автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Метод биоочистки токсичных промышленных сточных вод химических производств в целях охраны окружающей среды

РГ6 ОД

2 2 ДЕК 7МК

На правах рукописи

Воронович Наталья Владимировна

Метод биоочистки токсичных промышленных сточных вод химических производств в целях охраны окружающей среды

Специальность 05.14.16 - Технические средства и методы защити окружающей среды (строительство)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Волгоград - 2000

Работа выполнена в АООТ "Каустик" г. Волгоград

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Фомичез В.Т.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Жмур Н.С.,

кандидат технических наук, профессор Ксенофонтов В. А.

Ведущая организация Государственный комитет по охране окружающей среды Волгоградской области

Защита состоится 7 декабря 2000 года в 14 часов на заседании диссертационного совета К 064.63.04 при Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (ауд. 801, корп.. В)-

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан

ноября 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

А а U

Введение

Актуальность проблемы. С каждым годом увеличивается количество новых химических соединений, используемых в жизни человеческого общества. Вместе с этим возрастает опасность загрязнения окружающего пространства как вновь синтезируемыми соединениями, так и отходами их производства.

В настоящее время в мире зарегистрировано более 7 миллионов производимых химических соединений. Число их возрастает примерно на 10% в год, из них около 15% находят то или иное применение в различных областях человеческой деятельности. Например, в США до недавнего времени в промышленность ежегодно внедрялось более 3 тысяч новых соединений, не считая лекарств и пестицидов.

Согласно существующему в нашей стране закону об Охране окружающей среды, каждое вновь создаваемое промышленное производство должно пройти оценку на экологическую безопасность и токсикологические испытания.. В лучшем случае это должно быть безотходное производство, в худшем — решен вопрос по утилизации образуемых сточных вод и производственных отходов.

Очевидно, что детального исследования требуют лишь соединения, имеющие перспективу широкого применения, но первичной минимальной токсикологической оценке должны подвергаться практически все соединения, причем еще на стадии лабораторного синтеза. Только соблюдение этого условия позволяет отобрать наименее токсичные соединения из ряда технологически равноценных веществ и произвести целенаправленный синтез новых продуктов.

Постановка такой задачи определила поиск методов утилизации промышленных сточных вод и отходов, содержащих ядовитые химические соединения.

Метод биологической очистки в аэротенках с использованием культуры микроорганизмов активного ила был первоначально разработан для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Заимствованный у природы, этот метод позволяет (при соблюдении технологических параметров) получить биологически-очищенную чоду высокого качества, а в сочетании с доочисткой в рыбоводно-биологических прудах и перед сбросом в водоемы (культурно-бытового или рыбохозяйственного значения) полностью осуществлять утилизацию загрязнений из сточных вод с дальнейшим безопасным сбросом в окружающую среду.

Развитие промышленного комплекса усугубляет проблему экологической обстановки вокруг крупных предприятий, ставит вопрос о поиске методов утилизации образуемых сложных по физико-химическому составу сточных вод и отходов производств, как актуальнейшую задачу Охраны окружающей среды. В России в качестве экспериментальных и пуско-наладочных работ' решены вопросы сброса на биологические очистные ■сооружения веществ различного происхождения. Установлены такие показатели, как химическая потребность в кислороде (ХПК), биологическая потребность в кислороде (БГЖ) и ориентировочные уровни сброса в системы канализации и далее на биоочистку.

В настоящее время все подходы разрознены и не существует конкретного метода решения проблемы утилизации промышленных сточных вод и отходов и, таким образом, снижения уровня загрязнения природоохранных объектов (водоемы, почва, воздух) в целом по региону.

Нет системы и методологического подхода для оперативного решения вопросов, связанных с методами очистки конкретных синтезируемых новых веществ или веществ-отходов новых промышленных производств на стадии синтеза, перед выдачей исходных данных для проектирования.

Глобально решен вопрос по установлению ПДК в водоемах, но при этом не учтены характерные особенности экологической ниши или так называемого

фона (например р.Волга) при котором эти ПДК будут отличаться от установленных общероссийских в целом.

Далее разработано несколько методов расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС) в водоемы исходя из общих ПДК и степени разбавления, которые, работая для индивидуальных веществ, совершенно не учитывают сумму антропогенного воздействия на водоем в целом (например р. Волга).

Важно при этом отметить тот факт, что на многие установленные ПДК в России отсутствуют методы аналитического контроля с требуемой чувствительностью, что затрудняет определение эффективности утилизации и фона. Так, например, метод йодометрического титрования при определении БПК позволяет выдать точный результат только в концентрации более 6.0 мг/дм3, тогда как ПДК рыбохозяйственного водоема (р.Волга) установлен не более 3.0 мг/дм3.

