Спосіб біологічного очищення поверхневих вод

Реферат: Винахід належить до галузі екології, зокрема до способу біологічного очищення поверхневих вод у різноманітних водних об'єктах - у річках, озерах, водосховищах тощо. Заявлений спосіб включає розміщення у водоймі за аеробних умов плотика з наскрізними отворами, із закріпленим до нього штучним волокнистим носієм, на якому здійснюють іммобілізацію мікроорганізмів, використання для очищення води вищої водної рослинності. Перед закріпленням волокнистого носія до плотика здійснюють іммобілізацію його пробіотичними бактеріями видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis, а вищу водну рослинність висаджують на синтетичну сітку, яка закріплена до поверхні плотика. UA 116058 C2 (12) UA 116058 C2 UA 116058 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі екології, зокрема до способу біологічного очищення поверхневих вод у різноманітних водних об'єктах - у річках, озерах, водосховищах тощо. Відродження та розвиток промислового та сільськогосподарського виробництва, підвищення культури населення супроводжується ростом потреби у кількості та якості питної води. Проте, сучасні широко розповсюджені фізико-хімічні технології водопідготовки недостатньо ефективні для вилучення із забрудненої природної води розчинених домішок органічної та неорганічної природи. Забезпечення людини якісною питною водою - складне і багатофакторне завдання. Антропогенна діяльність людини і природні чинники призводять до безперервного скорочення доступних прісноводних ресурсів. Згідно з даними моніторингу Державного агентства водних ресурсів України у 2012 році 92,6 % проб, що відібрані у районах основних поверхневих джерел централізованого водопостачання, не відповідали вимогам санітарних правил і норм для водойм питного призначення [Рой І.О. Оцінка екологічної безпеки систем централізованого питного водопостачання в Україні / І.О. Рой, Л.Д. Пляцук // Журнал інженерних наук. - 2014. - Т.1, № 1. С. Е7-Е14]. Забруднення природних вод нітратами зростає катастрофічно по всьому світі, що змушує закривати криниці та використовувати дорогі багатоступеневі методи очищення питної води. В Україні теж спостерігається неухильне щорічне збільшення кількості понаднормово забруднених нітратами джерел питної води. Установлено, що нітрати у підвищеній концентрації в питній воді згубно впливають на організм людини, а у дітей нітрати легко відновлюються до нітритів, які взаємодіють з гемоглобіном крові, спричиняючи утворення метгемоглобіну, що призводить до хвороб крові [Гвоздяк П.І. Звільнення питної води від нітратів пробіотиками / П.І. Гвоздяк, О.В. Сапура, В.Ф. Коваленко та ін. // Доповіді Національної академії наук України. - 2014. - №1. - С. 148-152]. Відомий спосіб доочищення питної води від нітритів (Патент №13081 України, МПК (2006) C02F 1/28, Спосіб доочищення питної води від нітритів, 15.03.2006, Бюл. №3). Спосіб включає денітрифікацію, пропускання питної води через шар активованого вугілля з іммобілізованими бактеріями штамів Bacillus circulans 4, або Bacillus laterosporus 17а, або Bacillus coagulans 21а, 3 або Bacillus thuringiensis 16а зі швидкістю течії 2-3 м /год. Недоліком способу є те, що він не забезпечує достатньо ефективного очищення води від органічних речовин та іонів важких металів. Окрім того, активоване вугілля має відносно низьку 2 питому поверхню для очищення води (питома поверхня складає менше 26 м /г). Ознаками, спільними з аналогом, є: - використання носія для очищення води; - біологічне очищення води іммобілізованими бактеріями роду Bacillus. Найбільш близьким за технічною суттю та досягнутим технічним результатом є відомий спосіб біологічного очищення зливових стічних вод (Патент №99685 України, МПК (2015.01): C02F 3/00, C02F 3/02 (2006.01), C02F 3/10, Спосіб біологічного очищення зливних стічних вод. опубл. 