, происходящих в очистных сооружениях на базе аэротенков. Модель строилась в виде зависимостей по основным параметрам, характеризующим очищенные сточные воды (СВ) (качество очистки) от параметров характеризующих СВ на входе, и от значений технологических параметров. Задачей ставилось исследование общего подхода к моделированию отдельного аэротенка, а имея модель каждого аэротенка и учитывая различные связи между всеми аэротенками, составляющими систему очистки, можно создать модель сооружений в целом. Эффективность модели была проверена на данных анализов двух последующих месяцев и показала себя применимой для прогноза выходных параметров.
Сделана попытка исследования очистки СВ с помощью гидроциклоновых установок. Так, Казанская государственная архитектурно-строительная академия (ГазГАСА) в течение многих лет ведет исследования процессов очистки нефтесодержащих СВ в напорных гидроциклонных установках. В КазГАСА разработаны установки типа блок гидроциклон-отстойник (БГО), позволяющие снижать концентрацию нефтепродуктов в сточной воде с 3000-10000 мг на л до 50-100 мг на л, а содержание механических примесей с 200-300 до 30-50 мг на л. Совмещая установки типа БГО со скорыми и сверхскорыми фильтрами, адсорбцией и ультрафильтрацией, можно снизить концентрацию нефтепродуктов до 0,5-1 мг на л, а механических примесей - до 1-3 мг на л.
Теоретически обоснована возможность эффективного применения установки с седиментационным и фильтрационным аппаратами для очистки нефтесодержащих сточных вод предприятий сервиса и коммунального хозяйства производительностью 3-10 м /час: теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность полного улавливания частиц нефтепродуктов в отстойнике с тонкослойным блоком, специальной организацией направления потока на выходе из отстойника; установлены качественные и количественные взаимосвязи основных технологических и конструктивных показателей и параметров системы.
Приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку более совершенного метода динамического моделирования процесса термической обработки осадков природных и сточных вод, с целью создания эффективной технологии управления режимными параметрами этого процесса. Дана оценка существующего и предлагаемых методов расчета процесса. Рассматриваются принцип действия и результаты лабораторных испытаний проточного электрохимического датчика биологической активности иловой смеси, устанавливаемого на байпасе аэрационных сооружений. Датчик обеспечивает возможность непрерывного оперативного контроля состояния активного ила и автоматизации режима биол. очистки сточных вод. Результаты измерений с помощью датчика хорошо согласуются с данными определения дегидрогеназной активности ила.
В заключение раздела решено дать свою модель загрязнения грунтовых вод. В литературе в настоящее время существует уже не одна такая модель, однако сама проблема загрязнения грунтовых вод подсказывает появление таких моделей, поскольку данная проблема далека от разрешения.