Таблиця 1
Усереднені санітарно-хімічні та санітарно-мікробіологічні показники якості стічних вод дослідно-експериментальних біоставів у весняно-літній та в осінній періоди їх експлуатації
Показники, (одиниці виміру) |
Величини показників стічних вод | |||
| Біологічно очищених в очисних каналізаційних спорудах | Третинно очищених у дослідно-експериментальних біоставах | Достовірність відмінностей, р< |
||
 +
m |
+
m |
Ефект доочищення, % | ||
| рН | 8,57±0,05 | 8,39±0,04 | ‑ | |
| Температура, о С | 18,98±1,64 | 19,0±1,73 | ‑ | |
| Завислі речовини, мг/дм3 | 13,58±0,21 | 6,45±0,14 | 52,51 | р<0,001 |
| БСК5 , мг О2 /дм3 | 34,73±0,25 | 5,09±0,03 | 85,34 | р<0,001 |
| ХСК, мг О2 /дм3 | 58,16±0,19 | 31,15±0,24 | 46,44 | р<0,001 |
| Розчинений кисень, мг О2 /дм3 | 3,91±0,09 | 6,27±0,28 | ‑ | р<0,001 |
| Азот амонійний (NH4 + ),мг/дм3 | 0,52±0,06 | 0,39±0,03 | 25,0 | |
| Азот нітритний (NO2 ‑ ), мг/дм3 | 0,19±0,04 | 0,07±0,02 | 63,16 | р<0,05 |
| Азот нітратний (NO3 ‑ ), мг/дм3 | 23,54±0,91 | 19,66±0,58 | 16,48 | р<0,01 |
| Мікробне число, КУО/см3 | 6,7·103 ±8,8·10 | 6,9·102 ±3,9·10 | 89,66 | р<0,001 |
| Індекс БГКП, КУО/дм3 | 7,2·103 ±2,5·102 | 3,0·102 ±0,0 | 95,83 | р<0,001 |
Примітки: 1) – середній місячний показник; 2) m – стандартна похибка.
Суттєво знизились санітарно-бактеріологічні показники якості доочищених стічних вод. Так, загальне мікробне число в стічних водах дослідно-експериментальних біоставів зменшилось з 6,7·103 КУО/см3 на вході до 6,9·102 КУО/см3 на виході з них (ефективність доочищення – 89,66%); індекс БГКП стічних вод зменшився з 7,2·103 КУО/дм3 на вході в біостави до 3,0·102 КУО/дм3 на виході з них (ефективність – 95,83%).
Отримані дані ефективного третинного очищення стічних вод в умо-вах дослідно-експериментальних досліджень підтверджені в промислових біоставах з ВВР для третинного очищення стічних вод від підприємства металопереробної галузі та рекомендовано для послідуючого їх використання як технічної води в закритому, зворотньому водопостачанні.
Експериментальне обґрунтування доцільності застосування біоставів з вищими водяними рослинами для зменшення вмісту патогенної мікрофлори у промислових стічних водах при їх третинному очищенні. Представлене обґрунтування доцільності застосування біоставів з вищими водяними рослинами для третинного очищення промислових стічних вод від патогенної мікрофлори у лабораторних умовах та розроблені рекомендації щодо подальшого їх застосування з цією метою у промислових умовах.
В умовах лабораторного експерименту нами проведено вивчення дії екстрактів із зелених водоростей (Сhlorella vulgaris, Ankistrodermus bijugatus, Scenedesmus quadricauda) і вищих водяних рослин – ряски малої (Lemna minor L.) на здатність останніх інактивувати патогенні бактерії та віруси в стічних водах (рис. 1).
Кількість вірусів (БУО/дм3 )
Рис. 1. Вплив екстрактів зелених водоростей (Сhlorella vulgaris, Ankistrodermus bijugatus, Scenedesmus quadricauda) та з ВВР ‑ ряски малої (Lemna minor L.) на інфекційність вірусів поліомієліту.