25.03.2015, Бюл. №6), який прийнятий за прототип. Спосіб включає очищення стічної води за аеробних умов мікроорганізмами на волокнистому носієві, що закріплений до несучого елемента у вигляді плотика і має перфороване дно, який розміщують протягом 0,51,0 місяця в аеротенку очисних споруд для іммобілізації мікроорганізмів активного мулу на волокнистому носієві, після чого плотик з іммобілізованими мікроорганізмами на носієві вилучають із аеротенка та розміщують на початку зливових стоків у басейні очисної споруди, а подальші додаткові плотики розміщують після плотиків із іммобілізованими мікроорганізмами на носієві у зливових стічних водах уздовж басейну протягом 12-16 днів для здійснення додаткової іммобілізації мікроорганізмів на волокнистому носієві, у отвори перфорованого дна занурених у воду плотиків висаджують вищу водну рослину, наприклад - Ейхорнію прекрасну (Eichornia crassipes), у кількості 3-5 рослин, за закінченням вегетаційного періоду надлишкову рослинну біомасу вищих водних рослин збирають з водної поверхні плотиків. Недоліком способу є те, що він не забезпечує ефективного очищення води від органічних сполук. Ознаками, спільними з прототипом, є: - розміщення у водоймі за аеробних умов плотика з наскрізними отворами із закріпленим до нього штучним волокнистим носієм; - іммобілізація мікроорганізмів на волокнистому носієві; - використання для очищення води вищої водної рослинності. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб біологічного очищення поверхневих вод, який шляхом комбінованого застосування у водних об'єктах іммобілізованих пробіотичних 1 UA 116058 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 бактерій, безпечних для людини, та біоценозу кореневої системи вищих водних рослин як елементів очищення води від органічних речовин та іонів важких металів, що дозволяє підвищити якість та ефективність очищення поверхневих вод будь-яких водних об'єктів, природним, маловитратним та простим у експлуатації способом. Суттєвими ознаками способу є: - іммобілізація пробіотичних бактерій видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis на волокнистому носієві; - прикріплення до плотика, який має наскрізні отвори, штучного волокнистого носія з іммобілізованими пробіотичними бактеріями та до його поверхні синтетичної сітки; - розміщення плотика у водоймі за аеробних умов; - висаджування вищої водної рослинності у синтетичну сітку. Відмінними від прототипу ознаками способу є: - використання пробіотичних бактерій видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis, які попередньо іммобілізовані на волокнистому носієві; - наявність синтетичної сітки, яка прикріплена до поверхні плотика; - висаджування вищої водної рослинності у синтетичну сітку. Очищення поверхневих вод у водоймі здійснюють за аеробних умов мікроорганізмами, іммобілізованими на волокнистому носієві, та біоценозом кореневої системи вищих водних рослин, які закріплені до плотика. Спосіб здійснюють так: перед закріпленням волокнистого носія до плотика здійснюють іммобілізацію носія пробіотичними бактеріями видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis при зовнішній температурі повітря 18-25 °C. Волокнистий носій з іммобілізованими мікроорганізмами витримують певний час (не менше 36-48 год.) для проростання й закріплення біологічної маси пробіотиків на поверхні волокнистого носія, після чого волокнистий носій прикріплюють до плотика разом з синтетичною сіткою, що розміщена на його поверхні. Плотик закріплюють у водоймі так, щоб волокнистий носій був занурений у водну товщу. Потім на водну 2 поверхню плотика, площею 0,480,5 м , у синтетичну сітку висаджують 56 розеток вищих водних рослин, які вегетативно розмножуються і займають всю поверхню сітки. Використання синтетичної сітки дозволяє локалізувати поширення та розповсюдження вищих водних рослин у водному об'єкті. Саме комплексне використання біоценозу гідробіонтів, що формується на кореневій системі вищих водних рослин за вегетаційний період (для південно-східного регіону України - з квітня по жовтень місяці), разом із іммобілізованими пробіотичними бактеріями підвищує інтенсивність та ефективність очищення поверхневих вод від органічних