Способ формирования биоценоза активного ила и биоценоз активного ила

 

Использование: в комплексах биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов и предприятий перерабатывающей промышленности. Сущность изобретения: в аэрационную емкость подают сточную воду и вносят в нее бактериальный посевной материал. Смесь аэрируют воздухом. В условиях аэробного биологического процесса культивируют микроорганизмы активного ила. Отделяют полученный активный ил от отработанной сточной воды. Последнюю сливают и заливают новую порцию сточной воды. Далее цикл обработки повторяется. При этом создаются условия селективного развития и избирательного лизиса микроорганизмов путем многократного чередования режима достаточного питания и режима старвации микроорганизмов активного ила в процессе культивирования. По окончании циклической обработки полученный активный ил выводят в промышленное аэрационное сооружение для дальнейшего применения при очистке сточных вод. 2 с. и 9 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к биохимической очистке промышленных сточных вод животноводческих комплексов и предприятий перерабатывающей промышленности, содержащих органические и минеральные загрязнения, с использованием активного ила.

Известен способ формирования биоценоза активного ила, включающий подачу сточной воды в промышленное аэрационное сооружение, непрерывную аэрацию воздухом сточной воды и культивирование микроорганизмов активного ила в условиях аэробного биологического процесса [1] Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса формирования биоценоза активного ила в промышленном аэрационном сооружении, т. к. культивирование производится в сточной воде, содержащей спонтанную микрофлору, и поэтому выращивание необходимого количества устойчивого, адаптированного к реальной сточной воде активного ила требует большого количества времени и значительных энергозатрат на аэрирование промышленных объемов стоков.

Наиболее близким к заявленному является известный способ формирования активного ила, включающий подачу сточной воды в аэрационную емкость, внесение в емкость бактериального посевного материала активного ила, аэрацию воздухом смеси сточной воды с посевным материалом, культивирование микроорганизмов активного ила в условиях аэробного биологического процесса, отделение сформированного активного ила от отработанной сточной воды, слив ее и вывод полученного активного ила в промышленное аэрационное сооружение для дальнейшего применения при очистке сточных вод [2] Недостатком указанного известного способа является невозможность получения биоценоза активного ила, обеспечивающего промышленный процесс аэробной биологической очистки без накопления избыточной биомассы активного ила. Причиной этого является отсутствие благоприятных условий для развития видового состава микроорганизмов, приспособленного к реализации избирательного лизиса в условиях недостатка питательных веществ в промышленном аэрационном сооружении.

Кроме того, в аэрационную емкость вносится бактериальный посевной материал активного ила, выращенный в лабораторных условиях, отличных от реальных, имеющихся в промышленном аэрационном сооружении. Поэтому имеет место низкая эффективность, большая длительность и значительные затраты на проведение процесса формирования биоценоза, адаптированного к реальным условиям работы очистных сооружений. Устранение этого недостатка может быть достигнуто за счет предварительного формирования биоценоза активного ила, приспособленного как к реальным сточным вводам промышленного очистного сооружения, так и к условиям селективного развития и избирательного лизиса в условиях чередования режимов питания микроорганизмов. При этом для ускорения процесса формирования и адаптации активного ила чередование режимов питания микроорганизмов целесообразно производить в зависимости от скорости изменения их концентрации в процессе циклической обработки, используя для этого регулирование как продолжительности аэрации или объема сточной воды, так и обоих этих параметров одновременно.

Известный биоценоз активного ила, получаемый при использовании указанных выше известных способов [1, 2] состоит из бактерий родов Pseudomonas, Zoogloea, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Bacterium, Brevibacterium, Caulobacter, Hyphomicrobium, Bdellovibrio, Sphaerotilus, Nocardia и некоторых других. Указанный консорциум микроорганизмов, сформированный из микрофлоры сточной воды, состоит из двух основных морфологических типов флокулирующих и нитчатых микроорганизмов. Наличие и соотношение в консорциуме активного ила этих двух типов микроорганизмов определяет интенсивность, эффективность и надежность аэробной биологической очистки. Указанный известный биоценоз, получаемый при реализации известных способов его формирования [1, 2] содержит в большом количестве нитчатые микроорганизмы. Это способствует вспуханию активного ила, в результате чего он имеет малую плотность, занимает большой объем и плохо осаждается. Вспухший активный ил характеризуется высокими значениями илового индекса более 150 мл/г и даже до 600 мл/г, в то время как при отсутствии вспухания иловый индекс не превышает 150 мл/г.

