СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ БЫТОВОГО СТОКА
METHOD FOR COMPLEX DISINFECTION OF HOUSEHOLD EFFLUENT

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для обеззараживания бытовых сточных вод. Основная цель обеззараживания сточных вод - обеспечение эпидемической безопасности при их отведении в водные объекты.
В промышленности для обеззараживания стоков от бактериального загрязнения применяются химические, физические, физико-химические методы. Устойчивость микроорганизмов при любом способе обеззараживания во многом определяется различиями в механизмах процессов воздействия дезинфицирующих элементов.
Обеззараживание сточных вод химическим способом является наиболее простым техническим решением, чаще других применяемым в промышленности. Основным недостатком широко применяемого реагента - хлора - является побочное образование диоксинов, биологически активных хлорорганических токсических соединений, с величинами ПДК на уровне сотых и тысячных мг/л, воздействующих на популяцию рыб, фито- и зоопланктон, зообентос и нарушающих процесс самоочищения водоемов. В результате применения других химических реагентов также образуются токсичные продукты, практически не поддающиеся разрушению. Например, применяемый для химического обеззараживания озон, благодаря сильной окислительной способности разрушает клеточные стенки, мембраны, окислительно-восстановительную систему бактерий и их протоплазму. Кроме того, озон при разложении органических соединений образовывает формальдегид (II класс опасности). Применение физических и физико-химических методов требует значительных материальных затрат (Гончарук В.В., Потапенко Н.Т. Современное состояние проблемы обеззараживания воды // Химия и технология воды, 1998 г., т.20 №2). В связи с этим биологический способ обеззараживания является особенно актуальным для современной промышленности.
Существующие в природных условиях антагонистические отношения между сапрофитной микрофлорой воды и патогенных для человека микроорганизмов аналогичны антагонизму комплекса сапрофитов активного ила и специфической микрофлорой хозяйственно-бытовых сточных вод, обуславливающие санитарный потенциал микробных ассоциаций. Санитарно-бактериологический эффект активного ила обеспечивается сорбционной способностью ила.
После контакта с активным илом количество бактерий группы кишечной палочки снижается в 3-5 раз по сравнению с числом этих же бактерий в исходной смеси (Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. / М.: Высшая школа, 1978. - 263 с.).
Известен способ очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с помощью активного ила (Ковалев Н.С., Ковалева Н.А. Биохимическая очистка сточных предприятий химической промышленности. М:, Химия, 1987 г.). Недостатком данного способа является то, что санитарные показатели очищенного стока не соответствуют требованиям, предъявляемым санитарно-эпидемиологическим надзором.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ биологического обеззараживания сточных вод (патент РФ 2234467). Необходимая степень санитарно-гигиенической безопасности по общим колиформным бактериям (ОКБ) достигается проведением двухступенчатого обеззараживания бытового стока активным илом в аэрируемых емкостях с последующей биологической очисткой в аэротенках. Недостатком способа является недостаточная степень обеззараживания по показателю содержания термотолерантных колиморфных бактерий (ТКБ) и несоответствие эффективности обеззараживания требованиям СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».
Целью изобретения является обеззараживание бытового стока и достижение необходимой степени санитарно-гигиенической безопасности за время цикла полной биологической очистки по всем регламентируемым показателям.
Для достижения цели изобретения предложена трехстадийная система безреагентного биологического обеззараживания бытового стока активным илом в комплексе с промышленным стоком (далее - промстоком) по следующей схеме (см. чертеж).
Определение возможности обеспечения максимальной эффективности обеззараживания бытовых стоков основано на установлении оптимального соотношения основных абиотических факторов - дозы ила, объема ила, времени контакта с активным илом (далее АИ), концентрации кислорода, соотношении объемов бытовых стоков, активного ила, промышленных стоков на различных этапах (стадиях) обезвреживания. Количество этапов (стадий) определяли экспериментально по мере достижения максимально возможной эффективности (99%) обеззараживания и норм санитарных правил.
