Очистка сточных вод фармацевтических предприятий (стр. 3 )

В спиртовом производстве отходом является барда, состав которой зависит от качества используемого сырья (зерно, картофель). Сугубо усредненные данные по основному составу зерно-картофельной барды представляются следующими: вода — 91— 93%, сухой остаток — 7—9%, в составе которого зольность составляет от 6 до 12%, общий азот 21—23%, липиды — 2—8%, целлюлоза— 9—10%, безазотистые экстрактивные вещества — 50—59%. Отжатая или высушенная барда используется в качестве добавок к корму для сельскохозяйственных животных.

В производстве этанола, пива, хлебного кваса используют солод — пророщенное зерно (ячмень, овес, просо, пшеница, рожь — на спиртовых заводах; ячмень — на пивоваренных заводах; рожь и ячмень — в производстве кваса). В процессах получения солода образуются отходы в форме очисток, сплава, солодовых ростков, которые с успехом используются в животноводстве, а также в целях получения ряда биологически активных веществ (прежде всего — ферментов из солодовых ростков).

Качество плотных отходов диктует выбор метода их обеззараживания. Так, патогенные микробы — продуценты сильных ядов (токсинов) должны быть обезврежены полностью, и, поэтому наиболее эффективный способ для этого — сжигание. Если отходом является биомасса клеток стрептомицетов, то их достаточно убить нагреванием с последующим вывозом на фермы, где она может добавляться в корм скоту (например, уплотненный отход в производстве тетрациклиновых антибиотиков, содержащий белки и витамин B12), вноситься в почву в качестве органического удобрения; можно передавать на общегородские очистные сооружения, а также на метановое брожение.

Если по технологической схеме плотные и жидкие отходы подаются в воду в виде смешанного стока, то вначале осуществляют грубое разделение первых от вторых, затем производят отжим влаги с последующей передачей уплотненной биомассы клеток на обезвреживание вышеуказанными путями.

Аналогичным образом подходят к плотным отходам растительного или животного происхождения — токсичные из них сжигают, не токсичные, по возможности, отправляют на утилизацию.

При обезвреживании плотных отходов в микробиологических производствах лишь убиванием необходимо иметь в виду антигенные особенности такой микробной биомассы (способность вызывать образование антител in vivo) — в любом случае необходимо исключить сенсибилизирующее (от лат. sensibilis — чувствительный) действие ее на макроорганизм во избежание возникновения аллергических заболеваний.

В аэротенках очистных сооружений, где происходит обезвреживание жидких отходов, лимитирующими факторами выступают главным образом качество и площадь биологической пленки, состоящей из микрои макрофлоры, микрои макрофауны. В этой связи необходимо быть убежденным, что привносимые плотные отходы, богатые органическими веществами, не приведут к ухудшению работы аэротенков.

При анаэробном метановом брожении практически любые органические вещества (за исключением лигнина) могут выступать субстратами, трансфррмирующимися до метана и диоксида углерода. Метан используют в качестве топлива, углекислоту — в пищевой промышленности в виде "сухого льда". Остающийся плотный остаток после метанового брожения (примерно 40% от первоначального количества) представляет собой гумус, который используют в качестве удобрения при возделывании сельскохозяйственных культур растений. По ориентировочным расчетам (, 1987; А. X. Авизов, , 1987), переработка органических отходов в нашей стране могла бы дать 37 млн. т условного топлива в год. На крупнейшей в стране Московской очистной станции ежесуточно перерабатывается 28 тыс. м3 активного ила с получением 700 тыс. м3 биогаза.

Жидкие отходы в биотехнологических производствах достаточно разнообразны по своему составу. Это объясняется неполным использованием биообъектами компонентов, входящих в состав питательных сред; наличием веществ (кроме целевых метаболитов), секретируемых клетками; присутствием растворителей, используемых, например, для экстракции конечных продуктов, и т. д. Например, сульфитные щелока, образующиеся на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности в результате гидролиза древесины и используемые для выращивания кормовых дрожжей. Они содержат в среднем 50—60% суль-фоната лигнина, 7—8% сахарных сульфокислот, около 18% различных сахаров, 10% диоксида серы, 8% солей кальция. После значительного удаления сульфита и подготовки щелока (разбавление, внесение некоторых питательных ингредиентов) его используют для выращивания адаптированной расы дрожжевых организмов. Образующаяся клеточная масса здесь является целевым продуктом, а отходом — культуральная среда после отделения дрожжей.

Жидкие отходы дрожжевых заводов, где производят дрожжи на мелассном сусле, содержат органические и минеральные вещества (мг/л): этанол — 0,45, углеводы (в том числе — сбраживаемые) — 1,0, общий азот — 0,8, азот неорганический — 0,13, зольные элементы — 5,4. ВПК таких отходов составляет около 20000 частей О2 на 1 млн., то есть примерно столько, сколько и ВПК для канализационных вод. Отходы, образующиеся от 1000 т мелассы, соответствуют бытовым стокам города с населением около 0,5 млн. жителей. Подобные жидкие отходы подвергают микробиологической обработке (анаэробной или аэробной).