Недостатком известного биоценоза активного ила является невозможность при его использовании исключения накопления избыточного активного ила в промышленном процессе аэробной биологической очистки.

Предлагаемый способ формирования активного ила обеспечивает получение биоценоза, у которого указанный выше недостаток отсутствует он обеспечивает промышленный процесс аэробной биологической очистки в режиме продленной аэрации без накопления избыточной биомассы активного ила.

Цель изобретения формирование биоценоза активного ила, обеспечивающего промышленный процесс аэробной биологической очистки в режиме продленной аэрации без накопления избыточной биомассы активного ила.

Цель достигается тем, что при формировании биоценоза активного ила, включающем подачу сточной воды в аэрационную емкость, внесение в емкость бактериального посевного материала активного ила, аэрацию воздухом смеси сточной воды с посевным материалом, культивирование микроорганизмов активного ила в условиях аэробного биологического процесса, отделение сформированного активного ила от отработанной сточной воды и ее слив из аэрационной емкости, согласно изобретению процесс формирования биоценоза активного ила ведут при многократно повторяющихся циклах подачи, обработки активным илом и слива сточной воды для создания условий селективного развития и избирательного лизиса микроорганизмов путем чередования при реализации циклов режима достаточного питания и режимов старвации микроорганизмов активного ила в процессе культивирования.

В качестве бактериального посевного материала может быть использован биоценоз, предварительно сформированный заявленным способом на реальных сточных водах в аэрационных емкостях меньшего объема. Может быть также использована совокупность биоценозов, полученных в промышленных аэрационных сооружениях, работающих на реальных сточных водах. Для ускорения технологического процесса чередование режимов питания целесообразно проводить так, чтобы перевод с режима достаточного питания на режим старвации и обратно производился при замедлении скорости соответственно роста и снижения концентрации микроорганизмов активного ила от цикла к циклу в установившемся режиме подачи сточной воды. При этом перевод с одного режима питания на другой может производиться путем изменения продолжительности аэрации в цикле и/или объема подачи сточной воды от цикла к циклу.

Цель достигается также тем, что в биоценозе активного ила, содержащем консорциум микроорганизмов, сформированный из микрофлоры сточной воды и состоящий из флокулирующих и нитчатых микроорганизмов, согласно изобретению, консорциум сформирован при периодическом чередовании режимов достаточного питания и старвации и состоит в основном из флокулирующих микроорганизмов при умеренном содержании нитчатых, при этом нитчатые микроорганизмы внедрены в структуру флокул активного ила в комплексе с флокулирующими микроорганизмами для создания армирующего воздействия на последние, причем консорциум дополнительно содержит выделенные в условиях старвации микроорганизмов внеклеточные биополимеры для адсорбирования на поверхности клеток трудно усваиваемых коллоидных и мелкодисперсных органических частиц, а также для взаимной адгезии клеток микроорганизмов, а также в качестве связующего для образования флокулирующей матрицы. Структурная композиция активного ила может быть представлена агломератом агрегатов клеток микроорганизмов с компактной и особо плотной структурой, при этом клетки упакованы в агрегаты таким образом, что взаимно соприкасающиеся стенки клеток при агломерации деформированы. Основная часть нитчатых микроорганизмов может быть образована в результате нитчатого роста простековых почкующихся бактерий рода Sphacratilus natans, обладающих развитым чехлом. При этом основным элементом структуры чехла могут являться регулярные спирали, состоящие из внеклеточных биополимеров, причем спирали соприкасаются между собой для образования пространственной сетчатой структуры, а образованная элементарными спиралями пространственная структура является многослойной. Консорциум микроорганизмов может включать простековые почкующиеся бактерии рода Hyphomicrobium, бактерии-нитрификаторы вида Nitrosospira briensis для окисления аммиака до нитрита и бактерии-нитрификаторы видов Nitrobacter winogradskyi и Nitrococcus mobilis для окисления нитритов до нитратов, бактерии со значительными внутриклеточными отложениями запасных питательных веществ и плотной интеграцией клеток для улучшения осаждаемости активного ила, споpы бактерий в условиях длительного голодания микроорганизмов в эндогенный период цикла очистки. Активный ил может также содержать бактериофаги, паразитирующие бактерии вида Bdellovibrio bacteriovorus, а также простейшие микроорганизмы хищники типа Protozoa рода Opercularia и коловратки Potifera рода Notommata.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается наличием новой совокупности признаков, состоящей в том, что процесс формирования биоценоза активного ила ведется при многократно повторяющихся циклах подачи, обработки активным илом и слива сточной воды для создания условий селективного развития и избирательного лизиса микроорганизмов путем чередования при реализации циклов режимов достаточного питания и режимов старвации микроорганизмов активного ила в процессе культивирования. Указанное обстоятельство свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". Сравнение заявленного способа с известными показывает, что он для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень". Заявленное техническое решение является промышленно применимым и используется на действующих комплексах биологической очистки целого ряда животноводческих комплексов колхозов и совхозов, а также на предприятиях мясомолочной промышленности (см. далее раздел "примеры использования способа").