Дослідженнями екстрактів із фітофлори встановлено, що зелені водорості мають виражену віруліцидну дію. При 30 хв контакті екстракту зелених водоростей у воді інактивується більш 73,33% вакцинного штаму вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна. Екстракти вищої водяної рослини (ряска мала) інактивують понад 99,34% вірусних часток за вказаний час. Тобто віруліцидна активність ряски більш виражена, ніж у зелених водоростей. Однак, досягти повної інактивації вірусів за вказаний час (90 хв) в умовах лабораторного досліду не вдалося.
В подальшому експериментально досліджували вплив екстрактів із ВВР на інактивацію вірусів. Встановлено, що серед досліджених ВВР найвищу віруліцидну активність проявляли екстракти із лепехи болотяної (табл. 2).
Таблиця 2
Вплив екстрактів із вищих водяних рослин на інфекційну активність вірусів поліомієліту
| № з/п | Назва рослини | Показники інактивації вірусів (БУО/дм3 ) через | ||||
| 30 хв | 60 хв | 90 хв | Р1-2 | Р2-3 | ||
| Р1 | Р2 | Р3 | ||||
| 1. | Лепеха болотяна (Acorus calamus L.) |  |
 |
 |
р<0,01 | р<0,01 |
| 2. | Рогоз (Typha latifolia et angustifolia L.) |  |
 |
 |
р<0,01 | р<0,01 |
| 3. | Очерет звичайний (Phragmites communis Trin.) |  |
 |
 |
р<0,01 | р<0,01 |
| 4. | Комиш озерний (Scirpus lacustris L.) |  |
 |
 |
р<0,01 | р<0,01 |
| 5. | Контроль |  |
 |
 |
− | − |
Примітки: 1) чисельник – залишкова інфекційність вірусів БУО/дм3 ; 2) знаменник – ефективність інактивації вірусів, %.
Так, при взаємодії екстрактів із вірусом поліомієліту через 30 хв інактивується 96,25% вірусних часток, через 60 хв – 99,53%, а через 90 хв наступала повна інактивація вірусів (100%). Інтенсивність інактивації вірусів залежала від концентрації екстрактів із вищих водяних рослин у воді біоставів (табл. 3).
Таблиця 3
Показники інактивації вірусів поліомієліту залежно від концентрації екстракту лепехи болотяної у воді
| Концентрація екстракту лепехи болотяної, % | Вихідний індекс вірусів, БУО/дм3 | Залишкова кількість вірусів, БУО/дм3 |
Ефективність інактивації вірусів, % |
| 0,1% | (1,2 ± 0,7)·105 | (0,5 ± 0,05)·105 | 58,33 |
| 0,5% | (1,2 ± 0,7)·105 | (2,2 ± 0,1)·102 | 99,82 |
| 1% | (1,2 ± 0,7)·105 | (1,2 ± 0,1)·102 | 99,9 |
| 3% | (1,2 ± 0,7)·105 | 0 | 100 |
| 5% | (1,2 ± 0,7)·105 | 0 | 100 |
Примітка. Взаємодія вірусів з екстрактом лепехи болотяної відбувалась при температурі +22 о С впродовж 30 хв.
Доведено, що для ефективної інактивації вірусів поліомієліту достатньо створити у воді 0,5-1,0% концентрацію екстрактів лепехи болотяної. Це досягається шляхом висадження певної кількості лепехи болотяної на 1 м2 площі біостава (17-20 рослин/м2 ) та дотриманням терміну перебування стічних вод у споруді.
В лабораторних умовах вивчали активність екстрактів з ВВР, що виділяють у воду в процесі їх вегетації біологічно-активні речовини, які пагубно діють на віруси поліомієліту ІІ типу Себіна та Коксакі В 6. Рослини вирощували в дослідно-експериментальних біоставах у весняно-осінній період впродовж 8-10 міс. Відбирали проби води із біоставів, куди вносили штами вірусів і спостерігали за інтенсивністю інактивації вірусів (табл. 4). Отримані дані засвідчили, що інактивація вірусів найбільш інтенсивно відбувається у воді, де вегетувала лепеха болотяна. Так, через 60 хв спостереження інактивувалось до 99,93% вірусів поліомієліту. Для рогозу широколистого показники інактивації вказаних вірусів складали – 95,0%, для очерету звичайного – 86,67%.