И, наконец, практически отсутствуют методы установления допустимых концентраций индивидуальных веществ в сточных водах для биологической очистки (ДК) в системе очистных сооружений каждого конкретного предприятия (города).

Предлагаемый метод определения и контроля токсичности веществ и ДКбос сброса на биологическую очистку в аэротенках (биофильтрах) и биологические очистные сооружения в целом нашел практическое подтверждение, так как суммирует все требования к системам очистных сооружений, фоновому составу уже сформированного потока сточных вод, требований к дальнейшему сбросу в окружающую среду, а именно:

- позволяет на стадии синтеза новых промышленных веществ решить проблему утилизации образуемых сточных вод и отходов;

- установить безопасный уровень сброса в окружающую среду с целью дальнейшего мониторинга;

- установить степень биоочистки в смеси со сточными водами различных предприятий для каждых конкретных очистных сооружений;

- установить нагрузку на активный ил аэротенков (биофильтров) очистных

сооружений, с целью дальнейшего проектирования новых производств и для утилизации токсичных веществ, разработки безотходных технологий по схеме!.

Цеха промпредприятия

Промышленное предприятие

I 1. Токсичность или биодостушюсть

2. Установление ДКбос мг\дмЗ .

| и нагрузки кг/суг. ^

Л

1 Биоло! очи соор; г -ические гтные жжения

1

Доочистка

Водный объект

Рыбоводно-био.югические пруды, гиацинт

Оценка суммарной Токсичности по тест-объектам к установление ПДС

Устзноцлснис Г1ДК для экологической ниши региона (р. Волга)

Схема 1. Комплексная схема биоочистки промышленных сточных вод с применением контроля и оценки степени токсичности.

Разработка методики, позволяющей достоверно установить ДК сброса различных химических веществ на каждые конкретные сооружения, для каждого конкретного региона - является основой в установлении норм

экологической безопасности при разработке новых технологий получения химических веществ различных классов

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов защиты рек, озер и атмосферного воздуха от загрязнений, связанных со сбросом токсичных сточных вод в водные объекты, посредством использования технологии биоочистки токсичных промышленных сточных вод химических производств.

Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

- обоснование метода установления степени токсичности для химических веществ с последующим установлением технологических параметров их утилизации активным илом биологической очистки;

- исследование и анализ связи химической структуры веществ по классу химических соединений со степенью биодоступности или токсичности для полного извлечения из сточных вод;

- разработка метода установления норм допустимых концентраций (ДК) для биоочистки по изменению активности ферментов-дегидрогеназ аэробных микроорганизмов ила;

- разработка схемы комплексной технологической реализации процесса биоочистки токсичных химических веществ различных классов.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены зависимость активности ферментов-дегидрогеназ активного ила биоочистки от химической структуры химических веществ различных классов при совместной очистки биологическим методом;

- получены динамические характеристики окислительных процессов, проходящих с участием ферментов активного ила, определяющие зависимость

регулируемых технологических факторов от концентрации «токсичных» химических веществ и технологических параметров биоочистки,

- впервые детально разработана и метрологически аттестована методика определения активности ферментов-дегидрогеназ, позволяющая с высокой точностью получать достоверную информацию при установлении ДК;

- впервые разработан метод установления ДКБОс Для токсичных сточных вод с последующей их утилизацией методом биологической очистки а аэротенках биологических очистных сооружений перед сбросом в водные объекты.

Практическое значение:

- разработана и внедрена в производство комплексная схема утилизации химических веществ различных классов методом биологической очистки;

- предложена и внедрена в производство методика, позволяющая с высокой точностью установить ДК и технологические параметры биоочистки;

экспериментально установлены и практически подтверждены ДК утилизации ряда химических, в том числе токсичных веществ, присутствующих в промышленных сточных водах, которые ранее не утилизировались;

- определены оптимальные условия для достижения высокой окислительной мощности биологических очистных сооружений.

Реализация результатов работы:

- ОАО «Химпром» на основе результатов работы установлены ДК сброса химических веществ на биоочистку с целью дальнейшей утилизации до ПДК водоемов культурно-бытового назначения;

- АООТ «Каустик» - разработана система технологии переработки токсичных сточных вод вновь разрабатываемых технологий на стадии синтеза, позволяющая решать вопросы экологически эффективной утилизации отходов на стадии проектирования новых производств;

- АООТ «Каустик» - на основе метода разработана технология реконструкции биологических очистных сооружений южного промузла с целью

полного извлечения химических веществ и доведения биологически очищенных сточных вод до ПДК водоемов рыбохозяйственного значения;

- методика измерения ДАИ прошла испытание в ЦСИ Минэкологии и рекомендована для включения в Государственный реестр природоохранных методик РФ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: XV Менделеевском съезде «Химические проблемы экологии» (г.Минск, 1992г.); Международной научно-практической конференции «Строительство 2000» (г.Ростов-на- Дону), XI Всеросийском совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (г. Киров, 2000 г.)

