Способ очистки сточных вод животноводческих комплексов

Изобретение относится к переработке продуктов жизнедеятельности животных на основе биотического оборота. Способ включает отделение грубых механических примесей, электрообработку в однородном электрическом поле, биологическую очистку с использованием биомассы зеленой водоросли Chlorella Vulgaris, выдержанной в режиме голодания в течение 6-10 ч, и обеззараживание очищенной воды после отделения от нее биомассы водоросли путем внесения дафний из расчета 50-60 дафний на 1 л очищенной воды. Технический эффект - повышение степени очистки сточных вод животноводческих комплексов от азотистых соединений и снижение бактериальной обсемененности очищенной воды. 1 табл.

 

Изобретение относится к переработке продуктов жизнедеятельности животных на основе биотического оборота и может быть использовано для очистки стоков животноводческих комплексов по выращиванию и откорму молодняка и крупного рогатого скота.

Биотический оборот - это циркуляция биогенных веществ, структурированной воды, микроорганизмов по трофическим цепям.

С целью охраны окружающей среды: почвы, водоемов, воздуха от загрязнения сточными водами, удаляемый жидкий навоз должен быть соответствующим образом обработан и обезврежен. Удаление навоза из производственных помещений путем гидросмыва способствует накоплению сточных вод со значительным бактериальным обсеменением и содержащих в высокой концентрации органические вещества во взвешенном и растворенном состоянии.

Эти стоки отличаются повышенным содержанием органики растительного происхождения (не перевариваемые корма до 38% от исходных), продуктов пищеварения и обмена веществ (пуриновые и пиримидиновые основания, моча, микроорганизмы пищеварительных трактов), содержащих большое количество азотистых соединений, взвешенных веществ, органических веществ.

Известен способ очистки животноводческих комплексов в осадительных центрифугах с применением флокулянтов [1].

Недостаток способа - использование дорогостоящего, не производимого в России и не импортируемого флокулянта.

Известен способ анаэробного сбраживания животноводческих стоков [2].

Недостатком способа является сложность аппаратурного оформления процесса, включающего герметизацию всего процесса, необходимость перемешивающих устройств, подогрева до 55°С большого объема сбраживаемого материала. Кроме того, недостаток способа - содержание в осадке активного ила патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Известен способ биологической очистки навозной жижи с применением активного ила [3].

Недостатком способа является сложность технологической схемы очистных сооружений, включающей трехступенчатую очистку в аэротенках-отстойниках, илоуплотнители, накопители стоков и поля фильтрации. Наличие трех отстойников приводит к заражению значительной зоны окружающего пространства инфицирующей микрофлорой и образованию сероводорода в результате процесса гниения. Половина всех стоков очистки, направляемая после очистки на поля фильтрации, содержит значительное количество органических (очистка по сравнению с исходным по ХПК на 60%) и взвешенных веществ (очистка на 50%).

Известен способ очистки стоков, предусматривающий их электрообработку с последующей 2-х этапной очисткой в биологических прудах с использованием сначала бактерий Bacillus, затем черноморской микроводоросли Platymonas viridis [4].

Недостатком способа является неполная очистка стоков от азотистых соединений и значительная остаточная бактериальная обсемененность.

Неполная очистка стоков от азотистых соединений приводит к их накапливанию в сточных водах, что исключает использование очищенных стоков для гидросмыва - оборотного водоснабжения, а в случае сброса очищенных стоков в водоем - к отрицательному воздействию на окружающую среду.

Известен способ очистки сточных вод животноводческих комплексов, включающий их электрообработку с последующей очисткой с использованием бактерий, микроводорослей и хлорирования очищенной воды на заключительном этапе [5].

Основным недостатком способа является обеззараживание очищенной воды соединениями хлора. Во-первых, происходит вторичное загрязнение воды, поскольку эффективное обеззараживание и доочистка воды возможны при наличии остаточного хлора в обеззараженной воде в количестве не менее 1,5 мг/л. Таким образом, происходит направленное и безвозвратное загрязнение воды хлоридами, удаление которых намного сложнее и дороже, чем первоначальный процесс очистки.

