автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Экология денитрификации в иловых системах очистных сооружений с биоокислителями

Нйостовсная Н/Д государственная академия строительства

1 6 Он--------

На правах рукописи СЕРГИЕНКО Любовь Павловна

ЭКОЛОГИЯ ДЕНИТРИФИКАЦИИ В ИЛОВЫХ СИСТЕМАХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С БИООКИСЛИТЕЛЯМИ

05.23.04 — Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1994

Работа выполнена на кафедре «Водное хозяйство и Э] логия города» Новочеркасского государственного технич кого университета.

Научный руководитель

Научный консультант

— доктор технических на профессор Серпок{ лов Н. С.

— кандидат биологичесь наук, с. н. с. Смир: «а Г. Ф.

Официальные оппоненты — академик инженерной

демии Украины, доктор т нических' наук, професс Куликов Н. И. — кандидат технических ь

Климухин В.Д.

Ведущее предприятие

Защита диссертации состоится >

часов на заседании диссертационного

А.О. «Невинномыса Азот» (БХО)

¿>4 1994 сов«

К. 063.64.03 при Ростовской государственной академии ст{ ительства по адресу: 344700, г. Ростов-на-Дону, ГСП-ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГ/ Автореферат разослан « • » ■ 1994

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

И. П. ТУРЯНСКИП

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность теми. Антропогенное воздействие на гидросферу привлекает внимание научных и практических работников. Разрабатывается, и соэзркенствувтся приемы, методы, аппарата и технологические схемы рационального использования и очистки вод от различных ингредиентов. Одними из наиболее распространенных загрязнителей являются соединения азота: аммиак, интриги и нитраты. Азотному загрязнении подвервднн подзэмнио и поверхностные вода, а также промышленные и бетовцо сточные воды. Ловивенное содержание азотсодержащих ионов,-следствие их применения в составе удобрений, необходимого компонента в различных синтетических веществах, консерванта,для лицевых продуктов и т.д. Серьезность проблемы повяленного содержания ионов А/1 А/СР>. ^05 в воде заключается, в конечном итоге, и токсичном действии нитритов на живые организм».

Анализ суавсг вувщих и перспективных методов удаления азота из водных систем показывает, что наиболее сироко в практику водообработкк войдут мембранные, ионообменное и биохимические методы очистки. Яри этом внедрение в производство .'.ембракннх и ионообменных методов очистки от соединений азота, и.чея основзгельнуь на) чнуь проработку, осложняется организационной структурой: выпуском мембран и смол, оборудования и рэагентов, необходимостью высококвалифицированного персонала, ¡«лоизученкостьп вопросов утилизации рассолов и эдватов, значительными, на свгсдшшний день, экономическими затратами на подготовку вод и собственно очистку.

Лримзнзкие биохимических..-.ятодов очистки вод от соединена азота у*е сегодня довольно иироко, учитывая экологическую и эксномичесхув целесообразность, недефнцитность оборудования, гибкость по отношение к производственным площадям, не требув-ауя пере квалификации. работу обслуливассего персонала, вариабельность технологических схем по расходам и концентрациям.

Сдкако ряд теоретических и практических вопросов бислоги-чзской очистки сточных вод от окисленных и восстановленных со- , единений азота не коррелирувтся, требуется их дааимоувязка и уточнение. В процессе биологической деазотизации вод последовательно участвуют два основных биоценоза микроорганизмов: нит-ри^ицируваие бактерии в аэробных условиях и денитрифицирующие -

в анаэробных (или факультативно-анаэробных) условиях. вос-тно, что скорость аэробно протекающих биохимических процессов намного превышает таковую в анаэробных условиях; т,е. лимитирующей стацией при деазотизации вод является денитри-фикация. Изучение влияния и управление л имитирующий факторам! денет рификации может повысить эффективность процесса деазотизации в целом.

Цели и задачи исследований.Цель работы - разработать новый экологический подход к оценке оффс кгявности работы биологических очистных соорг/лвний с биоокислителями по деазотизации вод и принципы регулирования их работ» ¡тссрвдсгвом основного звена биологического круговорота азота - дек иг риг»! кацап. Для достижения поставленной цели потребовалось решение теоретико-экспериментальных задач:

- прогости теоретические исследования о месте и роли де нитрификации в биологическом круговороте азота в сравнении с другими биологическими агентами превращения азотных соединений;

всзсоторонне проанализировать особенности микробиологии, биохимик, экологии биологической денитри^икации и соэре манное'ее применение в процессах очистки вог;;

- исследовать адаптацию и трансформацию микроорганизмов нло о их систоу в денитрифицирующий биоценоз;

- изучить влияние вшиних и внутренних факторов на процессы де нитрификации в биоценозе в лабораторных условиях;