Публикации. Основные результаты работы изложены в 6 публикациях и в 7 научно- технических отчетах.

На защиту выносятся:

- теоретическое и технологическое обоснование возможности реализации, динамические и основные технологические параметры окислительных процессов биоочистки с участием ферментов;

результаты экспериментальных исследований, определяющих безопасный концентрационный уровень сброса токсичных химических веществ;

принципиальную комплексную схему утилизации различных химических веществ, в том числе вновь синтезируемых, методом аэробной биоочистки активным илом;

- результаты установленных ДКЕОс 32 веществ и ориентировочных безопасных концентрационных уровней соединений токсичных веществ, из них для сточных вод 7 производств, 10 ранее не установленных и 19 ранее известных, но не совместимых с остальными потоками сточных вод;

- методика установления биодоступности или токсичности химических веществ различных классов по изменению активности ферментов-дегидрогеназ активного ила биоочистки.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка литературы и приложений. Общий объем работы 173 страниц, в том числе 162 страницы основного текста, включая 8 рис., список литературы из 117 наименований, 3 приложений.

Содержание работы

Во введении отражена актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, их научная новизна и практическое значение.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы методов утилизации токсичных сточных вод и отходов промышленных предприятий с целью охраны окружающей среды.

Экологическая безопасность и здоровье населения предполагает острую необходимость в разработке универсальной практической системы оценки качества с последующей очисткой вновь синтезируемых химических веществ или токсичных сточных вод.

Функционирующая в настоящее время система контроля качества вод основана на определении аналитическими методами содержания отдельных компонентов и сопоставлении их с предельно-допустимыми концентрациями (ПДК). Однако, при этом не учитываются многие исходные вещества, продукты производства, присутствующие во всех сточных водах, а также промежуточные, образующиеся в процессе биохимического окисления, и продукты метаболизма, которые в большинстве случаев могут быть более токсичны, чем исходные вещества.

Такая система контроля не обеспечивает учета всего многообразия загрязняющих веществ и не дает полного представления о возможных последствиях сброса сточных вод для гидробионтов и экосистемы водного объекта в целом.

В данной работе предлагается универсальная практическая система биоиндикации на действие токсичных веществ для биологических очистных сооружений, определяя изменение активности ферментов-дегидрогеназ активного ила перед подачей в систему биоочистки и в процессе биоочистки.

Большая часть химических реакций, протекающих в организме, регулируется ферментами (или энзимами) - белковыми молекулами, выполняющими функцию катализаторов. Сам фермент, во время прохождения реакции, стойких изменений не претерпевает и, по ее окончании, не входит в состав конечных продуктов.

Все ферменты синтезируются живой клеткой и, как типичные биокатализаторы, высокоспецифичны, т.е. катализируют строго определенные типы химических реакций или взаимодействуют с определенными субстратами (с одним или несколькими видами молекул).

Фермеиты-дегидрогеназы относятся к классу оксиредуктаз и катализируют процесс окисления субстрата путем его дегидрирования:

Субстрат (Б), отдающий водород, является донором, а фермент (Е), его принимающий, - акцептором. Фермент, принявший водород, передает его дальше - сложному органическому соединению - трифенилтетразолию хлористому (ТТХ), превращая его в бесцветную окисленную форму — формазан:

БНг + Е —> ЕН2 + Б (О

субстрат фермент

N_N - С6Н5

N МН-С6Н5

N М-С6Н.

14 - ь6п5 Формазан

Роль дегидрогеназных систем в окислительных процессах представлена на рис 1.

Рис.1. Дегидрогеназная система в окислительных процессах

Во второй главе рассмотрены особенности поведения микроорганизмов в процессе утилизации токсических субстратов и субстрат-ядов, предложен метод оценки.

Характер действия любого токсического соединения зависит от его концентрации. Поэтому, основным является вопрос о реакции микроорганизмов, на определенную концентрацию субстрата-яда в среде.

Скорость роста микроорганизмов также пропорциональна концентрации субстрата, но, в этом случае, зависимость сложнее. Графически она представлена кривой, напоминающей гиперболу (рис.2). Следовательно, после возрастания концентрации до определенного уровня скорость роста далее сколь-либо заметно не увеличивается.