Во-вторых, применение реагентного обеззараживания воды ненадежно с точки зрения сохранения и приумножения фауны водоемов, куда сбрасываются обеззараженные воды. С одной стороны для обеспечения качественного обеззараживания воды за счет увеличения дозы активного хлора возможно уничтожение полезной фауны водоема; с другой стороны - при неполном обеззараживании воды хлором происходит ее заражение болезнетворной микрофлорой. А обеспечить автоматизацию процесса обезвреживания болезнетворной микрофлоры хлором в эквивалентном соотношении, с минимальным расходом этого реагента, крайне сложно.

Технический результат - повышение степени очистки сточных вод животноводческих комплексов от азотистых соединений и снижение бактериальной обсемененности очищенной воды.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, предусматривающем отделение грубых механических примесей, электрообработку в однородном электрическом поле, биологическую очистку с использованием микроводорослей и обеззараживание очищенной воды, после электрообработки сточные воды разбавляют водой в соотношении 1:1,0-1,2, биологическую очистку проводят с использованием биомассы зеленой водоросли Chlorella Vulgaris, выдержанной в режиме голодания в течение 6-10 ч. При этом концентрацию биомассы Chlorella Vulgaris в сточной воде поддерживают не менее 4 г/л, а обеззараживание очищенной воды проводят после отделения от нее биомассы водорослей путем внесения дафний из расчета 50-60 дафний на 1 л очищенной воды.

Известно, что антимикробной активностью по отношению к энтеропатогенным бактериям обладают простейшие [6].

Однако простейшие имеют короткий жизненный цикл (6-8 ч). Причем одна инфузория в сутки съедает до 10 тыс. бактерий. В то время как 1 дафния в сутки съедает до 5 млн. бактерий и профильтровывает до 20 мл воды. Жизненный цикл дафнии продолжается 60-90 дней, за который она способна дать 1200 особей потомков.

Способ осуществляют следующим образом.

Стоки животноводческих комплексов, прошедшие отделение грубых механических примесей, содержащие мг/л: мочевина 4600, общий азот 2400, взвешенные вещества 7600, органические вещества по ХПК 23600, сероводород 115, кислород О, прозрачность О, обладающие резким запахом, пигментация в оптических единицах 3, число микроорганизмов в 1 мл до 6·10⁷ клеток подвергают электрообработке в однородном электрическом поле при напряженности 15 В/см в течение 6 мин. Материал электродов: катод-нержавеющая сталь 01×18Н 9Т, анод-алюминий.

В результате обработки электрическим полем происходит частичная детоксикация стоков, обусловленная протеканием ряда химических реакций: электромеханическое окисление, переаминирование органических соединений, комплексообразование белков аммиака, эфирорастворимых с ионами гидроокисей металлов.

Материал электродной пары и режим электрообработки позволяет проводить процесс без выпадения твердой фазы в осадок.

За счет обсемененности исходной сточной воды микроорганизмами (6·10⁷) в результате электрообработки значительно возрастает физиологическая активность микроорганизмов, что приводит к частичной утилизации ими органических соединений.

После электрообработки сточные воды разбавляют водой в соотношении 1:1,0÷1,2. При этом в 2 и более раз снижается концентрация органических веществ по ХПК. Это обусловлено тем, что в составе органических соединений сточных вод есть токсичные вещества такие как фенол, низшие жирные кислоты, а также неорганические - сероводород. Это обстоятельство является критерием необходимости разбавления сточных вод. При этом содержание сероводорода снижается настолько, что становится возможной дальнейшая очистка сточных вод с помощью пресноводной водоросли.

В разбавленные сточные воды вносят биомассу зеленой водоросли Chlorella Vulgaris, предварительно выдержанную в режиме голодания в течение 6-10 ч. Концентрацию водоросли в сточных водах поддерживают не менее 4 г/л. Процесс очистки ведут в течение 28-36 ч при освещении. Интенсивность освещения 20 тыс. люкс.

Применение режима голодания клеток микроводорослей позволяет повысить скорость очистки за счет активации ферментов азотного, фосфорного и др. обмена.

Биомассу водорослей получают следующим образом.