- определить оптимальные границы технологических факторов биологической де нитрификации в активном эксперимента;

- исследовать взаимоотношения денитрифицирующих организ мов с «и кро организ нами других экологических групп круговорот азота в условиях илоеых систем работающих, очистных сооружэки

- разработать методику комплексной химической и микроба ологической оценки эффективности работы.очистных сооружений бисокислитвляки, на основа которой составить рекомендации по усоверткстзевани» и регулировании работы очистных сооружена

Научная новизна работ» состо.ит з том, что

- впарэье предпрлнята попытка изуедть физико-хкмичзские биохимические, кинетические и биотехнологичэскке закокомерш га к особенности функционирования биоценоза иловкх систем с

3 ' -

сгглцх сооружения в целом как надорганнзиенноя системы; '

- научно обоснована целесообразность экологического подхода к оценке кгивности работц биологических очистных сшр/жешш по взаимосвязанным химическим и ' микробиологидеским показателям на 'сснош учета соотношения различных ферм азота, л ЛИ, 3(1 и численности групп микроорганизмов цикла азота в обрабатываемой веде и разработана комплексная методика оценки работи очистных соорутений с биоошелитолями;

- на основании лабораторных исследований по выявлении оптимальных условий ведения процесса денигри^икании биоценозом иловых систем для различны* типов имитатов ,сточных вод получены адекватные мате кат я чес кие модели, количественно характеризуй» вклад и взаимовлияние азотсодержащих ионов в технологии; • ■

- впервые лиявлоно участие группы азотфикенруюких микроорганизмов в биохимических превращениях веществ в условиях очистных сооружения деазстизации;

- на основании производственных исследований получены адекватные математичэскис модели, позволявшие оптимально координировать технологический процесс очистки посредством упраи-ляских параметров.

практическая значимость я реализация результатов работ»:

- и результате выполнения теоретических и экспериментальных исследований получэно положительное ранение на изобретение £5067855/13 (033557) "Устройство для биологической очистки сточнцх вод (носитель никробно.1 биомассы)"', приоритет 11.08.52 в соответствии с п. I статьи 19 патентного закона Российской Федерации;

- з результате выполнения-теоретических и экспериментальных исследования совместно с Р1Щ АКХ (г.Ростов н/д) подана заязка на изобретение -с 5034107/26 (010118) "Устройство для биохимической очистки сточннх вод и удаления соединений азота" (приоритет 23.02.32г.) и получено решение о выдаче патента

(й гос. регистрации 5034107 от 23.СУ» .92г.);

- на основании комплексного химического и микробиологического анализа процесса обработки сточнцх вод в сооружениях с биофильтрани разработан новый "Способ биологической очистки сточных вод с г ергакичзегеих и азотсодержащих соединений", заяв-

■ ; ; -. .■.-.■..■■'■ л ■;" •

ка на изобретение й 53040658, прюригет 10.08.93г., положительное решение;

- разработаны рекодеэда\дии по повышение эффективности работы биоокислителей на основе учета особенностей процессов дэнигри- и нитрификации.

На основании нового способа биологической очистки сточных вод предложена новая технологическая схема и разработана лрсектно-тсхническая документация реконструкции канализационных очистных сооружений п.Донского (ГРХ) г .Новочеркасска.

Рекомендации по повышение эффективности работы биоокис-литолей приькнени в новом технологическом режиме азротенков цеха Е(0 А. 0. "Невинно мисс кия Азот" (г. Невинно мысе к), что позволило повысить'эффективность очистки сточных вод от азота нитратного на 20}о, аммонийного - на

.»!атериалы исследований иепользуится в учебном процессе Новочеркасского государственного технического университета и Ростовской н/Д государственной академии строительства,

Лп£обация_Еаботк. Основные положения и результаты работа доложены и обсуаденц на научно-технических конференциях НГГУ (г.Новочеркасск, 199и-1993гг.); РГАС (г.Ростов н/Д, 19911993гг.), межреспубликанской конференции "Биология и биотехнология очистки воды" (17-19 ноября 1992 года, г.Полтава). •

Основное содержание диссертации изложено в б опубликованных работах, научно-технических отчетах НПО "¿коцзнтр НЭД", НГЗл Ы78 "Диоген", лаборатории канализации РНЛЛ АКХ.

Ка защиту выносятся: •

- обоснование целесообразности и эффективности испол.ьзове кия биологической денитрифи нация, как лимитируасвго и управля-ывдго фактора при деазотиззцки вод и результаты теоретических исследований особенностей микробиологии, биохимии и экологии процесса, как основного зшна биологического круговорота азоте

- результаты о :<с пери ¡.витальных исследования особенностей функционирования-денитрифицируяизго биоценоза: влияние внешниз и внутренних факторов на процесс двазотизация, выявление оптимальных технологических парамзтров.денитрификации в активном эксперименте; ■ •• : • , '. ; -.