Такая зависимость характерна для любой гетерогенной системы, в которой установилось динамическое равновесие между поступлением и удалением конкретного компонента при его различных концентрациях, что описывается изотермой Лангмгора. В биологии эта зависимость хорошо характеризуется уравнением Михаэлиса—Ментен для ферментативных реакций.

Для нетоксических субстратов, как правило, константа насыщения низка, и поэтому скорость роста в широких пределах не зависит от их концентрации.

Переход от фазы экспоненциального роста к фазе замедленного роста происходит при снижении концентрации субстрата на 90% и более.

Рост микроорганизмов в средах, содержащих субстраты-яды, в общем подчиняется этим же закономерностям, однако, при этом наблюдаются отклонения, имеющие принципиальное значение. Эти отклонения выражены тем четче, чем токсичнее субстрат.

Известно, что при наличии в среде токсического соединения наблюдается либо торможение роста, либо гибель культуры. При торможении роста либо возрастает время генерации, но рост остается экспоненциальным, либо культура переходит к линейному росту, либо рост тормозится полностью. На рис.2 графически представлено изменение скорости роста микроорганизмов при возрастании концентрация субстратов в среде. Зависимость скорости роста от концентрации нетокснческого субстрата выражается кривой А. Зависимость от концентрации субстратов-ядов возрастающей степени токсичности схематически можно представить кривыми типа Б, В, Г, Д.

Во-первых, максимальная скорость роста на субстратах-ядах может быть значительно ниже, чем наблюдаемая при росте этого же микроорганизма на нетоксических субстратах.

Во-вторых, кривые роста характеризуются отсутствием плато, когда скорость роста не зависит от концентрации. Вместо этого наблюдается пик максимально возможной скорости роста. Концентрация субстрата-яда, при которой наблюдается максимальная скорость роста, называется критической

(^крит)-

В-третьих, скорость роста при возрастании концентрации субстрата-яда до определенного предела возрастает, но медленней, чем в случае нетоксического субстрата. Нетрудно заметить, что по мере возрастания степени токсичности субстрата-яда его критическая концентрация, а в некоторых случаях и константа насыщения К5 (К5 численно равна такой концентрации субстрата, при которой скорость роста культуры равна половине максимальной) все более снижаются. Они могут достигать столь

низких величин, что практически весь субстрат будет расходоваться на энергию поддержания. Возможно, что

Рис. 2 Зависимость скорости роста микроорганизмов от концентрации нетоксических (А) и токсических источников питания (Б—Д)

5 — концентрация источника питания; ц — удельная скорость роста

этим объясняется парадоксальная ситуация: - при исследовании наблюдается полное исчезновение данного токсического соединения в естественных условиях, выделить же микроорганизм, осуществляющий этот процесс, не удается. Вышеперечисленное четко отслеживается в эксперименте при исследовании химических веществ различных классов по изменению активности ферментов-дегидрогеназ активного ила аэробной биоочистки. В процессе кометаболизма, так же как и при биотрансформации, исчезают одни соединения, но накапливаются другие, зачастую не менее опасные. Кардинальное решение проблемы очистки заключается в разработке условий, приводящих к полной минерализации подобных соединений. Именно поэтому неоднократно подчеркивается, что необходимо вести работу по определению условий (в т.ч. ДК) доя микроорганизмов, утилизирующих стойкие синтетические соединения.

Вне всякого сомнения, неизмеримо больше шансов стать естественным компонентом сложных динамических систем имеют такие микроорганизмы,

которые способны утилизировать данное соединение. Только в этих условиях они получают возможность размножиться и закрепиться, так как синтетическое соединение будет служить для них источником питания, т. е. фактором отбора.

Весьма интересной и важной является проблема стабильности таких смешанных популяций, особенно при их интродукции в есгсственныс биоценозы. Эта проблема экспериментально не исследована. Микробиологические методы охраны окружающей срсды от загрязнения синтетическими токсичными органическими соединениями являются наиболее перспективными, а в ряде случаев единственно возможными. Поэтому знание физиологических аспектов утилизации таких соединений,(на чем построен предлагаемый метод по изменению активности ферментов-дегидрогеназ) имеет решающее значение.

В сточные воды АООТ «Каустик», ОАО «Химпром», нефтеперерабатывающего, судостроительного, сталеповолочнокзнатного заводов, подаваемые на биологические очистные сооружения Южного пром.узла г. Волгограда попадает более 140 различных соединений, из них идентифицировано около 100, по которым классифицированы примеси сточных вод предприятий на соединения, служащие источником питания для микроорганизмов, утилизируемые в ходе соокисления, кометаболизма, биотрансформации и соединения биологически стойкие.