Заявленный способ реализуют следующим образом:
На первой стадии биообеззараживания осуществляют первичный контакт бытового стока с активным илом в аэрируемых емкостях. Данный этап обеспечивают соблюдением трех технологически связанных параметров, каждый из которых был подтвержден экспериментально:
- количество и концентрация подаваемого активного ила для максимально возможной на данном этапе эффективности (при условии времени контакта 90 минут и концентрации кислорода 5 мг/л) (табл.1):
Таблица 1
Доза АИ, г/л
1,2
2,1
3,8
5,1
6,0
6,8
Объем АИ, %
10
20
30
40
50
60
ОКБ в бытовом стоке, КОЕ/100 мл
2·10<sup>4</sup>
ОКБ в бытовом стоке после 1-й стадии обеззараживания, КОЕ/100 мл
1,2·10<sup>4</sup>
1·10<sup>4</sup>
9·10<sup>3</sup>
9·10<sup>3</sup>
8·10<sup>3</sup>
8,1·10<sup>3</sup>
Эффективность обеззараживания по ОКБ, %
40
50
55
55
60
60
ТКБ в бытовом стоке, КОЕ/100 мл
1,8·10<sup>4</sup>
ТКБ в бытовом стоке после 1-й стадии обеззараживания, КОЕ/100 мл
1,1·10<sup>4</sup>
1,0·10<sup>4</sup>
8,9·10<sup>3</sup>
8,9·10<sup>3</sup>
7,9·10<sup>3</sup>
8·10<sup>3</sup>
Эффективность обеззараживания по ТКБ, %
39
44
50
50
56
55
Увеличение объема ила свыше 50% и дозы более 6,0 г/л не влияет на эффективность стадии обеззараживания. Излишне внесенное количество АИ при недостатке питательного субстрата приводит к автолизу клеток бактерий сапрофитов, в результате чего устанавливается равновесие в системе.
- Время контакта активного ила с кишечной микрофлорой, в течение которого эффективность обеззараживания максимальна, определяли по показателю ОКБ (при условии оптимальной дозы АИ 6 г/л и объеме 50%) (табл.2):
Таблица 2
Время контакта, мин
30
60
90
120
ОКБ в исходном бытовом стоке, КОЕ/100 мл
3·10<sup>4</sup>
ОКБ, КОЕ/100 мл
2·10<sup>4</sup>
2,8·10<sup>4</sup>
1,2·10<sup>4</sup>
1,2·10<sup>4</sup>
Эффективность обеззараживания, %
33
40
60
60
Максимальная эффективность обеззараживания достигается при времени контакта не менее 90 минут.
- Концентрации кислорода для эффективного процесса обеззараживания определяли по показателю ОКБ:
Кислород в очистке сточных вод в основном необходим для осуществления трех одновременно протекающих процессов: биохимическое и химическое окисление - удаление органики и неорганики (аэрация) и вытеснение газообразных или летучих примесей (дегазация). Кислород при первичном контакте на первой стадии обеззараживания потребляется на окисление органических загрязнений и в первую очередь - патогенной микрофлоры, что подтверждается снижением ОКБ (табл.3):
Таблица 3
Концентрация растворенного О<sub>2</sub>, мг/л
0,5
2
3
5
ОКБ в исходном бытовом стоке, КОЕ/100 мл
3·10<sup>4</sup>
ОКБ, КОЕ/100 мл
3·10<sup>4</sup>
2,8·10<sup>4</sup>
9,8·10<sup>3</sup>
9,6·10<sup>3</sup>
Эффективность обеззараживания, %
0
6,7
60
60
Эффективность обеззараживания бытового стока на первой стадии достигает 60%, что не отвечает требованиям санитарно-гигиенических правил.
Оптимальными условиями первой стадии обеззараживания БС являются:
- содержание АИ - 50% по объему;
- время контакта БС и АИ - 90 мин;
- концентрация кислорода в смеси БС и АИ - не менее 3 мг/л.
На второй стадии обеззараживания осуществляют повторный контакт смеси бытового стока и активного ила со свежей порцией активного ила и с добавлением промстока.
