Исследование влияния процесса кавитации на физико- химические и санитарно – микробиологические показатели осадка сточных вод

МРНТИ 70.25.17 №4 (2014 г.)

Скачать

И.Г. Фомина

 Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем
г. Харьков, Украина

 

Аннотация. В данной статье рассмотрен физический метод обеззараживания осадков сточных вод (кавитация). Проанализированы характерные особенности и описан основной эксперимент, направленный на подбор оптимального способа обеззараживания осадков сточных вод Украины. На основании проведенных опытов и анализов состава осадков после обработки в кавитационной установке сделаны выводы о недостаточном влиянии данного метода на санитарно-бактериологический и паразитологический состав осадков и необходимости отработки различных режимов физических методов обеззараживания. Ключевые слова: очистные сооружения, осадки сточных вод, патогенные микроорганизмы, яйца гельминтов, кавитация, обеззараживание, сальмонелла, термофильные бактерии, микробное число.

__________________________________

Фомина И.Г.  
ШӨГІНДІЛЕРДІҢ ФІЗИКО-ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ САНИТАРЛЫ-МИКРОБИОЛОГИЯЛЫҚ КӨРСЕТКІШТЕРІНЕ КАВИТАЦИЯ ПРОЦЕССІНІҢ ӘСЕРІН ЗЕРТТЕУ

Түйіндеме. Мақалада ағынды суларды зарарсыздандырудың физикалық әдісі (кавитация) қарастырылған. Оларға тән ерекшеліктер талданған және Украинаның ағынды суларын зарарсыздандырудың оңтайлы тәсілін таңдауға бағытталған негізгі эксперимент сипатталған. Жүргізілген тәжірибелер мен жаңбырлардың құрамын талдау негізінде кавитациялық қондырғыда өңдеуден кейін бұл әдістің жаңбырлардың санитарлы-бактериологиялық және паразитологиялық құрамына жеткілікті әсер етпейтіндігі және зарарсыздандырудың физикалық әдістерінің әртүрлі режимдерін қарастыру қажеттілігі жайлы қортынды жасалған. Түйінді сөздер:тазарту құрылысы, шөгінді ағынды су, патогенді микроорганизм, жұмыртқа гельминттер, кавитация, зарарсыздандыру, сальмонел, термофильді бактериялар, микробтық сан.

____________________________________

Fominа I.  
INVESTIGATION OF INFLUENCE OF CAVITATION ON THE PHYSICO- CHEMICAL AND SANITARY – MICROBIOLOGICAL INDICATORS OF SEDIMENT

Abstract. This article considers the physical method of decontamination of precipitation of waste water (cavitation). It is analyzed the characteristics and described the basic experiments, aimed at selecting the optimal method of decontamination of precipitation of waste water (cavitation) of Ukraine.  On the basis of experiments and analyzes of composition of precipitation  after treatment in the cavitation install were made conclusions about the lack of impact of this method on the sanitary-bacteriological and parasitological composition of precipitation and the need of working off various modes of physical methods of decontamination.
Key words: wastewater treatment plants, sewage sludge, pathogenic microorganisms, helminth eggs, cavitation, decontamination, salmonella, thermophilic bacteria, microbe number

 

Введение. Главная цель обработки осадков сточных вод – обеспечение санитарной безопасности и сокращение объемов осадков для освобождения территорий, которые используются для их хранения и складирования.   Необходимость в обеззараживании определяется  методом утилизации осадка, что особенно важно, если осадок будет использоваться в сельском хозяйстве или для благоустройства территорий [1].

По требованиям обеззараживание осадка сточных вод может быть осуществлено одним из следующих способов:

  • термофильным сбраживанием в метантенках или термосушкой;
  •  инфракрасным облучением (камера дегельминтизации);
  • пастеризацией при температуре 70 ° С и времени теплового воздействия не менее 20 минут;
  • аэробной стабилизацией с предварительным нагревом смеси сырого осадка с активным илом при температуре 60-65 ° С в течение 2-х часов;
  • компостированием (с опилками, сухими листьями, соломой и торфом, другими средствами водопоглощение) в течение 4-5 месяцев, из которых 1-2 месяца должны приходиться на теплое время года, при условии достижения во всех частях компоста температуры не менее +60 ° С [2].

Достоинством этих методов является полное сохранение биогенных веществ в осадках, но в большинстве случаев обеззараживание происходит не полностью. Поэтому, эти методы считаются нецелесообразными при использовании осадков в качестве удобрения, а лучшие результаты дает применение комбинации из нескольких приемов обеззараживания [3,4], включающие аэробную стабилизацию – механическое обезвоживание сырого осадка и дегельминтизация – тепловая безреагентная обработка осадков с последующим уплотнением и обезвоживанием на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центрифугах – термообработка сырых и обезвоженных осадков и избыточного ила в распылительно – кипящих сушилках.