: - экслресс-мат <дика экологической оценки эффективности р! боты й регулирования процесса деазотизациквод;

о ■

- результаты, производственных исследования процессов деазотизации вод и способы регулирования нитри-, денитри^ака-Ц!М на станциях с биоохислитоля»« на основании комплексной оценки эффективности применяемых технологических схем.

Об ¿ем и структура работы: диссертация изложена на 27 в страницах машинописного текста, включает введение, 5 глав, зак-лечение, 3¿ рисунка, 20 таблиц, 24 графика, 4 распечатки ЭВМ, Ч приложеаяа. Библиография насчитывает 236 наименований.

С0ДЕР1АНЛ2 РАБОТУ '

Вреден и о посвявдно краткой характеристике современного состояния загрязнения водной среды азотсодержащими веществами и окслсго-санитарно-гигиеничзскому обоснованию актуальности деазотизации. Определены целя, задачи настоящей работы и эта-пи ее випслненйя.

В первой главе проведан те орет и чес ки а экосистемныЯ анализ проблем деазотизации сточных вся, как составной части биологического круговорота азотз. Отмечено, что биологическое раз л слеше азот содержащих органичесгях соединений до неорганических ¡>орм азота слагается из нескольких стадия, пр«чэ:< не который из них" могут осуществляться только специализ»рованннмя Сзетерилми. В общих чертах рассмотрен каедый блок биологического круговорота азота и вклад в деааотиззцию вод (рисЛ).

На основе систематизации данных по загрязнению вод и краткой, харлкгеристикм оптимальных факторов жизнедеятельности показано, что з сточных ввдах, содерг-ацих органические и аз от н но соединения, складываются'благоприятные экологические условия для развития всех четырех групп микроорганизмов, участников биологического круговорота азота: змчони!)икаторов, тарификаторов, деннгри^икзторов, азотфиксаторов. Установлено, что при рассмотрении деазотизации сточних вод, как мэлого "водного" , цикла глобального круговорота азота на очистных ссоругвниях, шяадает блок азот^нксации, хотя давно известно наличие азот-фиксаторов а биоценозах окислителей. Показано, что денитри£и-к-лция является составной частью геохи:.ячэсксго барьера ка границе природных ¿косистом. С помочью этого процесса возможно регулировать биологический цикл азота посредством возвращения // в его основной фонд биогеохимического круговорота - атмос-

ЩОН-сфН^-ЩяЫН!

Рис.1. Упрошенная, схема биологического круговорота азота

феру. Поэтому изучение факторов, лимитирующих процесс денит-риЬикации, является важной задачеЛ для управления деазотиза-циеЯ в биоокислителях.

Анализ и систематизация .литературных данных позволили составить таблицу (табл.1), которая молет служить ключом к .моделировании процессов деазотизации в биоокислителях.

Проанализировано влияние ■ азотсодержащих ионов на качество вод акваторий и подземных источников, на метаболические процессы в организме. Поступление избыточного количества А/О3, N0^, /УН^ в водоемы сопровождается далеко идущими послед- . ствиями. Во-первых, развивается эвтрофикщия водоемов, что ухудиает орванолепгические свойства веды. Во-вторых/возникают трудности, при подготовке воды для хозпитьевых и промншлен-' ных целей. В-третьих, попадание азотсодержащих вод в водоносные горизонты вызывает ах'загрязнение. Концентрации аммонийных злгряанзнзй. встречайд'дхся в водоисточниках, не проастаг-ляот де посредственней угрозы здоровью человека. Однако N Н^ яаляется довсрои ал-е-кгронвв для роста нихрифи каторов, о^асгя-

«те .до N 02 и Мйу йис нзграги» так и нитраты могут легко п отлагаться организмом и бдть причиной отрицательных изменений в кег аб слиЗ ме макроортаниз нов- .

Установлена, что физяхо-хими-ческие методы уцалеюпг азот-содередетх -ионов «з природных я сточных вод (дегазация, одис-

Таблица I. Потребность в основных факторах среды микроорганизмов круговорота азота

¿акторы ! Аммони- ! Яитряфи- ¡Ленитри- ! Азотфикса-_______!_ ¿икато£и_!_каторы _ ^икаторы ]торы___

I. Органические • питательные вещества

¿.Отношение к кислороду:

а)аэробиоз,

б) факультативный аэробиоз,

в) анаэробиоз

3.Лсточник азота:

а) ЫЩ,

б) л' 03,

в) N V,,

г) /Уг . л)аминокислоты

4.:.Ыкроолемзнты

Примечание: знак ■"?" означает, что в литературе не найдено убедительных'сведений по соответствующим позициям

ление, осзвденяе, адсорбция, ионный обмен, обратный осмос, эле-кгродиализ) достаточно эЭДекгивнц и распрсотртены в практике, днако сни сопровождаются значительными расходами реагентов, трудностями утилизации шламов и элюатов, дефицитность» оборудования, большими капиталовложениями и у кс олуатационнш« заг-ратач« на очистку. Перспективность и целесообразность биологических метсдов обосновывается низкой себеотоимостыо, снижением солесодер&анил очищенных вод, недз^ицитностьп и простотой аппаратурного о*)огмления.