сполук, іонів важких металів та інших речовин. Запропонований спосіб можливо використовувати для біологічного очищення води річок, озер, водосховищ тощо. У водоймі плотики можна кріпити до опор, наприклад, розтяжками. У запропонованому способі біологічного очищення поверхневих вод використовують безпечні для людини пробіотичні бактерії штамів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis, що входять до складу медичного препарату "Біоспорин-Біофарма" (Україна). Приклад реалізації способу. Ефективність очищення забруднених вод перевіряли у басейні об'ємом 100 л. Для очищення запропонованим способом, воду відбирали на реальних очисних спорудах машинобудівного заводу "Мотор Січ" м. Запоріжжя, а саме на зливових очисних спорудах ЗОС № 54. У басейні, заповненому забрудненою водою очисних споруд заводу, розміщували 2 плотики із волокнистим носієм, іммобілізованим пробіотичними бактеріями видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis, та синтетичною сіткою, яка розташована на поверхні плотика. Потім у синтетичну сітку висаджували по 6 розеток вищих водних рослин (Pistia stratiotes L.), здійснювали біологічне очищення води протягом 7 діб. Результати біологічного очищення забрудненої води зливових очисних споруд ЗОС № 54 заводу наведено у табл. 50 Таблиця Ступінь та показники очистки води Показники 3 Мідь, мг/дм 3 Нікель, мг/дм 3 Алюміній, мг/дм +3 3 Хром , мг/дм 3 Азот амонійний, мгΝ/дм До очистки 0,021 0,031 0,082 0,024 1,30 2 Після очистки 0,008 0,010 0,021 0,013 0,25 Ступінь очистки, % 62,0 67,7 74,4 45,8 80,8 UA 116058 C2 Таблиця Ступінь та показники очистки води Показники 3 Азот нітритний, мгΝ/дм 3 Азот нітратний, мгΝ/дм 3 Хлориди, мг/дм 3 Нафтопродукти, мг/дм 3 ХСК, мгО2/дм 5 10 15 До очистки 1,48 5,98 868,6 0,228 88,0 Після очистки 0,51 2,34 207,5 0,063 30,2 Ступінь очистки, % 65,5 60,8 76,1 72,4 65,7 Встановлено, що ефективність очищення забруднених зливових вод заводу досягала за: азотом амонійним - 81 %, азотом нітритним - 65 %, азотом нітратним - 61 %, хлоридами - 76 %, нафтопродуктами - 72 %, хімічним споживанням кисню (ХСК) - 65 %. Залишкова сумарна 3 концентрація іонів важких металів становила 0,052 мг/дм , тоді як до біологічного очищення води способом, що пропонується, сумарна концентрація іонів важких металів становила 0,158 3 мг/дм . Так, залишкова сумарна концентрація іонів важких металів була знижена в 3 рази, при цьому ступінь очищення води становив 67 %. Встановлено, що запропонований спосіб біологічного очищення поверхневих вод, у порівнянні із відомими базовими способами, дозволяє підвищити інтенсивність та ефективність очищення води від органічних сполук, іонів важких металів та інших речовин. Очищення поверхневих вод досягається шляхом комплексного застосування іммобілізованих пробіотичних бактерій штамів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis на волокнистому носієві та біоценозом гідробіонтів кореневої системи вищої водної рослини, які разом забезпечують біологічне очищення вод. Запропонований спосіб біологічного очищення поверхневих вод є простим у використанні, маловитратним та безпечним для людини. Він може бути застосовний на річках, водосховищах, озерах тощо для очищення води від органічних сполук, іонів важких металів та інших забруднюючих речовин. Ступінь очищення води дозволяє у подальшому використовувати цю воду для питного водопостачання. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 Спосіб біологічного очищення поверхневих вод, який включає розміщення у водоймі за аеробних умов плотика, із закріпленим до нього штучним волокнистим носієм, на якому здійснюють іммобілізацію мікроорганізмів, причому плотик має наскрізні отвори, у яких висаджена вища водна рослинність, який відрізняється тим, що попередньо волокнистий носій іммобілізують пробіотичними бактеріями штамів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis, а до поверхні плотика прикріплюють синтетичну сітку, в яку висаджують вищу водну рослинність. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3