Аналогічні закономірності віруліцидної дії екстрактів із лепехи болотяної встановлені на моделі вірусів Коксакі В 6, як представників патогенної групи із сімейства Picornaviridae. Це свідчить про те, що екстракти ВВР здатні інактивувати як вакцинні, так і вірулентні штами вірусів, які зустрічаються у воді.
Також вивчали вплив екстрактів лепехи болотяної на окремі види ентеропатогенних бактерій. Встановлено, що кишкові бактерії інактивувалися у воді під дією біологічно-активних речовин ВВР. В умовах кімнатної температури процеси зниження вмісту патогенних бактерій прискорювалися і становили для Е. сoli О-111 – 80,86%, для E. сoli О-124 – 45,26%, Shigella sonnei – 68,57%. При зниженні температури до +4°С процеси інактивації бактерій уповільнювалися, але не припинялися.
Таблиця 4
Вплив екстрактів вищих водяних рослин на віруси поліомієліту у воді дослідно-експериментальних біоставів
| № з/п | Назва рослин | Вихідний індекс вірусів у воді, (БУО/дм3 ) | Залишкова інфекційність вірусів у воді, (БУО/дм3 ) | Ефективність інактивації вірусів, % |
| 1. | Лепеха болотяна (Acorus calamus L.) | (4,20±0,7)·105 | (4,5±0,5)·103 | 99,93 |
| 2. | Рогоз широколистий (Typha latifolia L.) | (4,20±0,7)·105 | (2,10±0,6)·104 | 95,0 |
| 3. | Очерет звичайний (Phragmites communis) | (4,20±0,7)·105 | (5,6±0,4)·104 | 86,67 |
Примітка. Інактивація вірусів поліомієліту ІІ типі Себіна у воді біоставів, засаджених рогозом широколистим та рогозом вузьколистим, ідентична при 60 хв експозиції.
Таким чином, в модельних умовах при вирощуванні ВВР у дослідно-експериментальних біоставах вода набуває знезаражуючих властивостей за рахунок виділення останніми біологічно-активних речовин, що згубно впливають на патогенні віруси та бактерії.
Існує також ряд інших факторів, що обмежують поширення патогенної мікрофлори у воді поверхневих водойм, зокрема: вплив сонячного опромінення, зміни показника рН води, наявність мікробів-антагоністів, адсорбція на твердих частках, гуміфікація та інші.
Отримані в лабораторних умовах дані ми вирішили перевірити на ВВР, що вегетують в промислових умовах експлуатації біоставів та збіль-шенні часу перебування стічних вод у споруді. Важливо було дослідити динаміку звільнення стічних вод промислового біостава від штучно внесе-них в окремо взяті об’єми води з діючого біостава на різних його ділянках, від вірусів поліомієліту та Коксакі В 6. Дані інактивації штучно внесених вірусів у окремо взяті об’єми води з промислового біостава, де вегетували різні види ВВР, у літню пору року наведені в (табл. 5). Дослідженнями ди-наміки інактивації вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна встановлено, що про-мислові стічні води на вході в біостав проходять крізь зарості та кореневу систему очерету звичайного, на середині – через рогоз широколистий та ро-гоз вузьколистий, а на виході – через зарості лепехи болотяної і ефективно звільняються від вірусів. Так, у літній період спостережень у пробах води біостава, де був засаджений рогоз широколистий, вже на 2 добу інактивува-лось 98,33% вірусів, на 5 добу – 99,40%. У воді біостава з лепехою болотя-ною динаміка інактивації вірусів мала такі показники: на 2 добу – 97,9%; на 5 добу – 100%. У пробах води на виході з біостава ефективність інактивації вірусів складала 97,05-98,03% на 2-5 добу спостережень, що можливо, пов’я-зано з ефектом перемішування води та зниженням цим самим концентрації біологічно-активних речовин, які виділяють ВВР в процесі вегетації.