В условиях постоянно увеличивающегося количества осадков и отсутствия свободных площадей для их размещения, все острее встает вопрос о разработке простого и эффективного способа обезвоживания и обеззараживания иловых осадков.

Цель исследований – разработка метода обеззараживания осадков для  последующией утилизации его как удобрение в сельском хозяйстве.

Задачи исследований – определение воздействия метода кавитации на состав осадков сточных вод

Объекты и методы исследования. Объектом исследования был активный ил из вторичного отстойника Харьковских очистных сооружений (Деканевка).

Эксперименты по обеззараживанию осадков  проводили физическими методами в  лабораторных условиях. Выбор контролируемых микробиологических показателей в ОСВ базировался на санитарно – бактериологических требованиях к почве или к осадку, а также на показателях, которые свидетельствуют о самоочищении почвы или осадка. Санитарно – микробиологические показатели определяли по СанПиН 2.1.7.573-96  [5].

Для оценки санитарно – бактериологических показателей осадков определяли в них:

– общее микробное число ( сапрофитную микрофлору );

– наличие бактерий группы кишечной палочки;

– наличие патогенных энтеробактерий;

– наличие бактерий рода Salmonella;

– наличие термофильных микроорганизмов ( термобактерии ) .

Санитарно – паразитологические показатели определяли по наличию жизнеспособных яиц гельминтов [6]. К физическим методам обеззараживания осадка, которые исследовали в лабораторных условиях, относились методы кавитации.

Исследование влияния процесса кавитации на физико- химические и санитарно – микробиологические показатели осадка.

Кавитация – процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей ( кавитационных пузырьков ). Характер воздействия кавитации обусловлен морфологическими особенностями и функциональным состоянием микроорганизмов. Он сводится не только к грубому разрушению микробной клетки, но также к возможным изменениям функциональных свойств бактерий. Это связано с размерами микробных клеток и обусловлено тем, что при заданном режиме влияния в области схлопывания кавитационных пузырьков преобладают пузыри с размерами, сопоставимыми с размерами микроорганизмов. В связи с этим, ударная волна, образующаяся при схлопывании пузырька, влияет не на всю клетку, а лишь на ее часть, принося ей при этом механические повреждения различного характера  [7].

В лабораторных условиях проводили исследования влияния процесса кавитации на обеззараживание осадка сточных вод. Обработку осадка проводили в гидродинамической установке с высокой производительностью.

Осадок из вторичного отстойника обрабатывали в течение 5-15 минут в гидродинамической установке и анализировали его до кавитации и после кавитации по химическим и микробиологическим показателям [8].

Контроль процесса обработки проводили по показателям влажности и сухому остатку.

Контроль влияния процесса кавитации на жизнедеятельность микроорганизмов проводили по санитарно – бактериологическим показателям : общему микробному числу  ( сапрофитная микрофлора ), бактериям группы кишечной палочки ( БГКП ),  патогенным энтеробактериям  (в т.ч. сальмонеллы ). Посев микроорганизмов проводили в стерильных условиях, путем децимальных серийных разведений, в трехкратных повторностях. Вытяжку бактерий с осадка получали во время центрифугирования [9].

Результаты и обсуждения. Результаты физико-химических и санитарно-бактериологических показателей влияния процесса кавитации на осадок сточных вод представлены в таблице 1.

 

Таблица 1- Результаты исследований влияния процесса кавитации
на физико-химические и бактериологические показатели осадка

Найменование пробы

 

 

Влажность осадка,

%

Сухой

остаток осадка, мг/см3

Количество микроорганизмов в

1 см3пробы

Количество бактерий в

1 см3 осадка фактической влажности

Общее микробное число, кл/см3

БГКП

Патогенные энтеробактерии (сальмонелла)

Осадок до обработки кавитацией 98,77 12,390

1,29*108

1,6*106

обнаружены

1,29*109

Осадок после обработки кавитацией 99,26 12,389

7,1*107

 

 

3,0*105

обнаружены

 3,0*106

Как видно из табл.1, физико – химические показатели в обеих пробах оказались примерно одинаковы. Возможно,это связано с поступлением на кавитационную установку осадка с большой плотностью и влажностью. Отмечены положительные изменения к уменьшению числа бактерий в осадке. После двух часов обработки общее количество бактерий уменьшилось в 1,8 раза, а количество БГКП снизилась в 5,3 раз. Возможно, если увеличить время пребывания осадка в кавитационной установке, число бактерий снизится до нормативных значений. Отмечено недостаточное воздействие кавитации на подавление патогенных энтеробактерий.  Их присутствие наблюдалось до и после обработки пробы.

