ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ОСАДКОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ

Вестник СГТУ. 2005. № 4 (9)
ЭКОЛОГИЯ
УДК 520
Т.И. Губина, В.И. Лабунская, Л.А. Сафронова, О.В. Бабакова,
К.Н. Огурцов, Ю.С. Архангельский, И.А. Дроб
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ОСАДКОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ООО «САРАТОВОРГСИНТЕЗ»
C целью использования осадков сточных вод предприятия ООО «Саратоворгсинтез» при рекультивации загрязненных земель изучены возможности их обеззараживания при термической обработке и при СВЧоблучении. Проведено сравнение биологических показателей осадков при
двух видах обработки и показаны преимущества СВЧ воздействия.
T.I. Gubina, V.I. Labunskaya, L.A. Saphronova, O.V. Babakova,
K.N. Ogurtzov, Y.S. Arhangelsky, I.A. Drob
SARATOVOGRSYNTHESIS, CO BIOLOGICAL REFINERIES PREСIPITATIONS
DETOXICATION
In order of use the sewage precipitations of the plant «Saratovorgshyntesis»
for the recultivation of contaminated soils the possibility of their detoxication by
thermal treatment and ultra-high frequency exposure was studied here in the article. The biological characteristics of precipitations after both types of treatment
were checked the advantages of the NHF exposure were demonstrated here as well.
Осадки сточных вод неизбежно становятся источником загрязнения, если не решаются вопросы их утилизации. Известно об использовании осадков, образующихся при очистке
природных, бытовых и сточных вод ряда промышленных предприятий в качестве удобрений
в лесном хозяйстве, для выращивания технических культур, озеленения городских территорий, рекультивации земель [1]. Для этого из осадков в биореакторах или при полевом компостировании изготовляют компосты. Внесение последних в почву значительно улучшает водно-физические свойства почв, снижает их эрозию, положительно отражается на приживаемости и росте посадок.
На биологических очистных сооружениях ООО «Саратоворгсинтез» проходят механическую и биологическую очистку производственные и хозяйственно-бытовые стоки предприятия. Осадки со всех ступеней очистки смешивают в шламопроводе, а затем подвергают
механическому обезвоживанию на пресс-фильтрах, в результате чего образуется кек – влажный отжим. Большое количество органических веществ и питательных элементов позволяет
124
Экология
использовать его в качестве удобрения. Однако известно, что для осадков промышленных
сточных вод необходима специальная их обработка, в процессе которой улучшаются основные характеристики, уничтожаются патогенные микроорганизмы, уменьшается подвижность
химических элементов.
Различают два направления обработки осадков очищаемых стоков: обезвреживание и
обеззараживание. Обезвреживание представляет собой удаление токсичных веществ, прежде
всего тяжелых металлов и особо опасных органических веществ. Обеззараживание – это обработка осадков от патогенных микроорганизмов. Для одновременного обеззараживания и
обезвреживания осадков применяют: термические, биотермические, химические и биологические методы, а также различные физические воздействия.
В настоящей работе представлены результаты обработки кека двумя методами: под
действием термической обработки и под действием СВЧ-облучения. Исследовано влияние
температурной обработки на выживаемость содержащихся в кеке патогенных микроорганизмов (Eschericha coli, Bacterium aerogenes) при следующих значениях температур: 60, 80,
90, 95°С и различной продолжительности их воздействия. Продолжительность обработки
составляла для 60°С: 20, 30, 60, 80, 90, 100, 110, 120 мин, для 80°С: 20, 30, 45, 50, 55, 60,
65 мин, для 90°С: 4, 5, 10, 15, 20 мин и для 95°С: 3, 4, 5, 10 мин. Динамика обработки кека в
зависимости от температуры и времени представлена на рис. 1.
Рис. 1. Динамика обработки кека
Анализ полученных результатов показывает, что выдерживание кека при температуре
60°С в течение 120 мин не приводит к полному уничтожению микроорганизмов, при 80°С
полное уничтожение колоний наблюдается при 50 мин тепловой обработки, при 90 и 95°С
необходимое время гибели микроорганизмов составляет соответственно 10 и 5 мин.