В главе 2 рассмотрен факт влияния химической структуры органических соединений на процесс биохимического окисления.

Задачей данной разработки является создание методики, позволяющей оперативно контролировать токсичность производственных сточных вод, поступающих на биологические очистные сооружения, устанавливать допустимые концентрации и нагрузки. При этом, в качестве основных требований предъявляемых к методике выбираются:

1. Оперативность контроля.

2. Простота интерпретации результатов.

3. Простое экспериментальное оборудование, позволяющее применить

методику не только в условиях исследовательской лаборатории, но и на действующих очистных сооружениях.

4. Оценка влияния токсиканта, как на процесс С-окисления, так и на другие процессы жизнедеятельности ила.

Токсичность химических веществ зависит от физико-химичеких свойств исследуемой среды. Так, воздействие их на микроорганизмы будет различным по силе в чистой воде и в воде, имеющей солевой фон. Так, например, на основе практических данных за период 1990 - 2000 гг выявлена закономерность воздействия токсикантов на активный ил БОС АООТ «Каустик».

В предлагаемом методе практически установлены (стандартизированы) следующие параметры проведения испытаний при установлении ДК: В предлагаемом методе практически установлены (стандартизированы) следующие параметры проведения испытаний изменения активности ферментов-дегидрогеназ от состава сточных вод и структуры индивидуальных веществ:

1) температура ила и исследуемой воды при постановке опытов при интервале Т=(25 ±5) °С, не должны отличаться более чем на 0.5 °С и;

2) Водородный показатель рН исследуемой сточной воды и субстрата не должны отличаться более чем на 0.1 ед рН;

3) Доза вносимого для опытов ила = 2±0.1 г/дм3'

4) Для представления о сложившемся биоценозе активного ила провести санитарно-химическую характеристику (желательно не менее чем за период 3-х лет), определить интервал колебания химического состава субстрата, дающего отклонения в результатах определения токсичности. В главе подробно рассмотрены существующие на сегодняшний день методы определения токсичности с применением различных методов, гидробионтов, аппаратуры. Приведена сравнительная оценка используемых тест-объектов инфузорий, водорослей, бактерий, рыб, ракообразных и т.д.

Методика определения ферментативной активности с трифеннл-тетразолием хлористым (ТТХ) впервые разработана в ВКХ им. Памфилова. На основе предложенной реакции впервые предлагается метод установления допустимых концентраций для биоочистки (ДКгюс), впервые техника постановки опыта стандартизирована, метрологически аттестована с целью получения достоверных результатов.

В главе 3 приведены результаты практических испытаний, которые позволили не •только принять в систему биологической очистки вновь синтезируемые вещества, но при этом обосновать установленные допустимые концентрации (ДК) и ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) для активного ила биологической очистки исходя из «отсутствия» в биологически-очищенной сточной воде.

В ходе экспериментальных исследований получены следующие фактические закономерности, позволившие с высокой степенью точности и достоверности установить ДКбос для биологической очистки:

1) В определенном диапазоне концентраций активность ферментов прямо-пропорциональна увеличению концентрации исследуемого субстрата;

2) В определенном диапазоне концентраций активность ферментов не зависит от концентрации исследуемого субстрата. Графически это выражено в виде плато, в середине которого установлено ДК, так как остальные концентрации дают возможность, при изменении ьагрузки, не приводить к аварийной ситуации;

3) В определенном диапазоне концентраций активность ферментов обратно-пропорциональна конценрации исследуемого субстрата, показывает увеличение токсичности или снижение биодоступности;

4) Высокие концентраций субстратов тормозят активность ферментов в клетке, т.е. разность между нетоксичным и токсичным субстратом стирается. Графически кривая активности ферментов из области биодоступности переходит в область токсичности;

5) Отсутствие плато на кривых характерно для действия субстрат-ядов. ДК при этом называется критической.

Изменение технологических условий получения активного приводит как к повышению окислительной мощности и полной утилизации токсичных веществ за счет выращивания адаптированной специфической микрофлоры, так и ингибирует развитие ферментов-катализаторов активного ила с последующим ухудшением и прекращением биодсструкции веществ.

Результат, полученный в ходе отработки методики, при добавлении в качестве токсичного субстрата раствора, содержащего С г6' и Р^2^ и биодоступного исследуемого соединения - фенилметилпиразолона, показан на рис 3. При интерпретации графика можно заключить:

I. Сточные воды, содержащие ионы хрома и ртути - токсичны для активного ила БОС. Кривая активности ферментов характеризует действие субстрат-яда на активный ил биоочистки, при котором активность ферментов резко тормозится.