Iехнико-эксномичзскиЯ анализ показывает, что в настоящее время кет реальней альте рнативы биохимичес кому методу до азотизации »од, который нувдается в дальнейшем усовершенствовании на основе углубленных знаний об экология 4-х основных групп »«кроорганизмов биоокислителей деазотизации и пре и му тест ценно денитри^икаторов, как барьерного звена "водного" круговорота азота. ¡Тоследнее потребовало проведения теоретических исследо-ыний, изложенных во 2-ой главе.

+

+

+

♦

+■

+

Вторая глава поз дзящена-теоретическому обобщению- фундаментальных данных микробиологии, экологии и биохимии денитрифи-..кации в приложении к счистке сточных вод. Бактерии,■ способные к анаэробному дыхание с использованием неоргаки^ских акцепторов водорода (нитрат, сульфат, карбонат), играют очень важную роль в процессах микробной очистки сточных вод. Зсда, поступающая на обработку в очистные сооружения, содержит, как правило, большой набор неорганических Кислородсодержащих ионов (НйСИ), являвшихся загрязнителями. В результате анаэробной обработки таких вод в биоокислителях связанный кислород НКЗЛ используется бактериями для получения энергии.

Группа денитрифицирующих бактерий в природе довольно разнообразна и-многочисленна: 37 родов согласно 8-му изданию определителя Берги. Процесс денитриВикации до сих пор был обнаружен только у $а|сультатйашх анаэробов, среди обдигатяых анаэробов нет денитрифицирующих форм; причем денетрифишгорн,как правиле, язлявтея хе м с о рг ан от роф ü у \кл прокариотам!, за исключение!! авготрофа Jhioiacltius denltrificcms , и игравт ва^-нуа роль в круговороте азота. Спектр усвояемых денятрификато~ рами органических веществ очень широк: от одноуглередннх спиртов, таслог, альдегидов до сложных органических соединений. 3 настоящее вреда достаточно хороио экспериментально обоснована схема денигриф?!нации в виде последовательности реакций:

Щ —NOj, —NO — /VzO ~Nl , где CD

А/Р традиционно считается конечным продуктом денитрификации и вклнчазтея -в круговорот азота. Однако показано, что'//0. и N?0 являйтся.не только облигатнниг свободны;« интермедиата!«, ' но и конечны;« продукта?« наряду с/VКоличественные соотноси кия продуктов денитририкации определяется условияш ведения процесса. В биологической девятрификации согласно (I) участвует четыре группа кндуцибельных редукгаз, .которые осуществлявт транспорт электронов по цитохроиней цепи; синтез, фермент рв индуцируется в анаэробных и слабоаэрсфильных условиях в присутс- . твии нитрата к/или нитрита. Наиболее активными денэтрификато-рам-.ьв природных условиях является факультзтивно-знаэробные гетеест софнш бактерии Pseudomonas, ALcatigenes, ßaeif/as. ■

Обобвэнкыз данные теоретического анализа исследования по денитриЬикации з культуре и л природных экосистемах го выявлению благоприятного лсздеЯстшя- внешних'факторов среды ' представлены в табл.2. _ .

Таблица. 2. Интервалы параметров процесса денитрификации

5/й! _ '¿акторы___

I Концентрация: 0 2

2 Концентрация органического С

3 Ясточнкк азотного питания:

//- Л/О3, N - N01, . N - N \\Т.

4 рН

5 ЕА

6 Температура

7 Скорость процесса

б гЬкстанта Лпхаэ-лиса-Мзнтен

9 Ингибиторы про-1 цесса

10 Активаторы процесса

!31!а'йния^аг^0£0в,хасамер_воздсястк1я_ _

0,5-2 мг/л, посте пенное истосоние концентрации растворенного ослоосда, без рез- ■ кого перехода к анаэробиозу

60 мг/л - 46 г/л - . '

следы - 20-100 м.Ч (1,24 - 6,2 г/л)

следы - 10 мМ (0,46 г/л)

органического и неорганического происхождения, м.б.'единственным источником , чаве в хядо аспарагинп с концентрацией I г/л