Таблиця 5
Динаміка звільнення від штучно внесених вірусів поліомієліту в проби води з промислового біостава з ВВР у літню пору року
| № з/п | Місце відбору проб |
Динаміка інактивації вірусів на: | ||||||||
| 1 добу | 2 добу | 3 добу | 5 добу | 7 добу | Р1-2 | Р2-3 | Р3-4 | Р4-5 | ||
| Р1 | Р2 | Р3 | Р4 | Р5 | ||||||
| 1. | Вода на вході в біостав |  |
 |
 |
 |
 |
р> 0,05 |
р< 0,05 |
р> 0,05 |
р< 0,05 |
| 2. | Вода біостава (очерет звичайний) |  |
 |
 |
 |
 |
р< 0,001 |
р< 0,001 |
р< 0,05 |
− |
| 3. | Вода біостава (рогоз широколистий) |  |
 |
 |
 |
 |
р< 0,01 |
р< 0,001 |
р< 0,001 |
р< 0,05 |
| 4. | Вода біостава (лепеха болотяна) |  |
 |
 |
 |
 |
р< 0,05 |
р> 0,05 |
р< 0,001 |
р< 0,001 |
| 5. | Вода на виході з біостава |  |
 |
 |
 |
 |
р< 0,01 |
р> 0,05 |
р> 0,05 |
р< 0,001 |
| 6. | Контроль |  |
 |
 |
 |
 |
р> 0,05 |
р> 0,05 |
р> 0,05 |
р> 0,05 |
Примітки: 1) *чисельник – залишкова інфекційність вірусів поліомієліту ІІ типу Себіна, БУО/дм3 ;
2) ** знаменник – ефективність інактивації вірусів, %.
В умовах зимового періоду спостережень динаміка звільнення від штучно внесених вірусів поліомієліту в проби води з промислового біостава з ВВР не припинялися, але мала дещо уповільнену тенденцію.
Дослідження ефективності третинного очищення промислових стічних вод у біоставу з вищими водяними рослинами в натурних умовах його експлуатації. Представлені результати ефективності третинного очищення промислових стічних вод за санітарно-хімічними та санітарно-бактеріологічними показниками у біоставу з вищими водяними рослинами в натурних умовах його експлуатації впродовж трьох років спостережень.
Вивчали ефективність третинного очищення промислових стічних вод у біоставу з ВВР в очисних каналізаційних спорудах КГЗКОР м. Долинська Кіровоградської обл., до складу яких входять: механічні грати, піскоуловлювачі, первинні відстійники, аеротенки, вторинні відстійники та дві секції біоставів, засаджених вищими водяними рослинами. Біостави розміром 60,0´189,0 м кожний, засаджені на вході очеретом звичайним (Phragmites communis Trin.), на середині – рогозом широколистим (Typha latifolia L.) та рогозом вузьколистим (Typha angustifolia L.), а на виході – лепехою болотяною (Acorus calamus L.). На разі є працюючим один біостав. Другий виступає як резервний і вступить в експлуатацію після введення на повну потужність Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд.
Особливістю хімічного складу промислових стічних вод на вході в очисні споруди КГЗКОР є підвищений вміст розчинених солей, жирів та масел, нафтопродуктів та ін. у зв’язку з пробними запусками виробничих потужностей, де вміст заліза становить до 0,98 мг/дм3 ; сульфатів – до 617,9 мг/дм3 , хлоридів до 230 мг/дм3 , калію+натрію до 369,6 мг/дм3 тощо.
