ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПТИЦЕФАБРИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПТИЦЕФАБРИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ

Тонких Анатолий Константинович

ст. науч. сотр., канд. биол.наук, Институт микробиологии АН РУз,

Узбекистан, г. Ташкент

Верушкина Ольга Антоновна

мл. науч. сотр., канд. биол.наук, Институт микробиологии АН РУз,

Узбекистан, г. Ташкент

Ишанходжаев Тахир Мухитдинович

ст. науч. сотр., канд. биол.наук, Институт микробиологии АН РУз,

Узбекистан, г. Ташкент

Ахмедова Захро Рахматовна

д-р биол. наук, проф., Институт микробиологии АН РУз,

Узбекистан, г. Ташкент

Одним из приоритетных направлений природоохранной биотехнологии на современном этапе является разработка мер по предупреждению загрязнения природных водоемов стоками сельскохозяйственных производств и промышленных предприятий.

В Узбекистане в настоящее время интенсивно развивается птицеводство – имеется более 40 крупных птицефабрик и более 3000 небольших фермерских хозяйств. Сегодня в республике выращивается 81 млн голов птицы. Из них 35 млн голов – в промышленных условиях.  При выращивании птицы и получении коммерческих продуктов из неё, расходуется много воды. Например, для обработки одной бройлерной птицы весом 2 кг используется от 5 до 10 литров чистой воды, а при обработке тушки индейки расходуется более 40 литров воды. В результате, на различных птицефабриках образуется от 200 до 3500 м³/сутки сточных вод, которые необходимо очищать.

Методы очистки зависят от характера стоков. Обычно фекалии смывают отдельно, их разделяют сепаратором на твердую и жидкую фракцию. Твёрдую фракцию складируют на поля, а вода биологически доочищается в прудах. Стоки от цеха убоя и переработки характеризуются высокими значениями ХПК (химическое потребление кислорода) до 1500 мг/л, БПК (биологическое потребление кислорода) до 750 мг/л, взвешенных веществ до 800 мг/л, жиров до 200 мг/л, азотсодержащих веществ до 2000 мг/л, фосфоросодержащих веществ, а также патогенных микроорганизмов. Поэтому для очистки этих стоков используют механическую очистку (песко-жироловки), физико-химическую очистку (флотаторы), биологическую очистку (аэротенки, биофильтры, отстойники), установку обеззараживания ультрафиолетовым излучением.

Биологическая очистка - это удаление органических загрязнений под действием микроорганизмов (инфузорий, амёб, коловраток, аэробных и анаэробных бактерий, микроводорослей, грибов и т.д.). Окончательным продуктом переработки являются Н₂О, CO₂, СН₄ и возобновлённый активный ил, содержаший минеральные формы биогенных элементов (N, P, K), который используется в качестве удобрений.  При этом снижаются показатели ХПК и БПК.

Сооружения биологической очистки условно делят на два типа:

- сооружения, в которых процессы протекают в условиях, близких к естественным; к ним относятся поля фильтрации и биологические пруды;

- сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях; такими сооружениями являются биофильтры и аэротенки.

В климатических условиях Узбекистана биологический метод очистки сточных вод можно активно применять 8-10 мес. в году, доводя степень их очистки до 90-99%.

Для ускорения очистки сточных вод в биологических прудах можно использовать водоплавающие (ряска, пистия, эйхорния и др.) и водно-прибрежные (камыш, тростник и др.) высшие растения.

По данным литературы неспецифически ускорять развитие многих микроорганизмов и растений можно с помощью электромагнитных воздействий. Целью настоящей работы явилось изучение возможности использования импульсных электромагнитных полей для ускорения очистки сточных вод птицефабрики в биологических прудах.

Материалы и методы. Эксперименты проводили в кольцевом коллекторе для биологической очистки сточной воды объёмом 400 м³ Майской птицефабрики Кибрайского района Ташкентской области.

ХПК (химическое потребление кислорода) определяли как описано в ГОСТ 31859-2012 и в работе Лурье Ю.Ю. [1984].

БПК – (биологическое потребление кислорода) определяли как описано в ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97.

Суммарное содержание аммиака и ионов аммония в сточных водах определяли с использованием реактива Несслера по ГОСТ 33045-2014.