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный биоценоз активного ила отличается наличием новой совокупности признаков, состоящей в том, что консорциум сформирован при периодическом чередовании режимов достаточного питания и старвации и состоит в основном из флокулирующих микроорганизмов при умеренном содержании нитчатых, при этом нитчатые микроорганизмы внедрены в структуру флокул активного ила в комплексе с флокулирующими микроорганизмами для создания армирующего воздействия на последние, причем консорциум дополнительно содержит выделенные в условиях старвации микроорганизмов внеклеточные биополимеры для адсорбирования на поверхности клеток трудно усваиваемых коллоидных и мелкодисперсных органических частиц, а также для взаимной адгезии клеток микроорганизмов, а также в качестве связующего для образования флокулирующей матрицы. Указанное обстоятельство свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". Сравнение заявленного биоценоза активного ила с известными показывает, что он для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень". Заявленный биоценоз активного ила является промышленно применимым и используется в заявленном способе формирования активного ила на действующих комплексах биологической очистки сельскохозяйственных предприятий и предприятий мясомолочной промышленности.

Способ осуществляется следующим образом.

Аэрационную емкость для формирования биоценоза, ограниченную по объему от 2 до 10 м³ и снабженную устройствами для регулировки продолжительности аэрации, количества подаваемой и сливаемой воды и устройством измерения концентраций активного ила, заполняют до начального минимального уровня исходной сточной водой и в нее вносят бактериальный посевной материал активного ила. Аэрацию смеси сточной воды и посевного материала осуществляют непрерывно в течение всей продолжительности цикла культивирования микроорганизмов активного ила в условиях аэробного биологического процесса. После этого производят отделение сформированного активного ила известными способа от отработанной сточной воды, которая выводится из аэрационной емкости. Полученная в результате реализации указанного процесса биомасса активного ила остается в аэрационной емкости для осуществления следующего цикла обработки. Последующие циклы формирования биоценоза реализуются при чередовании режима подачи избытка питательных веществ в загрязнениях сточной воды и культивирования биомассы активного ила в условиях достаточного питания и прироста биомассы с режимом уменьшенной подачи питательных веществ в загрязнениях сточной воды и культивирования биомассы активного ила в условиях питательного голода (старвации), видового избирательного лизиса микроорганизмов и снижения концентрации биомассы.

Чередование режимов питания достигается либо увеличением, либо уменьшением количества подаваемой сточной воды для реализации последующего цикла формирования биоценоза активного ила соответственно в режимах избытка питательных веществ или питательного голода, либо уменьшением или увеличением продолжительности аэрации (длительности цикла) для реализации соответственно достаточности питательных веществ или режима старвации. Возможно также использование одновременно и обоих этих приемов для реализации циклов обработки в различных по питанию условиях.

Критериями смены режимов являются закономерности роста концентрации биомассы или ее снижения. При достижении максимальных значений концентрации биомассы, которое характеризуется замедлением прироста от цикла к циклу, режим питания переводят с избыточного по питательным веществам на режим питательного голода. При уменьшении концентраций биомассы до минимальных значений, которое характеризуется замедлением дальнейшего из снижения от цикла к циклу, режим питательного голода меняют на режим достаточного питания.

Процесс формирования биоценоза активного ила считается законченным, если в процессе чередования режимов питания изменения концентрации биомассы установятся на уровне минимально постоянных, т.е. количество биомассы активного ила в процессе дальнейшей реализации установившихся промышленных режимов биологической очистки (постоянстве количеств подаваемой и сливаемой воды) остается примерно одинаковым, зависящим только от уровня реагирования активного ила на состав и концентрацию исходных загрязнений поступающей сточной воды.

