Биологическая реабилитация сточных вод

   Биологическая особенность бактерий заключается в том, что они узкоспециализированы, т.е. необходимо иметь много видов бактерий, что бы они могли очистить весь спектр веществ, которые находится в сточных водах. Нет одного универсального вида бактерий, способных справиться со всем комплексом загрязняющих веществ сточных вод [1]. 

      В настоящее время назрела острая необходимость найти иной подход к проблеме оздоровления окружающей среды. В 60-х гг. прошлого века для очистки сточных вод использовались представители различных видов водорослей [2, 3, 4]. Было показано, что, прежде всего, в сточных водах снижалось содержание аммиачного азота и минерального фосфора, а в дальнейшем использовались биогенные элементы, первоначально входивших в состав органических веществ сточной жидкости. Интенсивность роста водорослей была настолько высокой, что зачастую она превышала, полученную на питательных средах. Водоросли обладали бактерицидным свойством, что способствовало освобождению сточной жидкости от патогенной микрофлоры. 

       В 80-х гг. прошлого века интенсивность использования биологических методов очистки сточных вод с применение водорослей резко возросла. Хлорелла выращивалась на сточных водах г. Андижана, Намангана, Ахангарана, при этом численность клеток достигла 89, Фергано-Маргиланского промышленного узла – 32-50, птицефабрики – 27-42, свинокомплекса – 49-52 млн./мл. Следует отметить, что процесс очистки сточных вод с использованием микроскопических водорослей протекает в 1,5-2,0 раза интенсивней, чем при бактериальной очистке [5]. Содержащиеся в сточных водах азотистые компоненты и фосфаты полностью используются водорослями [6]. 

     Установлено бактериостатическое действие Chlorella vulgaris на микрофлору сточной воды животноводческого комплекса [7]. 

         Смешанные культуры водорослей имели более высокую эффективность в подавлении бактерий группы E. coli [8]. 

     Применение водорослей для очистки сточных вод оправдано экологически, так как они используют биогенные вещества и углекислый газ, а в процессе жизнедеятельности выделяют в окружающую среду кислород. Эволюционно водоросли более высокоразвитые организмы, чем бактерии и поэтому многие виды являются универсальными потребителями минеральных и органических веществ. 

      Однако эти наработки с микроводорослями ни в 60-х, ни в 80-х гг. не вошли в широкую практику очистки сточных вод, так как не был подобран один вид (монокультура) или комплекс видов (поликультура) для использования в системе очистных сооружений. 

        Суть заключается в том, что бы из очистных сооружений сбрасывалась не просто очищенная вода соответствующая нормативным требованиям, а загрязненная вода прошедшая биологическую реабилитацию, так как биологическая реабилитация это восстановление экосистемы до естественного состояния, безопасного для человека и окружающей среды [9]. 

       Для биологической реабилитации необходимо заселение (альголизация) сточных вод водорослями. В качестве альголизанта используется представитель зеленых водорослей – штамм Chlorella vulgaris BIN. 

  Наиболее подходящей для практического применения является монокультура, таким представителем монокультуры может служить штамм Chlorella vulgaris BIN. Это позволяет использовать не комплекс видов, а один вид, представленный планктонным штаммом Chlorella vulgaris BIN. 

   Исследования по использованию штамма Chlorella vulgaris BIN для биологической реабилитации сточных вод проводились на очистных сооружениях ОАО ПФ "Васильевская" (Пензенская область) (далее по тексту Васильевская птицефабрика). Сточные воды Васильевской птицефабрики относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнителям. 

      Традиционные способы очистки предусматривают две ступени: первая – механическая и физико-химическая; вторая – искусственная или естественная биологическая с глубокой доочисткой при сбросе стоков в водоём. 

    Однако опыт эксплуатации сооружений естественной биологической очистки сточных вод Васильевской птицефабрики выявил ряд негативных моментов. В результате естественной альголизации в водорослевых прудах интенсивно развивались синезеленые водоросли преимущественно Microcystis aeruginosa. Синезеленые водоросли в процессе своей жизнедеятельности выделяют альготоксины, вследствие чего дальнейшая очистка сточных вод в рачковых прудах проходила неудовлетворительно. Сточные воды на выходе с биоплато имели повышенную цветность, в них присутствовали в значительных концентрациях не утилизированные в рачковых прудах токсичные формы фитопланктона. Биомасса синезеленых водорослей, ежесуточно сбрасываемых в водоем, вызывает риски возникновения эффекта «цветения». Альготоксины являются такими химическими соединениями, которые долгое время сохраняются в воде. Они способны преодолевать барьерную функцию современных водопроводных очистных сооружений и попадать в системы питьевого водоснабжения. Альготоксины обладают мощным канцерогенным действием и являются сильными иммунодепрессантами. 

        В 2011-2012 гг. проводились исследования технологии биологической реабилитации экосистемы водорослевых прудов за счет их искусственной альголизации штаммом Chlorella vulguris BIN. Данный штамм легко культивируется, и хорошо адаптируются к условиям водорослевых биопрудов, так как являются планктонным. Штамм Chlorella vulguris BIN интенсивно развивается на промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных водах, при этом он способен подавлять развитие присутствующих в водных биоценозах синезеленые водоросли. 

    Штамм проявляет ярко выраженные антагонистические свойства к бактериям, грибам и вирусам. Штамм строго соблюдает условие монокультуры и обладает невосприимчивостью к фагам. В процессе культивирования штамма на сточных водах наблюдается эффект полного их обеззараживания. Результаты искусственной альголизации водорослевых прудов третьей очереди очистных сооружений показали, что хлорелла активно развивается в виде монокультуры. Достаточно ее заселить один раз в начале вегетативного сезона и синезеленые водорослей в пробах на выходе из водорослевых прудов исчезали. Вся полученная биомасса хлореллы полностью утилизировалась в рачковых прудах. 

      Результаты химического анализа исходных сточных вод (проба 582), сточных вод на выходе из второй очереди очистных сооружений (искусственная альголизация не проводилась - проба 583) и третьей очереди очистных сооружений (проводилась альголизация хлореллой - проба 584), приведены в таблице. 

Таблица – химические показатели сточных вод Васильевской птицефабрики (04.07.2012 г.)