Общее количество сапрофитных бактерий учитывали методом предельных разведений на мясо-пептонном агаре. Посевы инкубировали 48 часов при 27-28°С.

Загрязнённость воды фекалиями  устанавливали по содержанию в ней кишечной палочки. Посев производили на среде Эндо, выдерживали чашки в термостате 24 ч при 37°С. О наличии кишечной палочки судили по образованию тёмно-красного цвета с металлическим блеском или розовых колоний с тёмным центром.

Количественный учёт различных групп микроорганизмов осуществляли методом предельных разведений путём высева анализируемой сточной воды соответствующего разведения на жидкие и твёрдые питательные среды [Родина, 1965; Романенко, Кузнецов, 1974].  Виды бактерий определяли по Берги [1974]. Альгологические пробы собирали и обрабатывали по М.М.Голербаху и В.И. Полянскому [1951]. Численность простейших в сточных водах определяли по В.Ф. Николюку [1963], а также руководству «Простейшие активного ила» [1984].

Электромагнитную обработку осуществляли с помощью самодельного генератора импульсов с частотой следования импульсов 4 Гц, частотой заполнения импульсов около 10 кГц. Для обработки сточной воды антенну (изолированный провод) погружали в сточную воду. При этом магнитометр, погружённый в воду показывал значения 0,5-10 мкТл на разных расстояниях от антенны.

Результаты и их обсуждение. Требования к удалению отдельных загрязняющих веществ в сточных водах постоянно повышаются. Последнее существенное изменение требований связано с обязательным удалением из сточных вод биогенных веществ — соединений азота (солевого аммония, нитритов, нитратов) и фосфатов перед сбросом в водный объект. Поэтому,  нормирование сбросов городских сточных вод предложено производить только по ограниченному числу показателей, а именно: азоту аммонийному, нитритам, нитратам, фосфатам, биологическому потреблению кислорода за интервал времени в пять суток (БПК5), химическому потреблению кислорода (ХПК) и взвешенным веществам, при отсутствии в сточной воде загрязняющих веществ 1-й и 2-й категорий опасности с токсикологическим лимитирующим показателем вредности (ЛПВ) [Залетова, Морозова 2019].

Коллектор биологической очистки Майской птицефабрики представляет собой кольцевой пруд шириной 2 м, глубиной 1,5 м и длинной 200 м с объёмом воды 400 м³. 

В этот коллектор сточные воды поступают после механической очистки со следующими концентрациями вредных веществ: ХПК » 3000 мг О₂/л;  БПК »572±63 мг О₂/л; азот аммонийный » 98,4±8,2 мг/л; нитраты » 1,5 мг/л; фосфаты » 14,3±1,3 мг/л; рН = 7,6.

Согласно Постановлению КМ РУз №11 от 03.02.2010 предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в сбросах производственных сточных вод в коммунальные канализационные сети должны быть не выше: ХПК £ 30 мг/л; БПК £ 15 мг/л; азот аммонийный = 2,0 мг/л;  азот нитратный = 9,1 мг/л; азот нитритный 0,2 мг/л; фосфор общий » 3 мг/л;

Санитарным Правилам и Нормам РУз [СанПиН РУз № 0318-15] сточные воды могут отводится в поверхностные водоёмы 2 категории (на полив растений) при условии содержания в них: ХПК£30,0 мг/л; БПК£6,0 мг/л; азот аммонийный £ 2 мг/л; азот нитратный £ 45 мг/л; азот нитритный £ 3,3 мг/л; фосфаты/полифосфаты £ 3,5 мг/л.

Доведение основных нормированных показателей сточной воды до разрешённых к использованию для полива проводили следующим образом.

В коллектор сточной воды, содержащий различные группы фито и зоопланктона  поселили водоплавающие растения ряску, пистию и гиацинт, а также проводили аэрацию сточной воды. В результате концентрации вредных веществ в воде снижались до разрешённых для полива за 7 - 9 суток  в летний период (май – сентябрь).

Для изучения возможности интенсификации процесса очистки с помощью электромагнитной обработки был поставлен следующий эксперимент.