Сточные воды бродильных предприятий неравноценны. Так, одни из них могут быть названы условно чистыми, поскольку они почти не отличаются от потребляемой в производстве природной воды (конденсаты, вода из теплообменников). Другие воды являются загрязненными неорганическими и органическими примесями, попадающими 1) от сырья (загрязнения при транспортировке, мойке картофеля, свеклы), 2) от оборудования (мойка технологической аппаратуры). Чистые воды могут быть использованы повторно в технологических процессах, либо направлены в чистые водоемы; загрязненные воды освобождают от механических примесей, а затем направляют на обезвреживание.

В производстве антибиотиков, кроме воды, используют углеводы и углеводистые продукты, масла, соевую муку, кукурузный экстракт, нитраты, соли аммония, серои фосфорсодержащие соединения, возможные предшественники антибиотиков (например, амид фенилуксусной кислоты в качестве предшественника пенициллина; н-пропанол в качестве предшественника эритромицина и т. д.), неорганические кислоты и щелочи, органические экстрагенты и пр.

Отличительной особенностью биотехнологических процессов, основанных на выделении метаболитов из культуралъных жидкостей, является неравновесное соотношение целевого продукта и жидкости (жидкой среды), в которой он содержится (чаще — 1:100, 1:200, то есть 1%, 0,5% и менее). В подобных производствах количество жидких отходов заметно больше, чем плотных. Если последние содержатся в ощутимых количествах в сточной жидкости, то их отделяют, отжимают и обезвреживают (см. плотные отходы).

Сточные воды на госпредприятиях содержат 1—2% органических веществ и 98—99% воды. При использовании микробной обработки таких стоков в аэротенках (например, с участием сапрофитных бактерий из рода Arthrobacter, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia и некоторых других) можно получать ценные микробные удобрения.

В зависимости от качества сточных вод возможна также их очистка до целесообразного уровня (например, получение оборотной воды, реализуемой повторно в том же биотехнологическом производстве). На рисунке ниже представлена схема биологической очистки сточных вод.

Рис. Схема биологической очистки сточных вод (из книги “Основы биотехнологии”, СПб, Наука, 1995)

Растворенные органические вещества можно удалять с помощью активного ила в аэротенках или при аэробной обработке, на биологических капельных фильтрах; нитраты обезвреживают с помощью микробов-денитрификаторов (Pseudomonas spp., Вас. lichemformis, Paracoccusdenitrifleans, Thiobacillusdenitrifleans), соли фосфорной кислоты коагулируют и осаждают. Вновь образующиеся твердые (плотные) осадки концентрируют, обезвоживают (фильтрованием, центрифугированием, отстоем на песчаном слое), а затем сжигают, либо используют в качестве удобрения.

При очистке сточных вод до уровня чистой воды можно выделить следующие фазы: отделение крупных, легко осаждающихся частиц и масляных пленок (грубая очистка), отделение суспендированных частиц и растворенных органических веществ (умеренно тонкая очистка), и, наконец, отделение всех других примесей (тонкая очистка). При грубой очистке воды отделяются частицы размером 100 мкм и более, при умеренно тонкой — от 1 мкм до 100 мкм, при тонкой - от 0,1 нм до 1 мкм.

Тонкой очистки сточных вод последовательно достигают с помощью фильтрации через песчаные слои, хлорирования, фильтрации через активированный уголь, упаривания (жидкостной экстракции, вымораживания, обратного осмоса), ионного обмена. Если в эту фазу образуются осадки (плотные вещества), то их присоединяют к другим осадкам и обрабатывают как сказано выше.

Во всех случаях организации биотехнологических производств необходимо предусматривать раздельные системы стоков — технологических и коммунальных. На данном этапе развития биотехнологических производств далеко не всегда применяют не только тонкую очистку сточных вод, но, более того, известны случаи, когда необработанные стоки от промышленных предприятий поступают непосредственно в водоемы или в почву. В подобных случаях трудно сохранять биологическое равновесие в водоеме — вместо чистой и красивой реки, например, может сформироваться безжизненный, грязный поток жидкости, попадающий в еще больший водоем (озеро, море), где так же могут происходить пагубные изменения.

Биологическое равновесие в природном ("живом") водоеме нарушается за счет следующих факторов:

1) изменения степени аэрации воды,

2) возрастания уровня органических субстратов,

3) изменения количества неорганических веществ (фосфор, сера),

4) изменения рН,

5) изменения температуры.

Степень аэрации воды заметно уменьшается при попадании в нее стоков, содержащих различные вещества, способные "поглощать" растворенный в воде кислород, иначе говоря, способные окисляться.