Выводы. Обеззараживание осадка в Украине осуществляется одним из следующих методов: термическим, химическим, термомеханическим, биологическим или комплексным методом. Выбор метода обеззараживания обусловливается рядом таких факторов, как физико-химический состав сточных вод, экономичность, безопасность, возможность образования токсичных побочных продуктов в осадках при его обеззараживании, бактерицидная и дезинвазийна эффективность, климатические особенности местности и т.д.. В каждом отдельном случае выбор оптимальных решений и схем должен быть сделан на основании всестороннего технико-экономического и санитарно-экологического обоснования;

К недостаткам физических методов обеззараживания можно отнести их высокую энергоемкость, значительные затраты на оборудование, избирательное воздействие на группы микроорганизмов, неглубокое проникновение в слой обрабатываемого осадка. Из физических методов обеззараживания в развитых  европейских странах наиболее эффективно используется термофильное сбраживание. В условиях Украины данный метод не получил широкого применения и, в основном, сушка и обеззараживание осуществляется только на иловых площадках.

Классические технологии обработки илового осадка не гарантируют безопасность его дальнейшего использования.

Обработка осадка в кавитационной установке исключает все вышеперечисленные проблемы. Это принципиально новый, безопасный метод обработки, который требует поддержания определенных условий для обеспечения полного обеззараживающего эффекта.

Экспериментальные исследования по обработке осадка на модельной лабораторной кавитационной установке подтверждают эффективность данного метода. Наблюдается постепенное снижение патогенной микрофлоры. За два часа работы общее количество бактерий уменьшилось в 1,8 раза, а количество БГКП снизилась в 5,3 раз.

Патогенные микроорганизмы активного ила оказались устойчивыми к методу кавитации. Незначительный бактерицидный эффект физических методов, возможно, связан с высокой вязкостью осадка, неглубоким проникновением в слой, избирательным воздействием на определенные виды микроорганизмов[10].

Экономический эффект от предложенной технологии после усовершенствования работы установки заключается в том, что данный метод не требует применения дорогостоящих химических реагентов, что позволяет полностью исключить затраты на их приобретение; обработка осадка в кавитационной установке может осуществляться на уже существующих очистных сооружениях, тем самым отсутствует потребность в строительстве новых сооружений; применение данного метода после усовершенствования основных параметров, позволит в короткие сроки проводить обработку осадка, тем самым быстрее освобождать площади земли, занятые под иловые площадки;

Необходимо произвести доработку основных параметров работы кавитационной установки, увеличить время пребывания осадка сточных вод в камере обеззараживания, чтобы обеспечить полный обеззараживающий эффект[11].

 

Список литературы

1 Фомина И.Г.  Методология  исследования качества осадков сточных  вод для возможности использования их в качестве удобрений: Сборник II Межотраслевой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов., 2013 г.

2 ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений

3 Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Учебник для    вузов. – М.: АСВ, 2004. – 704 с.

4 Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат,1988. – 256 с.

5 СанПиН 2.1.7.573-96 “Гигиенические требования к использованию сточных вод и их  осадков для орошения и удобрения” (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. N 46)

6 Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические  удобрения. М.:  БИНОМ.     Лаборатория знаний, 2007. -311 с.

7  Дорошенко С.Н.,  Гриценко А.В. , Горбань Н.С.,  Фомина И.Г, Зинченко И.В,  ФоминС.С. , АскретковД.Н. , Мацак А.А.. Состояние осадков сточных вод иловых площадок харьковской области и возможность использования их в качестве удобрения// Проблеми охраны окружающей природной среды и экологической безопасности. – Харьков: 2012.

8 Разработка методов обеззараживания осадков сточных вод иловых площадок Харьковской области//  15/1.6. Харьков, 2013

9 Н.С. Горбань, И.Г. Лидо, И.В. Зинченко, Д.Н. Аскретков, С.С.  Фомин. Дослідження складу осадів каналізаційних очисних споруд  за хімічними, бактеріологічними та гельмінтологічними показниками одного з водоканалів Дніпропетровської області. Сб. трудов Казантип –ЭКО-2012. Том III. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго-и ресурсосбережения. 170-173 с.

10 ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании

11 ТУ204 України 76-93 «Добриво із осадів стічних вод. Технічні умови»// Затв. Держ.ком України по житлово-комун.господарству, строк дії – до 31.12.1995 р.

Комментарии закрыты.

Яндекс.Метрика