Эффективность процесса формирования биоценоза активного ила, может быть повышена, а продолжительность и уровень затрат на обработку уменьшены, если в качестве бактериального посевного материала используется биоценоз, предварительно сформированный в аналогичном описанному выше процессе на реальных сточных водах в аэрационных емкостях меньшего объема, или совокупность биоценозов, полученная в промышленных аэрационных сооружениях, работающих на аналогичных сточных водах.

Механизм формирования биоценоза активного ила при реализации заявленного способа состоит в следующем.

Микроорганизмы активного ила усваивают загрязнения сточной воды, используя растворенный в ней кислород. В условиях интенсивного питания происходит синтез и прирост биомассы активного ила. По мере исчерпания питания из-за уменьшения количества загрязнений в сточной воде прирост биомассы активного ила замедляется. Ввиду продолжающейся аэрации смеси сточной воды с активным илом в условиях недостаточности питания в биоценозе активного ила начинают развиваться процессы избирательного лизиса. В условиях старвации (голодания), когда в сточной воде остаются только трудноусваиваемые и неразлагаемые химические соединения, микроорганизмы одного вида начинают ингибировать микроорганизмы другого вида, которые при этом разлагаются. По мере все более усиливающегося процесса голодания метаболизм биоценоза активного ила все более интенсифицируется. Получают все большее развитие процессы селекции микроорганизмов, борьбы за существование и выживание микроорганизмов в биоценозе активного ила. Отсутствие питания приводит также к интенсивному флокулообразованию микроорганизмов, что способствует улучшению одного из основных показателей очистки-осаждаемости активного ила. Под воздействием избирательного лизиса в процессе аэрации смеси сточной воды с активным илом происходит уменьшение биомассы активного ила. В результате селекции формируется популяция микроорганизмов активного ила, отличающаяся рядом особенностей, основными из которых являются преобладание флокулирующих микроорганизмов; умеренная концентрация нитчатых микроорганизмов; наличие бактериофагов, паразитирующих бактерий и простейших микроорганизмов хищников.

Формируется и устойчиво сохраняется здоровый, жизнеспособный, хорошо функционирующий активный ил, характеризующийся интенсивной флокуляцией и хорошей осаждаемостью. Вспухания активного ила на происходит. Стабильно обеспечивается высокая эффективность очистки сточных вод.

Прирост биомассы активного ила в экзогенный период цикла очистки компенсируется ее уменьшением в эндогенный период в результате самоокисления части биомассы. Этому способствует жизнедеятельность бактериофагов, паразитирующих бактерий и микроорганизмов-хищников. Значительно снижается выход избыточного активного ила. Обеспечивается возможность ведения процесса очистки без вывода избыточного ила.

Продолжительность и количество циклов, необходимые для формирования устойчивого, адаптированного к реальной сточной воде активного ила определяется видом, концентрацией и составом загрязнений и уточняется по результатам биохимических анализов при пуско-наладочных работах на комплексах биологической очистки промышленных сточных вод.

Циклическая подача и слив сточной воды из аэрационной емкости в процессе формирования биоценоза активного ила обеспечивает получение устойчивого адаптированного к реальным сточным водам биоценоза. Это происходит благодаря реализации многократного периодического чередования режимов питания микроорганизмов активного ила от максимально богатого до предельно обедненного по питательным веществам (загрязнениям). Кроме того, благодаря изменению степени загрязненности сточных вод по времени в реальных условиях функционирования предприятий, формирование биоценоза активного ила происходит в меняющихся от цикла к циклу условиях питания микроорганизмов, что также способствует повышению устойчивости активного ила и его последующей адаптации к условиям работы на реальных сточных водах промышленного аэрационного сооружения по технологическому графику данного конкретного предприятия. Это позволяет реализовать в промышленном очистном сооружении процесс аэробной биологической очистки в режиме продленной аэрации без накопления избыточной биомассы активного ила.