6,8-8,3

150 - 210 мВ' 13 - 30°С

О - 450 ккг///л в сутки в сстзственнах условиях

по оксидам азота 5 мкй - 1,3 мМ (З.Г'Ю"'1-

8,С6 '10~^г/л) для клеток и бе с клеточных систем

окисленные сосчмнения азота в определен»;;* ' концентрациях( „ с- СВиШ0 50 „;1> м о;

свыие 12 мЛ), а т^кхв гаэосбраз»!.« протесты денитриЬикации

ионы в концанграции 0,1 мк.'1 г.овцзаит устойчивость пит ритреду стазы к ингибкроза-них в культуре

Лсходя аз того, что процесс, дештрн^цкации достаточно полно изучен в чистых культурах на средах с определенным составом, а особенности функционирования биоценозов очистных со-оругкгний, как участников круговорота азота, не столь детально исследованы, основными задачами наших исследований денитрлфи->-ЗД!К стали следугвде: -.■■

- -'зучеть динадаку развития.денитрифицирующего биоценоза в лабораторных условиях и ее зависимость от некоторых внешних факторов, которые могут быть управляемыми в произведет-венных условиях;

- исследовать взаимоотношения.денитрификаторсв с другими участникам* "водного" цикла азота' и выявить их экологическую ■ нишу в биоценозе очистных сооружений.

В третьей главе изложены материалы и. методы исследования, определены задачи и объекты лабораторных и производственных зкепзрпрнтов. ,'Ьтериалом для изучения особенностей процессов в биоценозе в лабораторных условиях служил денитрифицирующий активный ил, полученный в результате нескольких пересевов зо-гзратногэ ила аэротенков'на элективную питательную среду Шль-тая. Культивирование денитрифицирующего биоценоза на амитатах сточных эсд при выполнении да ог (факторных экспериментов проводили на основе сред Гильтая и Березовой с учетом варьирования факторов эксперимента. Для выявления сопутствующей микрофлоры в накопительной культуре денитрифик.йторов, р. также для определения численности и систематической принадлежности шкроорга-низмов круговорота азота биоценозов очистных сооружения проводили посев методом предельных разведений на агаровые пластинки с МПА (для сапрофитов),. средсЗ Зенгека (для анмонификато-ров), средой Вяноградского (для нитрификаторов), средой Федорова в модификации йигянянскоЯ (для язотфиксаторов).

Основными показателям, определяемыми в лабораторных а производственных экспериментах были: температура, активность исноз водорода, окислительно-восстановительный потенциал, кон-, цонтрацал азотсодержащих ионов, химическая потребность в кислороде. При работе с иловыда системами очистных сооружений дополнительно определяли: взвешенный вепкетва, зольность, динамику осавдения.иловых частиц, концентрацию растворенного кислорода, •оОдэе содержание фосфора, численность микроорганизмов различных функциональных групп. ' '

Статистическую обработку результатов лабораторных и производственных экспериментов проводили с использованием метода наииеяыих квадратов. Обработку результатов многофакторных экспериментов и построение уравнений регрессия проводили соглас-

но принятому плану око пери,чента. По результатам комплексного обследована очистках с со ругагиЛ а биоокислителлки били разработали математические модели биохимической обработка зов« я проведен их статистический'анализ с использование!« програм-киого глке*а для. ЭВМ " Stat^rafic5

3 чзтаеотод глава привозятся результата и обсуждение лабораторных исследований особенностей функционирования; денитрифицирующего биоценоза. Были исследсвани адаптация' и трансформация. микроорганизмов активного ила в денитрифицирующий биоценоз и показано, чтс з искусственных условиях можно добиться-высоких скоростей ден.ггр:ф;кации на конце нтриро ванн их азотных субстратах: в мсдельноя воде с исходно* концентрацией нитритов 2 г/л снижение лх до I иг/я проходило менее, чем за сутки. После 2-3-х пересевов активного ал а на катрагсодерхзжуп питательную срзду в биоценозе оставались только денитриЗнкатор;? и сапроритц, что свидетельствует о быстрой адаптации биоценоза к изменяющимся, условиям среди,

Лзучение влияния рН, 3/1, возраста инокулята на де нитрификацию показало, что развитие денитрифицируютого биоценоза прт благоприятных условиях идет достаточно быстро, время" генерации Т составляет 25 жнут, за 16 часов расходуется" аэсь нетраткьй субстрат при начальной его концентрации I,;<б г/л.

