Zastosowanie biopreparatów w procesie oczyszczania wód i ścieków

Transkrypt

1 Patrycja Malucha ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. Zakład Chemii i Diagnostyki Dział Technologii Wody i Ścieków Zastosowanie biopreparatów w procesie oczyszczania wód i ścieków Wstęp Biopreparaty to produkty ze specjalnie wyselekcjonowanymi mikroorganizmami, głównie bakteriami i grzybami. W ochronie środowiska wykorzystywane są do zapobiegania lub ograniczania ilości zanieczyszczeń wprowadzanych do wód i gruntów. Zanieczyszczenia zawarte w środowisku wodnym lub gruntowym są przekształcane w trakcie procesów życiowych mikroorganizmów do związków prostych nie powodujących wtórnego zanieczyszczenia. Biopreparaty mogą być stosowane zarówno w miejskich, jak i przemysłowych oczyszczalniach ścieków, szambach, kanalizacji, a także do rekultywacji oczek wodnych, jezior i zalewów. W referacie zostały przedstawione dwa przypadki zastosowania biopreparatów: do zmniejszenia ładunku ChZT Cr i ilości olejów w ściekach poprodukcyjnych w zakładach cukierniczych, a także do rekultywacji wody z zalewu. Charakterystyka biopreparatów Preparaty biologiczne stosowane w procesach oczyszczania ścieków zawierają naturalne mikroorganizmy saprofityczne, głównie szczepy Bacillus subtilis i Bacillus cereus. Są one związane na nośnikach mineralnych: węglanie wapnia i glino-krzemianach, wydobywanych spod dna morskiego w postaci koralowców oraz skał wulkanicznych. Nośniki te charakteryzują się własnościami fizykochemicznymi, tj. dużą powierzchnią właściwą, porowatością, zdolnością do sorpcji, koagulacji i flokulacji, które umożliwiają ochronę makro- i mikroskopową mikroorganizmów oraz podwyższenie zdolności wytwarzania enzymów i reprodukcji mikroorganizmów związanych na tych nośnikach. Mikroorganizmy są wyodrębniane ze środowiska naturalnego i selekcjonowane pod kątem ich zdolności do wytwarzania enzymów ukierunkowanych na rozkład trudno degradowalnych substancji organicznych. Biopreparaty produkowane są w postaci proszku o uziarnieniu: µm, 0,5 1,5 mm, 5,0 7,0 mm, barwie szaro-beżowej, bez zapachu (wyłączając typ preparatów specjalnie perfumowanych). Warto podkreślić, że nie stanowią zagrożenia dla ludzi, flory i fauny. Większość mikroorganizmów zawartych w biopreparatach to bakterie i grzyby ciepłolubne. Optymalny zakres temperatur środowiska, w którym działają to C. Temperatury powyżej maksymalnych powodują denaturację białek komórkowych i śmierć komórek. Odporność mikroorganizmów na niskie temperatury jest znacznie wyższa niż na działanie temperatur wysokich. Należy również pamiętać, że w większości biopreparatów mamy do czynienia z mikroorganizmami, które do wzrostu i rozmnażania potrzebują tlenu (wyjątkiem są szczepy bakterii, które są składnikiem preparatów służących do wspomagania procesów gnilnych). Sposoby działania biopreparatów: działanie fizykochemiczne, jonowe oddziaływanie nośników mineralnych na zawiesiny polepszające ich flokulację, sorpcja amoniaku, siarkowodoru, amin przez nośniki mineralne, działanie buforujące, wiązanie metali ciężkich na drodze wymiany jonowej, wiązanie fosforanów, działanie biologiczne: szybka biodegradacja większości trudno degradowalnych substancji organicznych takich jak węglowodory alifatyczne i aromatyczne, tłuszcze, detergenty, odpady zwierzęce i roślinne, poprawa procesów nitryfikacji i defosfatacji, redukowanie ilości osadów nadmiernych o ok. 30%. Korzyści wynikające ze stosowania biopreparatów do rewitalizacji wód: poprawa parametrów jakościowych ścieków odprowadzanych z oczyszczalni ścieków, higienizacja osadów ściekowych, redukcja osadów nadmiernych,