Особенности формирования биоценоза активного ила позволяет сделать заключение об индивидуальности процесса для каждого конкретного сооружения биологической очистки. Режим продленной аэрации в промышленном аэрационном сооружении характеризуется непрерывно меняющимися условиями питания микроорганизмов активного ила при сохранении концентрации растворенного в сточной воде кислорода, необходимого для их жизнедеятельности. При этом реализуются процессы как видовой, так и внутривидовой селекции микроорганизмов, что исключает накопление избыточной биомассы активного ила. В результате этого отпадает необходимость удаления избыточного активного ила из сооружения биологической очистки и необходимость его дальнейшей утилизации. Кроме того, процесс культивирования микроорганизмов активного ила в условиях их избирательного лизиса в режиме питательного голода сопровождается интенсивным флокулированием микроорганизмов и ростом плотности биомассы, что способствует более эффективному осаждению активного ила в смеси, отводимой из аэрационного сооружения во вторичный отстойник, и обеспечивает ускорение процесса отделения очищенной сточной воды от активного ила. Благодаря культивирования микроорганизмов активного ила в режиме продленной аэрации в промышленном аэрационном сооружении происходит также активное ингибирование деятельности нитчатых микроорганизмов основного источника вспухания активного ила, приводящего к срыву в работе сооружения аэробной биологической очистки.

Использование сформированного биоценоза активного ила в промышленном аэрационном сооружении, кроме того, повышает устойчивость функционирующего в нем активного ила к изменениям исходной загрязненности сточной воды и исключает возможность срыва в работе очистных сооружений при залповых выбросах высоких концентраций загрязнений. Это особенно важно для предприятий с прерывным циклом технологических процессов.

Биоценоз активного ила, получаемый заявленным способом, содержит консорциум микроорганизмов, сформированный из микрофлоры сточной воды. Консорциум сформирован при описанном выше периодическом чередовании режимов достаточного питания и старвации. Состав популяции микроорганизмов весьма сложен он включает ряд групп микроорганизмов, в который входят бактерии, грибы, простейшие, коловратки и др. При этом состав микроорганизмов изменяется в широких пределах в зависимости от особенностей сточной воды, режима работы очистных сооружений и других факторов. Основной группой микроорганизмов активного ила являются бактерии. При этом доминирующими являются бактерии родов: Pseudomonas, Zoohloea, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Bacterium, Brevibacterium, Caulobacter, Hyphomicrobium, Bdellovibrio, Sphaerotilus, Nocardia. Все микроорганизмы, составляющие биоценоз активного ила, по их морфологическим признакам могут быть отнесены к двум группам флокулирующие и нитчатые микроорганизмы. Наличие и соотношение в активном иле этих двух морфологических типов микроорганизмов определяет все основные свойства активного ила (рост, накопление, осаждаемость и уплотняемость активного ила). Указанные типы микроорганизмов находятся в активном иле в состоянии непрерывного конкурентного роста и накопления. При преобладающем росте и накоплении флокулирующих микроорганизмов происходит интенсивная флокуляция активного ила он хорошо осаждается и уплотняется. Основным составляющим элементом флокул являются бактерии активного ила. Флокулы также включают и продукты жизнедеятельности бактерий. Кроме того, в состав флокул могут захватываться и удерживаться органические и минеральные вещества, находящиеся в коллоидном и мелкодисперном состоянии. Флокуляция активного ила составляет основу его выделения из смеси со сточной водой при отстаивании. Флокуляция способствует также осветлению очищенной воды, так как флокулы захватывают и увлекают в осадок взвешенные органические и минеральные вещества. При преобладании нитчатых микроорганизмов происходит вспухание активного ила он плохо осаждается и недостаточно уплотняется, при этом нормальная работа всей системы очистных сооружений нарушается. При вспухании в процессе отстаивания поверхность раздела между осевшим активным илом и осветленной водой над ним поднимается в верхнюю часть емкости и достигает уровня слива активный ил увлекается с осветленной сточной водой и она имеет высокое содержание взвешенных веществ.

Заявленный консорциум состоит преимущественно из флокулирующих микроорганизмов. Биофлокуляция связана с жизнедеятельностью бактерий вида Zoogloea ramigera, свойствами биофлокуляции обладают также и ряд других видов бактерий активного ила. Они способствуют биофлокуляции активного ила. Флокулирующее действие этих микроорганизмов связано с тем, что в процессе своей жизнедеятельности они образуют и выделяют особые вещества (внеклеточные биополимеры), которые и являются флокулирующими агентами (биофлокулянтами). Внеклеточные биополимеры, выделяемые флокулирующими микроорганизмами, образуют внешний поверхностный слой их клеток. При этом наиболее интенсивное образование внеклеточных биополимеров происходит в период ограниченного питания микроорганизмов (в условиях старвации) в фазе эндогенного метаболизма.