Наиболее, благоприятна условия, для развития■ денятри5яка— дли складцваатся. при начальных рН на ни:«е 7,2. Более низкие значения. рН удлиняет лаг-5азу и снижают скорость процесса. Оптимально температурный режим для денитрификации 25-2б°С. Возраст культуру, используяизйся в качестве инокулята, та дао 'значимо влияет на процесс, в частности на длительность лаг-фаза- Определение -возраста посевного материала (при прочих ранних условиях).' показало, что при внесении 1-5 суточных и 21 суточной, культура развитие процесса идет медленнее, чем при использовании культур промежуточных возрастов - 12,17 и ГУ суточных, что вакно для выбора технологического режима деазоы-зации. Экспериментально было показано, что в ходе денэтрифика-ции имеет место снижение БЬ до 150-200 мВ, а после исчэрпа-. нал запасов Nи Nс-течением времени (старением хугь-гуры.)' псяэдявтся;.тееденцияг к нарастании окислительных прочее-

Г2

сов, что вызывает увеличение Sh .

При исследовании влияние органического субстрата на де-нитрифихацяв бвго определено, что по убывание схорости процесса в биоценозе изученные углеродные источники располояагиг.ь в следуыази порядке; сцетат-питрат-сукцинат. Скорость денит-рификации с ацетатом "В 7 раз biíss, чем с цитратом ив ~ 9 раз выше; чек с сукцинаток. Также установлено, что скоиость процесса пряно пропорциональна начальной концентрации Nс^ в среде.

В лабораторных исследованиях была предпринята попытка выяснить вклад азоте од ердавих ионов ( /VH£, ЛФ^, -VOp в развитие денитрифякации р накопительной культуре, в результате чего впервыз установлено, чго в атом биологическом процессе приникает участие асе перечисление Формы азота и для успгвного осуществления. Да нитрификации необходимо найти оптимальные со-стиопения. есох форм в биореакторе.

Числепность бактерий в декатрифицирувЕих биоценозах в ходе процесса мгнчется в оависимости от времени инкубации, возраста и объем инокулпть, колищетвз азотного и углеродного питания. Скорости девитрификаиии в культивируемых денитрнфици-руюздх биоценозах намного провиант таковую в естественных условиях и могут достигать 1^0 иг N ~ час) при численности микроорганизмов кл/нл.

бавпсимость ji¡xcaa де азотизации (У) от количества вносимого денитрифицирующего ила в ¿ сг обкома реактора (Xj), количества вносимых нитритов (X¿) а нитратов (Xj) в г/л и времени ведения процесса (Xj,) в часах имеет вид:

Y - О,ЭЙ8 + 0,Об?7Х2 - 0,G?83Xj - 0,0548Х| . (2)

Анализ этого уравнения показал, что факторы Xj и Х^ оказались незначимыми в принятых хрАницах эксперимента и для успешного ведения деазогизации (удаление /V до 67¿J иЛовоЯ системой возможно использование накопительной культура декитрификагоров в количестве 0,1-1* от обгема биореакг opa при численности бактерий в инокуляте I013- I02t кл/ка, при этом минимальная концентрация клеток денитри^икаторов в биореакторе I0l5~ 10 кл/мя.

При экспериментальном и?учэмаи мнения на процесс денит-рифакацкк различных источников азота ( /VH^, /VCg, /VO3) было

получено, адекватно описывавшее процесс.'уравнение рвгрвсскл для суммарно удаляемого из среди азота, иг/л:

У - 0,2600 * 0,1171 Хх # аа (3)

Х^ - количество вносимого азота в форме Л'Н^, мг/л. Согласно (3) в границах эксперимента. разиитие дзнятрт&икации зависит только от присутствия ионов аммония в средг, анализ поведения которых показал, что количество Л/Н^ в среде нз есть величина постоянная или постепенно изменявшаяся'» сдном направлении. 3 некоторых опытах по истечении 3-х часоз денитри^икацпи наблв-. далось позишенка концентрации ионов в срэдз, но на за счет азота нитритов и нитратов. Возможным объяснением этому может быть следующее: I) высвобождение Ы'Ац- в результате раз' рушения изртвах клеток,. попавзи» вместе с инокуляточ; 2) десорбция, ионов М'Л^ с поверхности илозых частик; 3)■• результат жизнезэятвлькссти азотояксируввдх бактерий или химическое восстановление яз атмосферу.

Аз этих данных следуэг важжй технологический вывод о том, что глубокая нитрификация, сточных вод, приводящая- к дефициту аммония з иловой системе, мокзт стать причиной вторичного загрязнения очягонных вод азотом из атмосферы за счет деятельности азотфиксирувдих микроорганизмов, гипотетически присутствующих в илозых биоценозах. Это, в свов очередь, вызывает необходимость' при анализе работы биологических очистных сооружений деаэотизации для составления обзективной хаса-кгеристийи эффективности и управлением процессом очистки вести контроль по содержанн» всех $ор н не органического азота к учет всех экологических групп микроорганизмов круговорота азота, для чего требуется разработка с о ответствую той экспресс. методики. • •

3 пятой главе приводятся, результаты исследования тявностя работавших технологических схем по очкетка сгочйих вод-от органических к азотсодержащих соединений. Производственные исследования проводились ка базе очистных с о ору;« кий, очааавцкх хозбцговнз сточнце вод в п.Донского г.Новочеркасска (ГРЗС) и производственные оргз&грязкеинне и азотсодор^эдяе вясококонцантрированнйв сточные воды А.0." Н?шнномнесглЛ

Азот" (г.Невинномысск), В качестве биооис дате лей в первом случае технологическая схема вхлвчает биофильтры, во втором - ааротенки.