Однако при повторении эксперимента на пробах кека, взятых в разное время, не получена сходимость результатов, что связано с несоблюдением постоянного соотношения концентраций промышленных и фекальных стоков при их смешении перед подачей на очистные
сооружения.
125
Вестник СГТУ. 2005. № 4 (9)
Нами проанализированы данные по поступающим стокам (рис. 2) и определена зависимость изменения эффекта теплового воздействия на микроорганизмы от состава стоков.
Разработаны оптимальные условия термической обработки кека (рис. 3), что позволяет получать его со степенью безопасности по патогенным микроорганизмам, меньшей, чем установлено нормативными документами (табл. 1).
Коэфф.
Рис. 2. Соотношение коэффициентов смешения промышленных и фекальных стоков
Коэфф.
Рис. 3. Динамика роста колонии кишечной палочки на среде Эндо
в зависимости от коэффициента смешения промышленных и фекальных стоков
Известно о влиянии СВЧ-излучения в широком диапазоне на живые организмы, в
том числе и на патогенные микроорганизмы [2]. К настоящему времени накоплен большой материал по экспериментальному и теоретическому изучению биологических эффектов низкоинтенсивного СВЧ-излучения. Экспериментально обнаружено, что данное из126
Экология
лучение может привести к ускорению активного транспорта ионов натрия, изменению проницаемости мембран эритроцитов, ускорению перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот в липосомах, увеличению ионной проводимости бислойных липидных мембран,
увеличению скорости синтеза витаминов и т.д. [3]. Большое число работ посвящено изучению взаимодействия СВЧ-излучения с водой, т.к. вода является основным компонентом живых организмов и как среда обладает уникальными свойствами ввиду особенностей своей
структуры. Установлено, что резонансные частоты молекулярных колебаний воды и биосреды живого организма находятся в миллиметровом диапазоне и идентичны [4]. Можно считать, что система «вода-волна» выполняет коммуникационно-корректирующую роль.
Таблица 1
Санитарно-бактериологические и санитарно-паразитологические показатели осадков
Норма для осадков группы
1
2
Наименование показателя
Бактерии группы кишечной палочки, клеток/грамм осадка
фактической влажности
Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы,
клеток/грамм
Яйца геогельминтов и цисты кишечных патогенных простейших, экз./грамм осадка фактической влажности, не более
100
1000
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Поскольку кек представляет собой органическое образование и содержит большое количество воды, с высокой плотностью патогенных колоний микроорганизмов, нами исследовано влияние СВЧ-излучения на их выживаемость. С этой целью кек подвергался обработке
СВЧ-излучением со следующими значения мощностей: 56, 300, 500, 700 Вт и соответствующих температур (31; 47; 54; 54,8°С). Для этого кек помещался в кювету, которая ставилась в
модуль СВЧ Э19.000.000. Продолжительность обработки составляла 20 секунд. Полученные
результаты приведены в табл. 2.
Полученные результаты свидельствуют о том, что в результате такой обработки
можно получать кек со степенью опасности по патогенным микроорганизмам, меньшей, чем
определено нормативными документами [5].
Таблица 2
Зависимость роста микроорганизмов от мощности СВЧ облучения
Мощность облучения, Вт
0 (контроль)
56
300
500
700
Среда Эндо
С, 2·10–1г/мл
Бурный рост
Бурный рост
Рост
1 колония
Отсутствие колоний
С, 2·10–2 г/мл
Бурный рост
Рост
Единичные колонии
Отсутствие колоний
Отсутствие колоний
Длительность экспозиции составляла 20 с.
На рис. 3 приведен график изменения температуры среды в зависимости от мощности
облучения. График показывает, что уничтожение патогенных микроорганизмов и обезвоживание кека происходит при температурах ниже 60°С, причем в интервале от 400-700 Вт температура держится постоянной. Возможно, что увеличение мощности излучения не приводит
к дополнительному нагреву, и выделяемая энергия поглощается биосистемой.
127
Вестник СГТУ. 2005. № 4 (9)
температура кека
60
50
40
30
20
10
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800
мощность облучения, Вт
Рис. 3. Зависимость температуры среды
от мощности облучения, °С
Исследования по изучению механизма воздействия СВЧ облучения на кек будут продолжены.
Экспериментальная часть
Используемые материалы и оборудование.