Нитчатых микроорганизмов в заявленном консорциуме содержится умеренное количество. К ним относятся такие виды, как Sphaeratilus natans, Miorothrix parvvicella и Thiothrix. Нитчатые бактерии в активном иле в умеренном количестве играют положительную роль в формировании флокул активного ила. Вследствие их армирующего действия увеличивается размер и повышается прочность флокул. При наличии нитчатых микроорганизмов улучшается степень осветления воды при отстаивании смеси сточной воды и активного ила, так как нитчатые имеют высокую способность улавливать и удерживать взвешенные вещества, находящиеся в воде в коллоидном и в мелкодисперсном состоянии. Поэтому оптимальным с точки зрения качества очистки сточной воды является такой состав биоценоза активного ила, в котором преобладающее количество составляют флокулирующие микроорганизмы, а нитчатые содержатся в умеренном количестве. При этом в заявленном биоценозе нитчатые микроорганизмы внедрены в структуру флокул активного ила в комплексе с флокулирующими для создания армирующего воздействия на них. Причем консорциум содержит также выделенные в условиях старвации микроорганизмов внеклеточные биополимеры, обеспечивающие взаимную адгезию клеток микроорганизмов. Внеклеточные биополимеры в заявленном биоценозе служат также в качестве связующего для образования флокулирующей матрицы. С целью уменьшения илового индекса и исключения возможности вспухания активного ила структурная композиция его может быть представлена агломератом клеток микроорганизмов с компактной и особо плотной структурой. При этом клетки микроорганизмов могут быть упакованы в агрегаты настолько плотно, что взаимно соприкасающиеся стенки клеток при агломерации являются деформированными. Входящие в биоценоз активного ила простековые бактерии имеют общую особенность, заключающуюся в том, что в их клетках имеются особые выросты (простеки). В зависимости от особенностей простеков могут быть три вида таких бактерий: стебельковые (основной род Caulobacter), почкующиеся (основной род Hyphomicrobium) и бактерии с большим числом простеков, направленных в разные стороны. Улучшение армирования структуры флокул активного ила может быть достигнуто за счет того, что основная часть нитчатых микроорганизмов образована в результате нитчатого роста простековых почкующихся бактерий рода Sphacratilus natans, обладающих развитым чехлом. При этом основным элементом структуры чехла являются регулярные спирали, состоящие из внеклеточных биополимеров. Причем эти спирали соприкасаются между собой, образуя пространственную сетчатую структуру, усиливающую армирующее воздействие нитчатых микроорганизмов на флокулы активного ила. Прочность агломератов клеток микроорганизмов может быть повышена за счет того, что указанная выше пространственная структура, образованная элементарными спиралями, является многослойной.

Консорциум микроорганизмов активного ила в сточных водах, содержащих ионы аммония, нитриты и нитраты, может включать также простековые почкующиеся бактерии рода Hyphomicrobium. Наличие этих бактерий в биоценозе активного ила обеспечивает интенсификацию роста биомассы в указанных выше сточных водах и повышает качество их очистки. Повышение качества очистки сточных вод может быть достигнуто также за счет включения в состав биоценоза активного ила бактерий нитрификаторов вида Nitrosospira briensis для окисления аммиака до нитрита и бактерий-нитрификаторов видов Nitrobacter winogradsryi и Nitrococcus mobilis для окисления нитридов до нитратов.

Для создания благоприятных условий, способствующих развитию селекции микроорганизмов в условиях старвации и обеспечению аноксических условий, необходимых для денитрификации окислов азота в аэробных условиях, консорциум микроорганизмов активного ила может включать также бактерии со значительными внутриклеточными отложениями запасных питательных веществ. При этом эти бактерии имеют плотную интеграцию клеток, обеспечивающую улучшение осаждаемости активного ила. Основным видом запасных веществ в клетках микроорганизмов является гликолен и поли-β-гидкосимасляная кислота, фосфаты, сера и другие продукты метаболизма. Микроорганизмы, обладающие способностью накопления и сохранения в их клетках исходного органического субстрата и промежуточных продуктов его метаболизма, имеют преимущества в селекции в условиях формирования активного ила при периодическом чередовании фаз интенсивного (достаточного) питания и фаз голодания. Для таких микроорганизмов в большей степени обеспечивается возможность питания и выживания в условиях старвации. В условиях длительного голодания микроорганизмов в эндогенный период цикла очистки консорциум микроорганизмов активного ила может включать споры бактерий. Наличие спор бактерий способствует повышению устойчивости активного ила при изменении состава сточных вод в производственных условиях.