Chlorella Vulgaris культивируют до концентрации 4 г/л. После этого биомассу сгущают до 40-60 г/л, выдерживают в режиме голодания в течение 6-10 ч при перемешивании (0,4-0,6 м/с), освещении и температуре 25-30°С. Интенсивность освещения 20 тыс. люкс. После этого биомассу направляют в реакционную камеру со сточной водой. После процесса очистки сточную воду подают на сепарацию или в гравитационный отстойник для отделения биомассы водорослей от очищенной воды. Отделенную биомассу сгущают до концентрации 40-60 г/л, выдерживают в режиме голодания в течение 6-10 ч, после чего вновь возвращают в реакционную камеру со сточными водами, прошедшими электрообработку и разбавление водой.

Таким образом, биомассу водорослей многократно используют в процессе очистки.

Затем в очищенную сточную воду после отделения биомассы водорослей вносят дафнии из расчета 50-60 дафний на 1 л воды.

Эффективность очистки предлагаемым способом по сравнению с прототипом представлена в таблице.

Способ очистки	Окраска раствора в оптических единицах	Число организмов в 1 л	Взвешенные вещества, мг/л	ХПК, МГ O2/л	Общий азот, мг/л	Сероводород, мг/л	Мочевина, мг/л
Навозная жижа без очистки	3	6·107	7600	23600	2400	115	4600
Прототип	0,13	100	123	218	10	0	6
Предлагаемый	0,10	0	94	121	7	0	3

Как показывают данные таблицы эффективность очистки сточных вод предлагаемым способом значительно выше: содержание общего азота в 1,4 раза, мочевины в 2 раза, взвешенных частиц в 1,3 раза, органических веществ по ХПК в 1,8 раза меньше по сравнению с прототипом. При этом прозрачность раствора выше и полное отсутствие патогенной микрофлоры, запаха.

Очищенные и обезвреженные сточные воды могут быть сброшены в водоемы.

Предлагаемый способ экологически безопасен, надежен, практичен, исключает вторичное загрязнение водоемов.

Разбавление сточных вод после электрообработки в соотношении менее 1:1,0 приводит к снижению эффективности очистки: повышает в очищенной воде содержание азота, мочевины, снижает прозрачность. Разбавление сточных вод в соотношении более 1:1,2 приводит к неоправданному увеличению расхода чистой воды.

Продолжительность голодания Chlorella Vulgaris менее 6 ч снижает скорость очистки, более 10 ч - снижает эффективность очистки.

Концентрация биомассы Chlorella Vulgaris в сточных водах в процессе очистки менее 4 г/л снижает скорость и эффективность очистки.

Внесение дафний в очищенную воду в количестве менее 50 особей на 1 л снижает эффективность обеззараживания - присутствие в воде шигелл, сальмонелл и др. болезнетворных бактерий. Внесение более 60 особей на 1 л экономически нецелесообразно.

Источники информации

1. Применение на сооружениях по обработке навоза животноводческих комплексов осадительных центрифуг для разделения безподстилочного навоза и продуктов его переработки на фазы. М., 1977.

2. Кравенец В.В., Левитана Н.В., Стабникова Е.В. Тезисы докладов "Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды". Пущино, 1979, с.209.

3. Предложения по обработке и использованию навоза на комплексе по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота в с/х "Пашский", Ленинградской обл. НИПТИМЭСХ, РСФСР, Ленинград, Пушкин, 1977.

4. RU 874665, С 02 F 3/32, опубл. 23.10.81.

5. RU 958328, С 02 F 3/32, опубл. 15.09.82 - прототип.

6. Трунова О.Н. Простейшие-антогонисты патогенной микрофлоры водной среды и компонент кормовой базы. Гидробиологический журнал, 1972, т×11, №4 с.11-15.

Способ очистки сточных вод животноводческих комплексов, предусматривающий отделение грубых механических примесей, электрообработку в однородном электрическом поле, биологическую очистку с использованием микроводорослей и обеззараживание очищенной воды, отличающийся тем, что после электрообработки сточные воды разбавляют водой в соотношении 1:1,0÷1,2, биологическую очистку проводят с использованием биомассы зеленой водоросли Chlorella Vulgaris, выдержанной в режиме голодания в течение 6-10 ч, причем концентрацию биомассы Chlorella Vulgaris в сточной воде поддерживают не менее 4 г/л, а обеззараживание очищенной воды проводят после отделения от нее биомассы водорослей путем внесения дафний из расчета 50-60 дафний на 1 л очищенной воды.