2 szybkość, łatwość oraz niskie koszty aplikacji, usuwanie związków metali ciężkich, szybka degradacja większości organicznych związków chemicznych, reaktywacja naturalnej flory bakteryjnej. Zastosowanie biopreparatów w procesach oczyszczania ścieków W niniejszym referacie omówione zostaną dwa przypadki zastosowania biopreparatów: do oczyszczania ścieków z produkcji cukierniczej oraz rewitalizacji wód z zalewu. Przypadek 1. Ścieki z produkcji cukierniczej Źródłem ścieków odprowadzanych z terenu firmy cukierniczej były ciągi technologiczne produkcji wyrobów. Ścieki były generowane zarówno w trakcie produkcji wyrobów cukierniczych, jak i podczas mycia urządzeń technologicznych. Ścieki powstające podczas produkcji charakteryzowały się bardzo wysokimi parametrami zanieczyszczeń takich jak zawartość cukrów, tłuszczów i białek, występującymi zarówno w postaci rozpuszczonej, jak i zawiesin oraz emulsji wodnych. Biorąc pod uwagę brak możliwości wybudowania podczyszczalni ścieków, firmie cukierniczej zaproponowano dozowanie preparatów biologicznych mających na celu zmniejszenie ładunku zanieczyszczeń do poziomu pozwalającego na ich odprowadzanie kanalizacją do gminnej oczyszczalni ścieków. Rodzaje biopreparatów oraz ich dawki wyznaczono doświadczalnie w laboratorium. Badaniom poddano ścieki surowe, które napowietrzano w trzech komorach symulując w ten sposób separator przemysłowy, w którym ścieki były przetrzymywane. Do podczyszczania ścieków zastosowano następujące preparaty: PBA biopreparat służący do rozkładu tłuszczów; PBA biopreparat służący do rozkładu węglowodanów, białek i tłuszczów; NUTRIM odżywka i substancja do korekcji odczynu ścieków. Powyższe preparaty zastosowano w następujący sposób: Biopreparat PBA co drugi dzień w ilości 1,0 kg; Biopreparat PBA codziennie w ilości 0,1 kg; Odżywka NUTRIM codziennie w ilości 0,5 kg. W tabeli nr 1 przedstawiono wyniki badań ścieków po trzech dobach przetrzymania, z zastosowaniem wstępnie wyselekcjonowanych rodzajów biopreparatów.

3 Tabela nr 1. Analiza ścieków poddanych biodegradacji za pomocą biopreparatów Zastosowany preparat biologiczny Data analizy ph [godz. 8.00/13.00] ChZT Cr [mg O 2 /l] BZT 5 [mg O 2 /l] Oleje (substancje ekstrahujące się chlorkiem metylenu) [mg/l] Zawiesina [g/l] Próbka surowa 13 marzec 6, ,3 986,2 4, marzec 5,50 / 5, ,3 50,7 1,790 PBA marzec 4,85 / 6, ,4 1, marzec 5,50 / 6, ,4 43,1 1, marzec 5,15 / 5, ,1 40,6 1, marzec 5,65 / 6, ,7 25,4 1,325 PBA marzec 4,80 / 6, ,0 1, marzec 5,60 / 6, ,2 22,3 1, marzec 5,40 / 6, ,7 21,8 1,225 PBA PBA marzec 5,40 / 5, ,5 15,6 1, marzec 4,70 / 7, ,3 1, marzec 5,65 / 6, ,8 13,2 1, marzec 5,35 / 6, ,1 12,9 1,830 (źródło: opracowanie własne ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.)

4 Jak wynika z tabeli nr 1, po odpowiednim dobraniu biopreparatów uzyskano następującą redukcję zanieczyszczeń: ChZT Cr 51,13% usunięcia w stosunku do poziomu w ściekach surowych. Oleje 98,69% usunięcia w stosunku do poziomu w ściekach surowych. Zawiesina 56,17% usunięcia w stosunku do poziomu w ściekach surowych. Ponadto w trakcie długotrwałej aplikacji preparatów biologicznych zaobserwowano zmniejszenie się odkładania kożucha tłuszczowego w rurociągach kanalizacyjnych, co zmniejszyło częstotliwość udrażniania kanalizacji. Przypadek 2. Wody z zalewu Staw (zalew) był zanieczyszczany przez odcieki z pobliskiego składowiska odpadów przemysłowych. Woda w stawie charakteryzowała się brązową barwą, brakiem tlenu, wysoką zawartością zanieczyszczeń organicznych (fenole, benzen, ksyleny, toulen, pirydyna, naftalen, antracen, WWA) oraz metali ciężkich i cyjanków. Pomimo kilkuletniego odpompowywania wody ze stawu do oczyszczalni ścieków poziom zanieczyszczeń wód nie ulegał zmianom. W tabeli nr 2 przedstawiono poziom zanieczyszczeń wód z zalewu. Tabela nr 2. Parametry jakościowe wody z zalewu L.p. Oznaczenie Jednostka Zawartość 1 ph - 8,40 2 Przewodność ms/cm 3,15 3 Zasadowość mineralna 4 Zasadowość ogólna 5 ChZT-Cr mval/dm 3 0,30 mval/dm 3 20,0 mg O 2 /dm ,0 6 Tlen mg O 2 /dm 3 nw. 7 Fenole lotne 8 Ogólny węgiel organiczny 9 Mangan jako Mn 10 Arsen jako As 11 Kadm jako Cd 12 Ołów jako Pb 13 Cynk jako Zn 14 Miedź jako Cu 15 Żelazo jako Fe 16 Nikiel jako Ni 17 Chrom jako Cr 18 Rtęć jako Hg 19 Suma metali mg/dm 3 132,5 mg/dm 3 481,4 mg/dm 3 2,21 mg/dm 3 0,0314 mg/dm 3 <0,0005 mg/dm 3 0,0047 mg/dm 3 0,263 mg/dm 3 0,0095 mg/dm 3 4,64 mg/dm 3 0,0071 mg/dm 3 0,0154 mg/dm 3 0,0063 mg/dm 3 7,19 (źródło: opracowanie własne ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.)