Интенсификация селективного лизиса микроорганизмов в условиях старвации может быть обеспечена за счет наличия в биоценозе активного ила бактериофагов. При этом процесс селективного лизиса может быть углублен за счет лизирования нерастущих клеток с помощью паразитирующих бактерий вида Bdellovibrio bacteriovorus. Селекция микроорганизмов может быть углублена также путем самоокисления части биомассы в эндогенный период цикла очистки. С этой целью в составе биоценоза имеются простейшие микроорганизмы хищники типа Protozoa рода Opercularia и коловратки Rotifera рода Notommata.

Пример 1. Использование предложенного технического решения на реальных производственных сточных водах животноводческого комплекса крупного рогатого скота колхоза "Звезда" Витебской области и отделения иммунизации Щелковского биокомбината. Аэрационную емкость заполняют сточной водой. В емкость объемом 1,8 м³ вносят бактериальный посевной материал активного ила. Смесь сточной воды с посевным материалом подвергают непрерывной аэрации в течение цикла с продолжительностью от 0,5 до 2 сут. Расход воздуха на аэрацию обеспечивают из расчета 5 м³/ч воздуха на 1 м³ сточной воды в емкости. По истечению указанного выше времени аэрацию прекращают и производят отстаивание полученной смеси в течение от 1 до 4 ч. После отстаивания надосадочную отработанную сточную воду сливают. В аэрационную емкость подают новую порцию сточной воды и цикл культивирования микроорганизмов активного ила повторяют. Количество циклов от 10 до 80 в зависимости от полноты видового состава исходного посевного материала активного ила. По окончанию циклов производят вывод сформированного биоценоза активного ила в промышленное аэрационное сооружение типа аэротенка.

Пример 2. Использование предложенного технического решения на реальных производственных сточных водах свиноводческого комплекса совхоза "Владимирский" Владимирской области, совхоза "Красный луч" Щелковского района Московской области и колхоза "Маяк" Витебской области.

Аэрационную емкость объемом 3,6-6,3 м³ заполняют сточной водой. Порядок чередования режимов обработки аналогичен примеру 1. При этом продолжительность аэрации смеси сточной воды с активным илом в цикле составляет 1,5-3,5 сут. Расход воздуха на аэрацию обеспечивается из расчета 10 м³ч на 1 м³ сточной воды в емкости. Время отстаивания смеси сточной воды с активным илом в смеси составляет от 1 до 3 ч. Количество циклов от 7 до 120.

Пример 3. Использование предложенного технического решения на реальных производственных сточных водах Щелковского молокозавода Московской области и Владимирского молокозавода.

Последовательность режимов обработки в цикле аналогична примеру 1. При этом продолжительность аэрации в цикле 1 1-3 сут, расход воздуха более 5 м³/ч на 1 м³ сточной воды, время отстаивания 1-3 ч. Количество циклов 50-80.

Пример 4. Использование предложенного технического решения на реальных производственных сточных водах Щелковского мясоперерабатывающего завода.

Последовательность режимов обработки в цикле аналогична примеру 1. При этом продолжительность аэрации в цикле 0,5-2,0 сут, расход воздуха 5 м³/ч на 1 м³ сточной воды, время отстаивания 1,5-3 ч. Количество циклов 40-90.

Пример 5. Использование предложенного технического решения на реальных хозфекальных стоках поселка Лесной Владимирской области.

Последовательность режимов обработки в цикле аналогична примеру 1. При этом продолжительность аэрации в цикле 0,5-1,5 сут, расход воздуха 5 м³/ч на 1 м³ сточной воды, время отстаивания 1,5-2,5 ч. Количество циклов 20-90.

Обобщенный анализ результатов приведенных выше примеров использования предложенного технического решения на реальных производственных сточных водах животноводческих комплексов и предприятий мясомолочной промышленности показывает, что если при известных способах формирования биоценоза активного ила и известных биоценозах активного ила, получаемых с помощью этих способов, выход избыточного активного ила в промышленных сооружения составляет 30-40% то использование предложенного способа формирования биоценоза активного ила и биоценоза, получаемого этим способом, позволяет исключить либо существенно снизить выход избыточного активного ила из промышленных сооружений биологической очистки производственных сточных вод. Это обеспечивает снижение трудо- и энергозатрат на эксплуатацию комплексов биологической очистки и предотвращает заиливание почвы земельных угодий.