Промстоки, поступающие на очистные сооружения, содержат широкий спектр соединений, отличающихся по своим свойствам и структуре, в частности, фенол, ацетон, изопропилбензол, метанол, моно- и полиэтиленгликоли, СПАВы и др. Указанные ингредиенты определяют острую токсичность стока, которая составляет от 45 до 60% на тест-объектах инфузориях. Т.е. промсток, канализуемый с технологических цехов химического предприятия на очистку, оказывает токсичное воздействие и на бактерий группы кишечной палочки, т.е. обладает дезинфицирующими свойствами.
Параметры второй стадии процесса обеззараживания отражены в таблице 4.
Таблица 4
Объем смеси АИ и БС, %
45
45
45
Объем свежего АИ, %
10
20
30
Объем промстока, %
45
35
25
ОКБ в смеси после 1 стадии обеззараживания, КОЕ/100 мл
8·10<sup>3</sup>
ОКБ в смеси после 2 стадии обеззараживания, КОЕ/ 100 мл
2·10<sup>3</sup>
4·10<sup>3</sup>
5·10<sup>3</sup>
Эффективность обеззараживания по ОКБ, %
75
50
37,5
ТКБ в смеси после 1 стадии обеззараживания, КОЕ/100 мл
7,9·10<sup>3</sup>
ТКБ в смеси после 2 стадии обеззараживания, КОЕ/ 100 мл
2·10<sup>3</sup>
3,9·10<sup>3</sup>
4,8·10<sup>3</sup>
Эффективность обеззараживания по ТКБ, %
75
51
39,2
Максимальная эффективность обеззараживания бытового стока на второй стадии достигнута при соотношении объемов потоков «смеси АИ и бытовой сток: свежий АИ: промсток» в процентном соотношении 45:10:45.
Комплексное воздействие АИ и промстока повышает эффективность обеззараживания до 75%.
На третьей стадии в аэротенки подают смесь бытового стока с активным илом и промстоком и добавляют свежие порции активного ила и промышленного стока.
Эффективность обеззараживания бытового стока в аэротенках показана в таблице 5.
Таблица 5
Объем АИ, %
50
60 70
80
90
ОКБ в поступающем стоке, КОЕ/100 мл
2·10<sup>3</sup>
ОКБ в очищенном стоке, КОЕ/100 мл
800
55
52
50
50
ТКБ в поступающем стоке, КОЕ/100 мл
2·10<sup>3</sup>
ТКБ в очищенном стоке, КОЕ/100 мл
800
19
16
13
11
Эффективность по ОКБ, %
60
97,2
97,4
97,5
97,5
Эффективность по ТКБ, %
60
99
99,2
99,3
99,4
Максимальная эффективность обеззараживания бытового стока в аэротенках достигается при поддерживании дозы АИ по объему не менее 60%.
Эффективность обеззараживания по заявленному способу достигает по ОКБ 97,5%, по ТКБ 99,4%.
Качество очищенного стока, обеззараженного предложенным способом, удовлетворяет санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям для сброса в водоем.
Пример. Способ биологического обеззараживания бытового стока в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом:
6
7
3
На первой стадии бытовую сточную воду с количеством бактерий кишечной группы 10-10 направляют в биореактор (1) объемом 125 м, туда же подают активный ил в концентрации по объему 50%, время аэрации 1,5 часа.
На второй стадии в смесителях (2) осуществляют контакт бытового стока и активного ила, выходящего из биореактора, со свежей порцией регенерированного активного ила и промстоком в соотношении 45:10:45.
На третьей стадии смешанный поток бытового стока, активного ила и промстока из смесителя подают в аэротенк (3). В этот же аэротенк добавляют свежую порцию активного ила и промстока. В аэротенках осуществляется биохимическая очистка и обеззараживание бытового и промышленного стоков в течение 16-20 часов. По окончании процесса биологического обеззараживания стоков отбирают воду на санитарно-биологические анализы. Контролируемые показатели регламентируются СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».