2. Концентрация ртути в подаваемых на биологическую очистку сточных водах (с содержанием солей 2-4 г/дмЗ) должна быть не более 0.0005 мг/дм3; хрома (VI вал) не более 0.0075 мг/дм3. На фоне дистиллированной воды токсичное действие снижается в 2 раза.

3., Концентрация растворенного кислорода не играет существенной роли в чувствительности активного ила к данному токсиканту.

4.Фенилметилпиразолон полностью окисляется в процессе биоочистки в аэротенках. Существует интервал концентрации (плато), при которой колебания в нагрузках не вызовут аварийной ситуации

5. Высокие концентрации субстратов фенилметилпиразолона тормозят активность ферментов в клетках бактерий, т.е. разность между нетоксическим и токсическим действием стирается и графически кривая активности ферментов показывает ее снижение при определенной концентрации. На основе экспериментальных данных- получены следующие фактические закономерности,

позволившие с высокой степенью точности и достоверности установить ДК для биологической очистки:

Токсичность

100%Биодоступность

Рис.3 Изменение активности ферментое-дегидрогеназ при воздействии соединений хрома и ртути на активный ил:1- нитрат ртути в диет., воде; 2- нитра ртути на фоне сточных вод; 3- бихромат качин на фоне диет, воды; 4-бихромат калия на фоне сточных вод; 5-фетишетилпиразолон (ФМП) на фоне диет, соды; б — ФМП на фоне сточных еод.

1) Идеальной биодеструкцией активным илом, имеющим параметры, установленные для эффективной биологической очистки в аэротенках, обладают следующие вещества:

- бутанол; фенилметилпиразолон; бензойная кислота; фениламин; изопропиловый спирт; бензиловый спирт; бензагьдегид; фенол; натрий лимоннокислый;

2) Активность ферментов активного ила, имеющего параметры, установленные для эффективной биологической очистки в аэротенках, увеличивается на фоне фактического потока сточных вод и частично адаптированного активного ила, в присутствии следующих веществ:

- 2-этилгексанол; изоамиловый спирт; метанол; этанол; крезолы;

трихлоруксусный альдегид; хлористый бутил; трихлорэтан;

четыреххлористый углерод; хлористый бензил;

3) Действие рибофлавина, рибофлавина мононуклеотида, формалина на активный ил непредсказуемо - так ОБУВ для формалина 80 мг/дм3 при установившемся ДК - 40 мг/дм3. Но, в результате установлено, что для этих веществ требуется подход к селекции микроорганизмов, способных утилизировать стойкие синтетические соединения. Адаптация способствует появлению нового фермента, катализирующего окисление группы аналогичных соединений и продуктов такого превращения, которые бы явились субстратами ферментов подготовительного метаболизма, уже имеющегося у микроорганизма.

4) фаза снижения активности ферментов отмечена для следующих веществ:

- фенидон, пиридин, ацетонитрил, базудин, фенилгидразин, ртуть, хром, дихлорэтан, хлористый метилен, трихлорэтилен.

По результатам исследований изменения активности ферментов-дегидрогеназ установлено:

- чтобы использовать определенное соединение в качестве единственного источника питания, микроорганизмы активного ила должны синтезировать и поддерживать в активном состоянии специальную систему ферментов;

- при работе с микроорганизмами активного ила биоочистки не наблюдается прямая корреляция между химической инертностью и биологической стойкостью органических соединений;

- большинство ферментов активного ила биоочистки осуществляет подготовительный метаболизм и катализирует превращение не одного, а ряда аналогичных соединений, например спиртов;

- эффективность биоочистки с участием ферментов зависит от условий,

необходимых для образования и роста бактериальных клеток , т.е. оптимум по температуре, 02, нагрузке по биогенным элементам и точный расчет по токсичным веществам;

- в результате наблюдения за активностью ферментов-дегидрогеназ в активном иле биоочистки установлено влияние фона сточных вод уже сформированного потока сточных вод на биодеструкцию нового синтетического вещества. Так, в некоторых случаях особенно при утилизации хрома, ртути солевой фон ингибирует активность ферментов и установленная ДК для биоочистки меньше справочной по РФ и, наоборот, в случае утилизации спиртов;

- введение галогенов в молекулу органических соединений приводит к заметному возрастанию их биологической стойкости. Практические исследования подтверждают тот факт, что необходимо дальнейшее исследование по подбору оптимальных условий для получения микроорганизмов, способных утилизировать гапогеносодержащие органические соединения, изучение их специфичности, условий биосинтеза, максимальной активности ферментов подготовительного метаболизма;

- для деструкции трудноокисляемых соединений требуется увеличение времени контакта от 10 до 50 суток и адаптация. Отмечено, что адаптированный активный ил нивелирует залповые сбросы и повышает концентрацию этих веществ, если они не превышают плато неизменяющейся активности, отмеченное от ДК до ОБУВ, выявленных графически в главе 3.

