Снижение токсичности и остаточной загрязненности сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий при различных вариантах биологической очистки (стр. 2 )

При исследованиях моделировались условия очистки сточных вод характерные для ЦБП.

Экспериментальное исследование методом биотестирования проводилось на трех тест-объектах: цериодафниях Ceriodaphnia affinis, водорослях Scenedesmus guadricauda (Turp.) Breb. и инфузориях Paramecium caudatum по методикам определения токсичности воды. Оценка эффективности очистки сточных вод по остальным показателям проводилась с использованием действующих методик.

Экспериментальная часть состоит из 3 разделов.

1. Влияние активных углей на степень очистки сточных вод

Экспериментальным путем выявлялась возможность повышения эффективности биологической очистки сточных вод введением носителя биомассы - активного угля в аэротенки.

Активные угли, используемые для исследования, были получены методом термохимической активации с гидроксидом натрия (NaOH) при следующих условиях:

предварительная выдержка сырья в 3 % фосфорной кислоте; предпиролиз при температуре 450 °С в течение 180 минут; пиролиз при температуре 700 °С в течение 90 минут.

Активные угли получены при одинаковых условиях, но при различной дозировке гидроксида натрия. В таблице 1 представлены результаты, характеризующие выход и свойства активных углей в зависимости от дозировки гидроксида натрия (NaOH).

Таблица 1 – Выход и свойства активных углей в зависимости от дозировки гидроксида натрия (NaOH)

Условное обозначение угля	Доза NaOH, у. е.	Выход активного угля к а. с.с., %	Сорбция по йоду, %	Сорбция по МГ, мг/г
Д11	0,6	24,9	175	347
Д12	0,8	31,2	223	639
Д13	1,0	30,9	222	636
Д14	1,5	25,1	231	643

Исследование проводили на модельном стоке, который готовили из черного щелока, отобранного, как и активный ил, на Соломбальском ЦБК, разбавлением водой 1:100 с последующей нейтрализацией. Продолжительность аэрирования составляла 20 ч., продолжительность отстаивания 1 ч., регенерация ила 3 ч. Таким образом, продолжительность цикла – 24 ч. Количество циклов – 10.

Экспериментальное исследование методом биотестирования проводилось на трех тест-объектах: водорослях Scenedesmus guadricauda (Turp.) Breb., цериодафниях Ceriodaphnia affinis и инфузориях Paramecium caudatum. Из полученных результатов следует, что очищенная вода без разбавления токсична для всех выбранных гидробионтов, и, чтобы получить результаты, тестирование проводили при разбавлениях (рисунок 1).

а

б

в

Рисунок 1 - Изменение степени токсичности воды при очистке с использованием активных углей в различных циклах при тестировании: а - на инфузориях (разбавление 32 раза); б – на водорослях (разбавление 4 раза); в – на цериодафниях (разбавление 8 раз); - цикл 1;  - цикл 3;  - цикл 5;  - цикл 7;  - цикл 9;  - предел токсичности

В результате очистки воды с использованием активных углей количеством 25 мг/л наибольшее снижение степени токсичности наблюдается для углей Д14 и Д13 (до 50 %), то есть биосорбционная очистка  при использовании этих углей эффективна, так как исследуемая вода в данных разбавлениях не токсична для гидробионтов.

Эффективность внесения углей подтверждается результатами исследования степени очистки сточной воды по показателям ХПК и БПК5. Из полученных данных, после 3-х часового аэрирования исследуемых вод (рисунок 2), наблюдается значительное снижение содержания загрязнений, особенно в присутствии АУ № 14 (улучшение по БПК5 и ХПК на 12% и 22% соответственно). Удовлетворительные результаты получены и при использовании АУ № 11 и АУ № 13 (улучшение до 10% и 18% соответственно).

Результаты экспериментального исследования биосорбционной очистки проб сточной воды после 20 часового аэрирования свидетельствуют, что изъятие загрязнений в присутствии АУ № 14 наиболее полно (степень очистки по ХПК и БПК возрастает на 11% и 8%), хотя положительные результаты получены по этим показателям и при использовании остальных марок углей (рисунок 3).

Если сравнить полученные данные после 3-х и 20-ти часов аэрирования, можно сделать вывод о том, что именно в течение первых 3 часов от начала аэрирования

а

б

Рисунок 2 – Очистка сточной воды по показателю (в %): а) ХПК, б) БПК после 3 ч. аэрирования:  - контроль;  - АУ № 11;  - АУ № 12;  - АУ № 13;  - АУ № 14

наблюдается наибольшее изъятие загрязнений из сточных вод во всех опытах, но наиболее интенсивно удаляются загрязнения в опытах с сорбентами.

а

б

Рисунок 3 - Очистка сточной воды по показателю (в %): а) ХПК, б) БПК после 20 ч. аэ-рирования:  - контроль;  - АУ № 11;  - АУ № 12;  - АУ № 13;  - АУ № 14

Наиболее положительно себя зарекомендовали АУ № 13 и АУ № 14. Опираясь на экономические показатели синтеза углей, наиболее предпочтительным из анализируемых углей является уголь Д13, требующий для своего получения значительно меньше гидроксида натрия, вводимого на стадии термохимической активации, чем уголь Д14.