5 Przeprowadzono badania pilotażowe mające na celu rewitalizację wody w stawie. Do rewitalizacji wykorzystano biopreparaty do rozkładu węglowodorów aromatycznych oraz wiązania metali ciężkich, tj.: TCE 801 biopreparat służący do oczyszczania zbiorników wód powierzchniowych. Posiada zdolności do koagulacji i flokulacji zawiesin, blokuje proces eutrofizacji, likwiduje film olejowy na powierzchni wody oraz mineralizuje osady i ogranicza powstawanie nieprzyjemnych odorów. PCH 707 biopreparat służący do rozkładu węglowodorów, a w szczególności związków aromatycznych prostych takich jak fenole i benzen. DTX 817 glinokrzemian służący do wiązania metali ciężkich. Charakteryzuje się bardzo wysokimi zdolnościami sorpcyjnymi: 1 mol glinokrzemianu wiąże 2 mole metali ciężkich. Badania z dawkowaniem biopreparatów prowadzono przez 5 miesięcy. W ich trakcie dokonywano systematycznych analiz fizykochemicznych wody. W próbkach wód badano następujące parametry: zawartość metali; ChZT Cr zawartość fenoli lotnych; zawartość tlenu rozpuszczonego i odczyn ph. W tabeli nr 3 przedstawiono zawartości wybranych metali ciężkich, ChZT i fenoli lotnych w wodzie z zalewu. Tabela nr 3. Zawartość wybranych parametrów jakościowych wody z zalewu L.p. Oznaczenie Jednostka Zawartość początkowa Zawartość po 11 tygodniach 1. Mangan jako Mn mg/dm 3 2,21 0, Arsen jako As mg/dm 3 0,0314 0,41 3. Kadm jako Cd mg/dm 3 <0,0005 <0, Ołów jako Pb mg/dm 3 0,0047 Nie wykryto 5. Cynk jako Zn mg/dm 3 0,263 0, Miedź jako Cu mg/dm 3 0,0095 0, Żelazo jako Fe mg/dm 3 4,64 2,51 8. Nikiel jako Ni mg/dm 3 0,0071 0, Chrom jako Cr mg/dm 3 0,0154 0, Rtęć jako Hg mg/dm 3 0,0063 0, ChZT Cr mgo 2 /dm ,0 132,0 12. Fenole lotne mg/dm 3 132,5 0,05 (źródło: opracowanie własne ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.) Osiągnięto następującą redukcję zanieczyszczeń: ChZT Cr 91,1% w stosunku do próbki wyjściowej. Fenole lotne poziom 99,9% w stosunku do próbki wyjściowej. Metale ciężkie wyniki były zróżnicowane dla poszczególnych metali. Zadowalające wyniki uzyskano dla manganu, ołowiu, cynku i żelaza.

6 Podsumowanie Przedstawione wyniki badań potwierdzają wysoką skuteczność działania biopreparatów w procesie usuwania zanieczyszczeń wód. W każdym jednak przypadku należy dobierać dawki i rodzaje preparatów indywidualnie, a wcześniej wykonać badania laboratoryjne. Po okresowym dawkowaniu biopreparatów (szczepieniu), dzięki wytworzeniu się specyficznej biocenozy w zbiornikach (kanalizacji, neutralizatorach) zdolnej do biodegradacji, oczyszczanie wody lub ścieków ma charakter ciągły. Należy jednak pamiętać o dawkach preparatów podtrzymujących ten proces.