В главе 4 проведено технико-экономическое обоснование предлагаемого метода биоочистки токсичных сточных вод.

Необходимо учесть тот важный факт, что природоохранные капитальные вложения возвращаются здоровьем трудящихся, здоровьем нации. Огромную роль в этом отношении призваны сыграть комплексные системы очистки сточных вод. В этом аспекте с экономической стороны очень важен тот факт, что в комплексе биоочистка - как экосистема, самая выгодная в сравнении со строительством локальных установок, но выгодная при правильном подходе к

нормированию и расчету нагрузок и при условии имеющейся схемы и метода расчета.

Рассматривая предлагаемый метод совокупной очистки нельзя не отметить стоимость 1 тыс. м3 сточных вод с применением различных очистных сооружений.

Так, например, стоимость очистки промышленных сточных вод от тяжелых металлов физико-химическим методом составляет 80,0 тыс. руб. за 1 тыс. м3, методом биоочистки 2046 руб. по ценам на 01.08.2000 г. по Южному промузлу г. Волгограда.

Технология очистки сточных вод от спиртов, ацетона с применением биофильтра увеличивает стоимость 1 тыс. м3 сточных вод до 6 тыс. руб., так как снижает содержание основных компонентов лишь в два раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ:

Установка- норм экологической безопасности при разработке новых технологий получения химических веществ различных классов, должна базироваться на методике, позволяющей установить ДК сброса на каждые конкретные сооружения, для каждого индустриально-экономического региона.

- Экологическая безопасность и здоровье населения, как результат воздействия крупных химических предприятий в черте города, предполагает острую необходимость в разработке норм антропогенных нагрузок с помощью создания универсальной практической системы биоиндикаторов на действие токсичных веществ.

- Различные приборы и методы биотестирования, которые основаны на единичном факторе тест-объекта (рыбах, ракообразных, инфузорий, водорослей) не позволяют судить о свойствах сточных вод и степени предполагаемой очистки биологическим методом.

- Опыт биотестирования промышленных сточных вод свидетельствует о

том, что для организации эффективного токсикологического контроля многокомпонентных сточных вод (подаваемых на очистку и отводимых в водные объекты) целесообразнее использовать несколько методов, основанных на различных реакциях тест-обьектов в связи с отсутствием универсальности в-их чувствительности (по предлагаемой схеме 1).

Эффективность биологической очистки напрямую связана с активностью ферментов и факторами, на них влияющими. При оптимальном соотношении факторов многие легкоокисляемые органические вещества подвергаются полному распаду на углекислый газ и воду. В случае изменения этих условий процесс биологического окисления происходит не полностью или ингибируется, что прямо зависит от активности ферментов-дегидрогеназ. Эффективность биоочистки с участием ферментов зависит от условий необходимых для образования и роста бактериальных клеток, т.е. оптимум по температуре, количеству растворенного кислорода, нагрузки по биогенным элементам и точный расчет по токсичным веществам;

- В результате анализа массива экспериментальных данных разработана впервые метрологически аттестована методика выполнения измерений активности ферментов-дегидрогеназ. Данные результатов аналитических исследований позволили установить степень токсичности и биодоступности различных синтетических веществ, выводимых с -оомсточными водами, с требуемой степенью точности и достоверности;

- В результате наблюдения за активностью ферментов-дегидрогеназ в активном иле биоочистки установлено влияние фона сточных вод уже сформированного потока сточных вод на биодеструкцию нового синтетического вещества, так в некоторых случаях, особенно при утилизации соединений хрома, ртути - солевой фон ингибирует активность ферментов и установленная ДК для биоочистки меньше справочной по РФ и катализирует в случае утилизации спиртов;

- Введение галогенов в состав органических соединений приводит к

заметному возрастанию их биологической стойкости. Практические исследования подтверждают тот факт, что необходимо дальнейшее исследование по подбору оптимальных условий для получения микроорганизмов способных утилизировать галогеносодержащие органические соединения, изучения ферментов подготовительного метаболизма, их специфичности, условий биосинтеза и максимальной активности.

- Изменение технологических условий получения активного ила может привести как к повышению окислительной мощности и полной утилизации токсичных веществ за счет выращивания адаптированной специфической микрофлоры, так и ингибировать развитие ферментов-катализаторов активного ила с последующим ухудшением и прекращением биодеструкции веществ.