При третинному очищенні промислових стічних вод спостерігалося зменшення вмісту органічних забруднень за показниками БСК5 та ХСК. Так, у пробах води на вході в очисні каналізаційні споруди КГЗКОР м. Долинська, усереднені показники вмісту БСК5 складали від 72,2 мг О2 /дм3 до 80,8 мг О2 /дм3 за грудень місяць 2003-2005 рр., як один із найхолодніших місяців року. При цьому середні показники БСК5 у пробах води на виході із вторинних відстійників за вказаний період становили до 35,5 мг О2 /дм3 . Після третинного очищення в промисловому біоставу з ВВР середні показники якості БСК5 за цей самий період складали від 3,5 мг О2 /дм3 до 6,13 мг О2 /дм3 (при ГДК 15 мг О2 /дм3 ), що забезпечує 94,06% ефективності третинного очищення відносно вторинного очищення в аеротенках за класичною схемою: механічні грати → піскоуловлювачі → первинні відстійники → аеротенки → вторинні відстійники → знезаражування → скид у відкриту водойму. Зміни показників ХСК у стічних водах за вказаний період мали аналогічну тенденцію до зменшення ХСК після глибокого доочищення стічних вод у промисловому біоставу з ВВР і становили від 131,1 мг О2 /дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 30,57 мг О2 /дм3 на виході із біостава (при ГДК 80 мг О2 /дм3 ), що становить 78% ефективності третинного очищення. Збільшення вмісту розчиненого кисню відбувається з 2,5 мг О2 /дм3 на вході в біостав до 9,4 мг О2 /дм3 на виході. Також зареєстровано зменшення біогенних речовин при третинному очищенні стічних вод. Так вміст азоту амонійного зменшувався з 0,91 мг/дм3 на вході в біостав до 0,1 мг/дм3 на виході (при ГДК 0,5 мг/дм3 ). Показник азоту нітритів зменшувався з 0,31 мг/дм3 на вході до 0,02 мг/дм3 на виході з біостава (при ГДК 0,08 мг/дм3 ). Вміст азоту нітратів зменшувався з 46,7 мг/дм3 на вході в біостав до 15,8 мг/дм3 на виході (при ГДК 40,0 мг/дм3 ). Вміст фосфатів зменшувався з 7,5 мг/дм3 на вході в біостав до 0,4 мг/дм3 на виході (при ГДК 3,5 мг/дм3 ). Завислі речовини зменшились з 17,3 мг/дм3 на вході в біостав до 3,3 мг/дм3 на виході (при ГДК 15,0 мг/дм3 ). Такі низькі показники вмісту біогенних речовин попереджують евтрофікацію річкової води, яка відноситься до ІІ категорії водокористування.
В натурних умовах експлуатації біостава з ВВР у процесі третинного очищення промислових стічних вод відбувається покращення як санітарно-хімічних, так і санітарно-мікробіологічних показників. При цьому відбувається зменшення вмісту промислових забруднень у воді біостава. Зокрема вміст жирів та масел знижується з 0,85 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,02 мг/дм3 на виході з біостава. Вміст нафтопродуктів зменшувався з 0,7 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,01 мг/дм3 на виході. Показник СПАР зменшувався з 0,89 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,04 мг/дм3 (при ГДК 0,5 мг/дм3 ) на виході при експозиції стічних вод упродовж 5 діб. Вміст заліза зменшувався з 0,98 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 0,03 мг/дм3 на виході (при ГДК 0,05 мг/дм3 ) при перебуванні стічних вод у споруді впродовж 5 діб. Вміст сульфатів після третинного очищення в промисловому біоставу з ВВР знижувався з 617,9 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 250,6 мг/дм3 на виході. Вміст хлоридів зменшувався з 226,8 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 113,3 мг/дм3 на виході (при ГДК 300,0 мг/дм3 ). Сухий залишок зменшувався з 1 751,0 мг/дм3 на вході в очисні каналізаційні споруди до 759,4 мг/дм3 на виході з біостава. Така зміна показників третинного очищення стічних вод пов’язана з активною вегетацією ВВР, які забезпечують сорбцію та акумуляцію мінеральних речовин. Процеси третинного очищення стічних вод відбуваються впродовж усього періоду експлуатації біостава з ВВР.
Промислові стічні води після біологічного очищення в очисних каналізаційних спорудах надходять в біостав без будь-яких методів знезаражування. В процесі третинного очищення стічних вод у промисловому біоставу з вищими водяними рослинами відбувається інтенсивне зниження санітарно-мікробіологічних показників (рис. 2).
Рис. 2. Динаміка очищення стічних вод за колі-індексом в очисних каналізаційних спорудах Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд м. Долинська Кіровоградської обл. за усередненими щомісячними даними.
Так у стічних водах після біологічного очищення в аеротенках усереднений вміст E. coli становив 1,1·104
КУО/дм3
в грудні місяці, як одному з найхолодніших місяців року, а після третинного очищення в біоставу за цей період – грудень вміст E. coli становив 3,0 · 102
КУО/дм3
, що відповідає нормативним документам до скиду таких вод у відкриті водойми. Характеризуючи ефективність третинного очищення промислових стічних вод після їх біологічного очищення в аеротенках, слід констатувати, що ефективність доочищення стічних вод за колі-індексом упродовж всього часу експлуатації біостава становило від 96,61%
8-09-2015, 21:58