На основании теоретических я лабораторных исследований по выявлению качественных и количественных взаимосвязей и взаикообусловлвннсстеЯ моаду химическими и михробиологически-ми показателям процессов деазотизации разработана и проверена на практике комплексная изтодика анализа технологических режимов работы биологических очистных сооружений по взаимосвязанным хишчэским и микробиологическим показателям, которая показала применимость для станция с биофильтрами и аэротенка-ми.

В результате комплексного изучения обрабатываемой воды были получены химические и микробиологические показатели, ха-ракгеризуовиэ распределение биохимических процессов по ходу вшу в сооружениях с биофильтрами. СтатистичэсКиЯ анализ и графичэское выражение концентрация Х|1К и /V- показали характерную для сооружения картину локализации микробиологических процессов, которая отличается от теоретичзскоЯ: в воде после биофильтров повышается концентрация органических ве-яеств ~ на 40 мг/л по ХПК, что влечзт за собой незначительное снижение концентрации /УН^ после вторичных отстойников С »-на I мг/л), и снижается численность микроорганизмов, что свидетельствует об ингибаровании биохимических процессов деструкции загрязнений (табл.3).

Таблица Э. Численность микроорганизмов в обрабатываемся воде в сооружениях с биофильтрами

Чис-~-^ ! Исходная! После пер! После био} После вт.

ленностЬ- ^ ^ веда !отс-ков 'фильтров ! отс-коп

м-ов.ы/м* : ! 2 1-71 .4

Аммонификаторы 2.ч'-Юи 9,6-101г ¿.0-1С11 2,0'Ю11 Нитрификаторы 5.7-Ю13 4.3-Ю13 4,3-Ю13 4,3-Ю13 Денитрафикаторы 6,4-1013 1.5;Ю13 Б.6-1С12 4.В-1012

На базе экспериментальных данных были построены адекват-

В

иые катенатические модели для кода ей с туги ни обработки с применением программного пакзта для ЭЕЧ " Sta.tcjra.1icb ". Их анализ позволил выяснить причини недостаточной эффективное та работа сооружений, основная из хоторых - избыточное количество органических веиеста и аммонийного азота в обрабатываемой воде после биофильтров, ингибирувцих биохимические процесса деструкции загрязнений. С целью улучшение офЕвкгивности эксплуатации сооружений был предложен новый способ деазотизации вод, его особенности в том, что очистку ведут в несколько стадий, на каздей из которых используют монофункциональные культуры, развитие которых происходит в результате направления инокулируюаего количества поступавшего на обработку стока или а специальной емкости, для предупреадешя" процессов азотфикса-ции обрабатываемую воду аэрирует.

Применение комплексной методики для анализа эффектитос-ти деазотизации в сооружениях с аэротенками позволило получить прост ранет веннув картину снижения, концентраций, азоте сперзаких ионов по ходу очистки (рис.2А), которая свидетельствует о незаве раеннсюти процессов очистки к моменту выхода обрабатываемой жидкости из сооружений и установить, что биохимические процессы деазотизации характеризуется устойчивой пространственной локализацией в коридорах аэротекка, каадцй процесс имеет свою экологическую нииу. Микробиологический анализ обрабатываемся воды показал присутствие в ней всех групп микроорганизмов круговорота азота и зависимость их количествзнных соотношения от стадии обработки (ркс.2Б). На основе комплексного анализа химических и микробиологических показателей эффективность деазотизации в аэротенках-была интенсифицирована путем пространственного смекения я чередования процессов нитрифика-' ции и дэнитрифякациа з сооружениях за счет изкенения подачи потока свелей порциа сгочних вод, регулирования; кислородного резки® я виделеяия зони для регенерации возвратного ила,.

ОБЩЕ ВЬШОДН

I. Теоретически и оксперяжнтально обосновано, что басдо-течеслая д«нитрифлкация является лимит пруссе И стадией процесса деазотжзациа сточных вся и мешзт быть применена в качество основного управляют го звэна.

N лг/л

30

ю го-

N-N01

N'N41

?кс .2.