- Установленные ДК на 32 химических вещества обследованы на фоне сформированного потока реальных сточных вод позволили не только утилизировать вновь образуемые сточные воды, но и оптимизировать технологический процесс биоочистки, полностью исключив аварийную ситуацию, связанную с залповыми сбросами.

Установлены точки допустимых концентраций по воде (ДКВ), допустимых концентраций для сточных вод (ДКг>ос), ориентировочные безопасные уровни для сточных вод при возможных залповых сбросах, повышения нагрузки, которые снижают активность ферментов, но еще не оказывают токсического действия (ОБУВ).

Основное содержание работы изложено п следующих публикациях:

1. Воронович Н.В. Метод установления допустимых концентраций /Менделеевский съезд. «Химические проблемы экологии» — Минск, 1993г. -стр354/;

2. Воронович Н.В., Попова Е.В., Котов И.И. Деструкция трудноокисляемых органических соединений промышленных сточных вод анаэробным методом /Мат-лы Между1тр.научн:прает.конф. Строительство - 2000. - Ростов-на-Дону, 2000г.-с.39-40/;

3. Воронович Н.В., Кошелева Н.М., Попова Е.В.. Метод экологического контроля в установлении допустимой концентрации (ДК) вредных веществ в промышленных сточных водах при приеме на биологическую очистку в аэротенки./Мат-лы Междунар.научи,-практ.конф.Строительство - 2000. -Ростов-на-Дону, 2000г.-с.41 -42/;

4. Котов И.И., Кононец А.Я., Воронович Н.В., Налимова С.С., Научно-технический отчет о проведении пуско-наладочных работ по биологической очистке сточных вод сталепроволочного канатного завода в системе биологических очистных сооружений ВПО «Каустик». НТО № 6-03-1-91.-Волгоград, 1991г.

5. Воронович Н.В., Котов И.И., Налимова С.С. Временные допустимые нормы сброса промышленных сточных вод В1ТО «Химпром» на биологические очистные сооружения ВПО»Каустик». НТО Л«6-03-2-92.-Волгоград, Совет Всесоюзного общества рационализаторов и изобретателей ВПО «Каустик» 1992г.

6. Воронович Н.В. Котов И.И. Технический отчет о проведении пуско-наладочных работ по биологической очистке части общего промстока ВПО «Химпром» на замкнутой отдельной технологической линии БОС ВПО «Каустик». НТО № 6-03-3-92.-Волгоград , Совет Всесоюзного общества изобретателей и рационализаторов АООТ «Каустик», Областной комитет охраны природы г.Волгограда, 1992г.

7. Котов И.И., Воронович Н.В., Налимова С.С. Предельно-допустимые нормы сброса промышленных сточных вод малотоннажного производства витаминных препаратов Акционерного Общества «Химфарм» На биологические очистные сооружения. НТО № 6-03-4-92.-Волгоград АООТ «Каустик», 1992г.

8. Воронович Н.В., Налимова С.С. Предельно-допустимые нормы сброса ингредиентов в сточных водах производства фенилметилпиразолона на биологические очистные сооружения.

НТО № 6-03-5-92,-Волгоград АООТ «Каустик», 1992г.

9. Котов И.И., Воронович Н.В. Допустимые концентрации и условия сброса промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод на биологические очистные сооружения АООТ»Каустик» Южного промузла г.Волгограда АООТ «Каустик». НТО № 6-03-6-94,- Волгоград, АООТ «Каустик», Волгоградский городской комитет охраны природы, 1994г.

Ю.Котов И.И., Воронович Н.В. Научно-технический отчет по интенсификации работы биологических очистных сооружений (БОС) с использованием прикрепленных на загрузке микроорганизмов. НТО № 6-03-7-94.-Волгоград АООТ «Каустик», 1994г.

П.Котов И.И., Воронович Н.В., Попова Е.В., Налимова С.С. Разработка технологии реконструкции БОС АООТ «Каустик» с целью доведения качества очищенных стоков до требований сброса в рыбохозяйственные водоемы и выдача исходных данных на проектирование. НТО № 6-03-8-94.-Волгоград АООТ «Каустик», Волгоградское отделение Российской экологической академии, 1998г.

12.Воронович Н.В. , Фомичев В.Т. Обезвреживание отработанных растворов гальванического производства на установке очистки ртутьсодержащих сточных вод. // Мат-лы XI Всеро сийского совещания «Совершенствование технологии гальванических покрытий», Киров, ВТТУ, 2000 г-с. 45-46/