2. Определение эффективности использования селекционного биопродукта в процессе биологической очистки сточных вод ЦБП

Экспериментальным путем производилась коррекция биопопуляции активного ила Архангельского ЦБК (АЦБК) внесением адаптированного биопродукта.

2.1 Динамику изъятия загрязнений в присутствии биопродукта в условиях острых опытов с использованием активного ила 1-й и 2-й ступени (АИ) проводили на следующих стоках АЦБК:

общий сток + активный ил 1-й ступени; общий сток после 1-й ступени + активный ил 2-й ступени; сток с усреднителя + активный ил 1-й ступени; сток с усреднителя + активный ил 2-й ступени; сток III очереди + активный ил 1-й ступени; сток III очереди + активный ил 2-й ступени; сток после 1-й ступени+5 и 10% хозяйственно-бытового стока (ХБС)+АИ 2-й ступени.

Общий сток представляет собой среднесуточную пробу воды, отбираемую через каждые 2 часа перед 1-й и 2-й ступенями биологической очистки. Сток с усреднителя представлен разовой пробой, отбираемой при существующей технологии из лотка на поступление воды в аэротенки 1-й ступени биологической очистки. Дозировку биопродукта варьировали в количестве 20, 30, 40 мг/л, так как по ранее проводимым экспериментам убедились, что повышать дозировку свыше 40 мг/л является нецелесообразным.

Из полученных данных биотестирования на трех тест-объектах следует, что наиболее благоприятно действующей на качество воды общего стока после биологической очистки, аэрируемого с активным илом 1-й и 2-й ступени, является добавка биопродукта количеством 40 мг/л – при этой дозировке токсичности не наблюдается.. В целом даже минимальное количество вносимых штаммов биопродукта (ШТ) оказывает благоприятное действие на очистку стоков (рисунок 4).

Очистка общего стока с активным илом 1-й ступени	Очистка общего стока после 1-й ступени с активным илом 2-й ступени
Рисунок 4 - Сравнение результатов биотестирования и степени очистки по ХПК (%), сточная вода без разбавления общего стока: I - сток после очистки; II - сток с 20 мг/л ШТ после очистки; III - сток с 30 мг/л ШТ после очистки; IV - сток с 40 мг/л ШТ после очистки;  - токсикологический показатель по водорослям, % отклонения от контроля;  - токсикологический показатель по дафниям (хрон.), % отклонения от контроля;  - степень очистки стока по ХПК через 1 ч.;  - степень очистки стока по ХПК через 3 ч.;  степень очистки стока по ХПК  через 8 ч.;  - степень  очистки  стока  по ХПК  через  22 ч.

Положительное влияние селекционного биопродукта подтверждается и при изъятии загрязнений, характеризуемых показателем ХПК (до 4%).

При обработке стока активным илом 2-й ступени результаты биотестирования оказались более высокими, чем с илом 1-й ступени, так как активный ил 2-й ступени обычно работает в условиях, когда из сточных вод изъято около половины всех биологически окисляемых загрязнений.

Вносимые штаммы биопродукта оказывают благоприятное действие на очистку стоков с усреднителя. Проявление токсического характера сточных вод 1-й ступени можно объяснить их изначально сильной загрязненностью, о чем свидетельствует показатель ХПК: сток, аэрируемый с активным илом 1-й ступени более загрязнен, чем сток с илом 2-й ступени (ХПК 690 мг/л и 590 мг/л, соответственно), степень очистки данного стока по ХПК при обработке воды активным илом 2-й ступени оказалась более высокой, чем с активным илом 1-й ступени, но даже в экстремальных условиях работы аэротенков штаммы биопродукта проявляют свою эффективность (рисунок 5).

Очистка стока с усреднителей активным илом 1-й ступени	Очистка стока с усреднителей активным илом 2-й ступени
Рисунок 5 - Сравнение  результатов  биотестирования  и степени очистки по ХПК (%), сток с усреднителя без разбавления: I – сток после очистки;  II –  сток  с 20 мг/л  ШТ после очистки;  III - сток с 30 мг/л  ШТ после очистки;  IV - сток с 40 мг/л ШТ  после очистки;  - токсикологический показатель по водорослям, % отклонения от контроля;  - токсикологический  показатель по дафниям (хрон.), % отклонения от контроля;  - степень очистки стока по ХПК через 1 ч.;  - степень очист-   ки стока по ХПК через 3 ч.;  - степень очистки  стока по ХПК через  8 ч.;  - степень очистки  стока  по ХПК  через  22 ч.

Учитывая полученные данные, было принято решение оценить действие селекционного биопродукта в самых нетипичных условиях очистки сточных вод. Для этого аэрированию был подвергнут один из трех потоков, причем самый загрязненный - сток III очереди предприятия.