точки атсарл

¿'.зшнение химически* (А) и микробиологических {БУ-карадатров обрабатываемой воды г» ходу сооружений с аэротенхами: А) характерная .картина распределения концентраций Л'-Л'^и N-N1^; '.. ■ Б) васпгеделениа' концентраций клеток иикрооргаяиз-мо в* различных экологических групп:

1ч№ни7ря$якагорк,Х'Юри/и*. 2- амкониФихатори, Х-1012кд/мл,

3- азогЬиксаторнД- Ю^о/.чл. Л- иитрн$иглторы,Х-1Сгчкл/мд.

Схена отбора проб: .Арротсяк-дештрИ'Икатор:- 1-начало I кори-дота, 2-конец I коридора, З-сзредине II коридора, ^-середина Л! коридора, 5-кодая 111 коридора. Аэротанк-нитря^икатор: 6-качало I корилора, 7-коноц I .косидора, й-середина II кори-. 9-середвна III коридора, КУ-коиец III коридора Сваход).

2. Опредвлена экологическая роль кикроорганизкоа-азст^и-юсвторов в иловых биоценозах,, трансформирующих азот. Определены фактора,влиявши на развитие процесса азотфикгацга.

Предложены технологические приема ее предотврасзиая;

3. Обоснованы оптимальные-условия роста, и состамен перечень тохнолсгхческч управляемых факторов жиэ недеятельнее-ти всех групп микроорганизмов, осувдстжяящих'трансформации соединения азота.

4. Предпринята попытка установить экспериментально технологические, микробиологические, химические, экологические и кинетические закономерности функционирования денитрифицирующего биоценоза во взаимосвязи с предшествующими стадия;« бнотраисформации соединений азота.

5. Предложена комплексная, методика анализа; технологических розимоз работы очистных сооружениЯ по взаимосвязанным микробиологическим и химическим показателям,

6. Установлено экспериментально, что биохимические процессы деазотизации э ялозих системах очисгннх сооруяений характеризуются, устойчивой пространственной локализацией.

7. Вазработааы рекомзндации по оптимизации технологического режима аэротенкоа на основе, комплексной методики анализа, обрабатываемых вод.

3. Применение нового технологического рзхима аэротенкоз в цехе БХО А,0."Вешнно:<ыссхи1. Азот" позволило повысить эффективность очистки сточных вод от азота нитратного на 20*, аммонийного - на 59%, что оценивается, в 231Ой руб/год предотвращенного экономического ущерба, от загрязнения, водоемов упа-мянутнми веществами (в ценах 1950г.).. Расчетная, годовая; производительность очистных сооружения 28504 тыс. ¡Р. .

Основное'содержание диссертации, агубликовано-. з следующих работах:. ........ _

I. Сернокрнлов Н.С., Сэргизнко Л'.П. Микробиологическое ^ обосновагае процесса;очистки вод. от окисленных форм азота/ Очистка^ природных, и сточных, вод: Сб.науч.тр.-Ростов н/Д:?ост. гос.акад.стр-ва, 1992.- С. 14-21. ■ ■

'2. Сергиенко 1.П., Серпокрцлов Н.С. Комплексная- методика! оцанна и регулирование деазотизации сточных вод.на: станциях: с биооюгслителями/Биология' и биотехнология очистки воды:Тез. докл.конф.,17-13 ноября 1952г.,г.Подтавги-Киев', 1592.-0.46-47.

3. Сергиеико Л.П., Серлохрнлов Н.С. Некоторые закономерности денитрификацик в активном иле.-Новочеркасск,1993.-Sc.-Дэл. з МШШ 17.02.93, 2 54-ХП93.

"4. Заявка Jfc 5 03^107 РФ.ЙШ CD2F.Устройство для биохимической очистки сточных вод и удаления, соединений азота/3.П. Колесников, Б.В.Вильсон, З.К.Гордеев-Гаарикоз, Д.П.Сергиенко,

?03Uü7/26/0IüIJ2; Заязл.28.02.52; Приоритет 26Х'2.Ь,2 (F¿).-Pese низ о выдаче ге тента.

Ь. Заявка S 5067895/13 (036557) ?$, ,'Ш C02F 3/34. Уст- . рояство для биологической счистки сточных вод/Н.С.Серлокрылоа, Л.Л.Сертизнко, А.Б.Тагнров, Л.И.Бззверзенкс.-Приоритет II.GB.ñ (Р§).-Лод сиятельнее реиение.

6. Заяви » ЬЗОЧйбод РФ, Ш C02F 3/34. Способ бколога-vl1 с кся очистки сточных вод с г орга.чп чй с ic: х и аэотседерзагих соединеика/Л.А.Хороаев, В.й.Сзменов, 2 .П.Сергаенко.- Заявл. Iii.u8.S5;Приоритет IÜ.03.&3 (Р*).-Положительное рзгшние.