Использование микроорганизмов для биологической
очистки сточных вод
Величайший дар природы - вода. Она нужна всему
живому. Достаточно сказать, что живые организмы планеты содержат в 5
раз больше воды, чем все пресноводные водоемы. Она участвует во всех
физиологических процессах.
Подавляющее большинство стран мира сталкивается с дефицитом пресных
вод: катастрофически не хватает чистой воды, а в водоемы ежегодно
сбрасывается до 32 км3 неочищенных промышленных
сточных вод. В Мировой
океан попадает до 10 млн т нефти и
нефтепродуктов.
В нашей стране почти повсеместно ухудшается качество вод, особенно в
реках Западной Сибири Оби и Иртыше, где нефтепродуктов в 20 раз больше
допустимой нормы. Резко ухудшается вода в Волге, Днепре, Доне, Урале,
Куре, Амуре, Сырдарье, Амударье и во многих других реках. Если не
принять немедленно самых решительных мер, то в некоторых регионах
бассейнов этих рек вода в ближайшее время окажется непригодной для
питья и поливов. Загрязняются моря; концентрация фенола в Каспии
превышает допустимую норму в 9 раз, в Балтийском море - в 4 раза. Арал
- зона экологического бедствия. Крайне осложнились условия проживания и
жизнедеятельности почти миллионного населения Каракалпакии и Туркмении.
Недоброкачественные воды наших рек, озер и морей сигнал природы о том,
что биологические процессы, которые поддерживают чистоту воды,
подвергаются губительному воздействию промышленных, коммунальных стоков
и непродуманной химизации.
В последнее время стали уделять внимание строительству очистных
сооружений, в основу которых положены физические и физико-химические
процессы, а также использование микроорганизмов. Это особые
микроорганизмы, способные разрушать органические соединения, некоторые
красители, поедать многие поверхностно-активные вещества, жить и
размножаться за счет ядов. Уже имеются конкретные микробиологические
методы очистки промышленных стоков.
Лет 50-60 назад, когда главными загрязнителями среды были бытовые и
хозяйственные отходы, стоки пропускали через особые поля фильтрации и
орошения, где почвенные микроорганизмы разрушали органические вещества,
загрязняющие среду. Уже после появились окислительные пруды, аэротенки,
биофильтры, в которых очищение стоков проводят сообщества
микроорганизмов, образующие так называемый активный ил.
Теперь по мере развития химической промышленности и родственных ей
отраслей, в основном синтетической химии, в промышленные стоки попадают
такие вещества, которые убивают микроорганизмы активного ила (основным
образом при залповых сбросах), таким образом прерывая процесс
биологической очистки, и свободно выходят в окружающую среду.
Решение проблемы ученые искали на путях экологических, то есть в данном
случае посредством сохранения очищающих стоки микробов. Поскольку
сообщества микроорганизмов в активном иле не справляются с разрушением
синтетических органических соединений, то, очевидно, надо разлагать
соединения прежде, чем они попадут в основные очистные сооружения. На
деле это оказалось не так просто. Нужно было установить степень
концентрации токсических веществ, которую не выдерживает активный ил.
Затем найти микроорганизмы, способные разрушать именно те токсические
вещества, которые губят активный ил. Наконец, сделать установку для
такой предварительной очистки.
Ученые Института микробиологии и вирусологии АН Казахской ССР провели
исследования в условиях производства ацетилена, альдегидов и
синтетического каучука. Выяснилось, что наибольшей токсичностью
обладают ионы ртути, альфа-метистирол и кротоновый альдегид, что через
6 ... 12 часов контакта с ними из 55 видов бактерий, дрожжей, грибов,
составляющих активный ил, в нем остается 10 видов бактерий и 2 вида
грибов. Ученые с помощью генной инженерии получили 5 видов
микроорганизмов, активно разрушающих токсические соединения, создали
специальные установки для их работы, то есть для предварительной
очистки промышленных стоков из определенных участков и цехов
производства. Предложения ученых проверены в производственных условиях,
в частности на Карагандинском производственном объединении "Карбид", и
экологический подход себя полностью оправдывает: предварительная
ступень очистки содействует нормальной работе основных очистных
сооружений.
Микроорганизмы можно использовать для биохимического разложения таких
трудноразлагаемых соединений, как диоксин, хлор-и металлоорганика, для
удаления азота и фосфора из сточных вод, сбраживания осадка сточных
вод. Выведены штаммы микроорганизмов, устойчивые к тяжелым металлам,
которые используются для очистки сточных вод от соединений тяжелых
металлов. Применение рекомбинантных ДНК для получения новых штаммов
микроорганизмов даст возможность намного увеличить эффективность
биологической очистки сточных вод. Определенные трудности вызывает
дезодорация сточных вод на станциях очистки. Применяют различные
методы, наиболее перспективными считаются биологические с
использованием почвенных бактерий, бактерий активного ила. Они
отличаются высокой эффективностью дезодорации, низкой стоимостью
обработки, легкостью управления процессом.
В сбросах целлюлозных заводов содержится много лигнина. Осаждаясь и
накапливаясь в придонных слоях водоемов, он губит все живое. Сточные
воды целлюлозно-бумажного производства интенсивно окрашены от
мутно-желтого до темно-бурого цвета. Объясняется это присутствием не
только лигнина, но и типографских красок, промывных вод и т. д.
Применение физико-химической очистки до сих пор не давало необходимого
результата. Эффективное удаление щелочного лигнина из сточных вод
требует очень сложного оборудования, применения большого количества
реагентов, причем в итоге образуются обильные и труднообрабатываемые
осадки. Кроме того, существующие способы неприменимы для удаления
производных лигнина.
Оригинальное решение проблемы предложено Харьковским отделом ВНИИ
водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной
гидрогеологии. Заключается оно в использовании бактерий, питающихся
соединениями серы, которые всегда присутствуют в сточных водах
целлюлозно-бумажного производства. В процессе жизнедеятельности
бактерий выделяется серная кислота. В кислой среде производные лигнина
переходят в осадок. Эффект обесцвечивания достигает 70 ... 90%. Перед
спуском стока, обработанного бактериями, его необходимо нейтрализовать
любым из известных способов. Как показали экспериментальные и расчетные
данные, описанный метод намного экономичнее и эффективнее, чем все
известные ранее методы обесцвечивания сточных вод целлюлозно-бумажной
промышленности. Способ пригоден и для обесцвечивания любых других
серосодержащих сточных вод.
Для очистки стоков химических производств вместо обычно применяемых
химически активных соединений в качестве реагента можно использовать
неочищенную воду из городской канализации. Находящиеся в такой воде
микроорганизмы хорошо поглощают высокотоксичные органические
соединения, которые содержатся в промышленных стоках. Полученная вода
пригодна как для повторного использования в производстве, поскольку
лишена соляных добавок, так и для сброса в открытый водоем. Чтобы
бактерии-санитары подолгу "работали" в проточных устройствах,
специалисты предложили простой и оригинальный способ закрепления
сорбирующей микрофлоры. Учитывая противоположность поверхностных
зарядов бактерий и стекла, они пришли к выводу, что лучшим "насестом"
для микробов будет стекловолокно. Метод успешно внедряется на многих
химических предприятиях страны.