Реактивы: сухая среда Эндо ГОСТ 18963-73.
Приборы: модуль СВЧ Э19.000.000 [6], термостат типа Ц-450 (для разведения колоний), термошкаф типа ОКБ-1085А (для термической обработки), весы типа ВЛР-200.
Посуда: пробирки, чашки Петри, пипетки на 1 мл.
Приготовление среды Эндо. В 100 мл дистиллированной воды растворяют 7,4 г сухого порошка Эндо и нагревают до кипения на водяной бане, кипятят еще 3 минуты при
постоянном перемешивании. Горячую среду разливают в чашки Петри объемом 20-30
см2, не допуская образования пузырьков на поверхности. Среду хранят в термостате не
более 2-3 дней.
Выделение чистых культур. 1 г обработанной пробы помещают в стерильную пробирку и добавляют 9 мл дистиллированной воды. Далее делают два разведения кека дистиллированной водой из расчета 1:10. В стерильные чашки Петри с твердой средой Эндо стерильными пипетками помещают по 0,2 мл определяемого разведения (10–1; 10–2) и распределяют шпателем (петлей) по поверхности среды. Чашки с посевами помещают в термостат на
48 часов при температуре 37±0,5ºС.
Подсчет колоний. Колонии считают, не открывая чашку. Подсчитывают выросшие на
поверхности среды Эндо колонии, характерные для общих колиморфных бактерий (красные
и темно-красные с металлическим блеском и без него, слизистые розовые с темномалиновым центром) [7].
СВЧ-облучение кека осуществляют с помощью модуля СВЧ Э19.000.000 (модуль
предназначен для СВЧ нагрева жидких и вязких полимерных материалов).
Основные параметры и характеристики модуля:
1. Питание модуля осуществляется от трехфазной с нулевым проводом сети переменного тока частоты (50±1) Гц напряжением 380/220 В±10%.
2. Потребляемая модулем мощность не более 8,5 кВА.
3. Измерение температуры воды на входе и выходе нагрузки в диапазоне от 0 до
100°С с дискретностью 0,1°С, частота микроволновая – 2450 МГц.
128
Экология
ЛИТЕРАТУРА
1. Павлов А.Н. Воздействие ЭМИ на жизнедеятельность: учеб. пособие / А.Н. Павлов.
М.: Гелиос, 2002. 224 с.
2. Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине / под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Ин-т радиотехники и электроники АН СССР, 1985.
284 с.
3. Девятков Н.Д. Электромагнитные миллиметровые волны и живые организмы /
Н.Д. Девятков, О.В. Бецкий // Радиотехника. 1996. № 9. С. 4-11.
4. Особая роль системы «миллиметровые волны – водная среда» в природе / Н.И. Синицын, В.И. Петросян, Н.Д. Девятков и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. № 1.
С. 5-23.
5. Синюков В.В. Вода известная и неизвестная / В.В. Синюков. М.: Знание, 1987.
175 с.
6. СанПиН 2.1.573-96. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их
осадков для орошения и удобрения. М.: Изд-во стандартов, 1996. 48 с.
7. Метод определения общих колиморфных бактерий сточных вод / А.Е. Недачин,
Т.З. Артемов, С.И. Плитман и др. // Экологический вестник России. 2001. № 3.
С. 25-30.
8. Архангельский Ю.С. СВЧ-электротермия / Ю.С. Архангельский. Саратов: CГТУ,
1998. 408 c.
Губина Тамара Ивановна –
доктор химических наук, заведующая кафедрой «Экология»
Саратовского государственного технического университета
Лабунская Вероника Иосифовна –
кандидат химических наук, доцент кафедры «Экология»
Саратовского государственного технического университета
Сафронова Лариса Александровна –
кандидат химических наук, доцент кафедры «Экология»
Саратовского государственного технического университета
Бабакова Ольга Васильевна –
Начальник сектора «Экология» ООО «Саратоворгсинтез»
Огурцов Константин Николаевич –
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки и системы»
Саратовского государственного технического университета
Архангельский Юрий Сергеевич –
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Автоматизированные электротехнологические установки и системы»
Саратовского государственного технического университета
Дроб Инна Александровна –
ассистент кафедры «Экология»
Саратовского государственного технического университета
129