В 2 таза налили по 20 л сточной воды из коллектора. Водоплавающие растения не помещали. Тазы расположили на расстоянии 10 м друг от друга на местности рядом с коллектором. Один таз с водой был контрольным. Другой был подвергнут непрерывной электромагнитной обработкой. Для этого к опытному тазу подвели антенну от генератора импульсов с частотой следования импульсов 4 Гц, частотой заполнения импульсов около 100 кГц и магнитной индукцией около 10 мкТл. Обработку сточной воды проводили непрерывно в течение нескольких дней и каждый день брали образцы воды из опытного и контрольного таза и определяли в них содержание аммонийного азота, нитратов и фосфатов. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Изменение показателей сточной воды без водоплавающей растительности в отсутствии и присутствии  электромагнитной обработки (ЭМП)

Жирным шрифтом выделены концентрации веществ допускаемые для использования воды на орошение.

Как видно из таблицы, без электромагнитной обработки сточная вода очищается до значений, допускающих сброс её на поливы (БПК£6,0 мг/л; NH₄⁺ £ 2 мг/л; азот нитратный £ 45 мг/л;  фосфаты £ 3,5 мг/л.) на 10 день, а с электромагнитной обработкой на 7-8 день. То есть ускорение очистки происходит на 20-30%. Концентрация нитратов в процессе очистки увеличивается за счёт того, что микроорганизмы переводят аммонийный азот в нитраты.

В коллекторе с водоплавающими растениями процесс очистки идёт ещё быстрее – без электромагнитной обработки в течение 5 -  6 суток.

В нашем следующем эксперименте мы измеряли показатели сточной воды в коллекторе с водоплавающими растениями в течение 6 дней (10 - 15 мая) без электромагнитной обработки и в течение 6 дней (21-26 мая) с электромагнитной обработкой. Температуры этих дней практически не отличались: днём около 34°С, ночью около 24°С. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Изменение показателей сточной воды в коллекторе с водоплавающими растениями в отсутствии и присутствии электромагнитной обработки (ЭМП)

Жирным шрифтом выделены концентрации веществ допускаемые для использования воды на орошение.

Из таблицы видно, что очистка сточной воды без электромагнитной обработки произошла на 5-6 день, а в присутствии электромагнитной обработки на  4 – 5 день. То есть ускорение процесса очистки было приблизительно на 20%. Причём, концентрация нитрата уменьшается, так как водоплавающие растения потребляют его в качестве биогенного элемента.

Вывод. Непрерывная электромагнитная обработка сточных вод слабыми (1-10 мкТл) сверхнизкочастотными (4 Гц) импульсами увеличивает скорость очистки на 20-30%.

Список литературы:

1. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. Москва: Химия, 1984. - С.73 -81.  448 с.
2. ГОСТ 31859-2012 Метод определения химического потребления кислорода Межгосударственный стандарт. МКС 13.060.50  2014-01-01
3. ГОСТ 33045-2014 Методы определения азотсодержащих веществ. Межгосударственный стандарт МКС 13.060.50  2016-01-01
4. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97  Методика выполнения измерений  биохимического потребления кислорода после  n-дней инкубации (БПК_полн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых,  сточных и очищенных сточных водах. Москва 2004.
5. Залетова Н.А., Морозова Н.В., Технологические решения очистки сточных вод при различных подходах к нормированию сбросов в водные объекты//Сантехника, Отопление Канализация, 2019. №9 сС.32-33
6. Гигиенические и противоэпидемические требования к охране воды водоёмов на территории Республики Узбекистан СанПиН РУз № 0318-15 Ташкент 2015.
7. Кутлиев Д. Микроорганизмы промышленно бытовых и сельскохозяйственных сточных вод Узбекистана и их очистительная роль.Автореферат дисс. доктора биол наук. Ташкент 1993. 45 с.
8. Хасанов А. Биологическая очистка сточных вод птицефабрик. Автореф. Дисс. Канд. Биол. Наук. Ташкент. 1995. 25 с.
9. ГОСТ Р 56828.12–2016. Наилучшие доступные технологии. Классификация водных объектов для технологического нормирования сбросов сточных вод централизованных систем водоотведения поселений. — М.: Стандартинформ, 2016.