Использование предложенного технического решения также обеспечивает повышение эффективности биологической очистки промышленных сточных вод, а также устойчивость и надежность работы очистных сооружений.

Предложенное техническое решение может быть использовано на сооружениях биологической очистки животноводческих комплексов, предприятиях мясомолочной и других отраслей перерабатывающей промышленности, а также на сооружениях биологической очистки хозбытовых сточных вод населенных пунктов.

Формула изобретения

1. Способ формирования биоценоза активного ила, включающий подачу сточной воды в аэрационную емкость, внесение в емкость бактериального посевного материала активного ила, культивирование полученной смеси в условиях аэрации, отделение сформированного активного ила от отработанной сточной воды, слив воды, отличающийся тем, что культивирование смеси осуществляют при чередовании режимов достаточного питания и старвации, при этом перевод с режима достаточного питания на режим старвации проводят при замедлении скорости увеличения концентрации микроорганизмов активного ила, с режима старвации на режим достаточного питания при замедлении скорости снижения концентрации микроорганизмов активного ила и перевод с одного режима питания на другой производят путем изменения продолжительности аэрации и/или объема подачи сточной воды, а отделение сформированного биоценоза осуществляют при достижении активным илом структуры, представляющей собой плотный и компактный агломерат с агрегатами клеток, упакованными так, что взаимно соприкасающиеся стенки клеток при агломерации деформированы и количество флокулирующих микроорганизмов в биоценозе преобладает над количеством нитчатых микроорганизмов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что чередование режимов питания и старвации микроорганизмов осуществляют многократно.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве бактериального посевного материала используют биоценоз, предварительно сформированный аналогичным способом на данных сточных водах в аэрационных емкостях меньшего объема, и/или используют совокупность биоценозов аэрационных сооружений, работающих на аналогичных сточных водах.

4. Биоценоз активного ила, сформированный из микрофлоры сточной воды, содержащей консорциум флокулирующих и нитчатых микроорганизмов и их метаболиты, отличающийся тем, что биоценоз дополнительно содержит в качестве связующего вещества внеклеточные биополимеры продукты жизнедеятельности микроорганизмов в условиях старвации, при этом структура активного ила представляет собой компактный и плотный агломерат с агрегатами клеток, где клетки упакованы так, что взаимно соприкасающиеся стенки клеток при агломерации деформированы, а консорциум включает паразитирующие бактерии, простейшие микроорганизмы-хищники, бактериофаги и количество флокулирующих микроорганизмов преобладает над количеством нитчатых, сформированный путем чередования режимов достаточного питания и старвации микроорганизмов.

5. Биоценоз по п.4, отличающийся тем, что консорциум активного ила включает нитчатые микроорганизмы, основная часть которых образована в результате роста простековых почкующихся бактерий рода Sphacratilus, обладающих развитым чехлом.

6. Биоценоз по п. 4, отличающийся тем, что консорциум микроорганизмов включает простековые почкующиеся бактерии рода Hyphomicrobium.

7. Биоценоз по п. 4, отличающийся тем, что консорциум микроорганизмов активного ила включает бактерии-нитрификаторы вида Nitrosospira briensis для окисления аммиака до нитрита и бактерии-нитрификаторы видов Nitrobacter winogradsky и Nitrococcus mobilis для окисления нитритов до нитратов.

8. Биоценоз по п. 4, отличающийся тем, что консорциум микроорганизмов активного ила включает бактерии со значительными внутриклеточными отложениями запасных питательных веществ, при этом бактерии имеют плотную интеграцию клеток для улучшения осаждаемости активного ила.

9. Биоценоз по п.4, отличающийся тем, что консорциум микроорганизмов активного ила включает спорообразующие бактерии, при этом в условиях длительного голодания микроорганизмов в эндогенный период цикла очистки бактерии переходят из вегетативной в споровую форму.

10. Биоценоз по п. 4, отличающийся тем, что консорциум активного ила включает бактериофаги.

11. Биоценоз по п. 4, отличающийся тем, что консорциум активного ила включает паразитирующие бактерии вида Bdellovibrio bacteriavorus.