Начало работы с хлореллой в 2021 году
17 августа 2021 года очистка сточных вод в городе Петропавловск пошла по инновационному пути. В этот день было произведено первое внесение одноклеточной микроводоросли хлорелла в накопитель городских стоков «Биопруд», этому событию предшествовало много подготовительных мероприятий и научно-исследовательских работ.
Основной целью было заставить Биопруд вырабатывать кислород, в присутствии высоких концентраций которого в процессе интенсивного окисления и переработки стоков, сероводород просто не образуется. Так как такие работы в Казахстане никогда не проводились, а специфика процесса граничит как с технологией так и с наукой, помимо сотрудников Кызылжар су и Научно-технологического центра воды, активное участие в мероприятиях принимали учёные из СКУ им. М Козыбаева.
Биопруд имеет проектный объём 12 миллионов кубических метров воды, и ежесуточно принимает ещё 40 тысяч в виде стоков города. В течение десятилетий эта масса воды активно поглощала кислород, выделяла сероводород и другие продукты гниения. Чтобы изменить эту ситуацию на противоположную, необходимо было заселить весь объём воды живыми организмами, которые активно вырабатывают кислород.
Оценивая объём воды в Биопруде было принято решение использовать производственные мощности Научно-технологического центра воды и дополнительно выращивать микроводоросль в промежуточном (маточном) водоёме большого объёма, из которого потом производить слив в сам накопитель. Такой водоём должен быть не глубоким, чтобы хорошо прогреваться и просвечиваться солнечными лучами, а также иметь большую площадь, чтобы получать как можно больше солнечной радиации.
Для этих целей идеально подошла неиспользуемая иловая карта. После всех мероприятий по её подготовке, в карту было залито 2 500 тонн сточной воды, 7,5 тонн хлореллы и 2,25 тонны концентрированной питательной смеси для ускорения роста микроводоросли. После того, как количество хлореллы в карте достигало необходимого значения, часть (70%) водоёма сливалась в Биопруд, карта заполнялась городскими стоками и весь процесс начинался заново.
«Продолжительное время в городе возникала проблема с запахом сероводорода. Наша организация изучала различные варианты решения этой проблемы. Были изучены предложения и методы различных организаций Казахстана, России и дальнего зарубежья. По итогам работы было принято решение о применении метода биологической реабилитации с помощью микроводоросли хлорелла. Нами был заключён договор с «Научно – технологическим центром воды», который является частью Северо-Казахстанского университета им. М. Козыбаева.
Генеральный директор
Работы по данному проекту рассчитаны на три года, в течение которых регулярно производится мониторинг и корректировка процессов очистки накопителя в соответствии с технологией. К 2023 году все запланированные работы будут завершены.»
ТОО «Кызылжар су» Султанов Ж.Х.
«В 2021 году для создания дополнительной ступени биологической очистки в объёме накопителя Биопруд уже был проведён ряд запланированных работ: было внесено 15 тонн хлореллы в промежуточный водоём и 6 тонн хлореллы непосредственно в сам Биопруд с концентрацией клеток 25-30 миллионов на миллилитр. В течение месяца в промежуточном водоёме под открытым небом выращивалась суспензия хлореллы, концентрация живых клеток в промежуточном водоёме в 10 раз ниже, чем в «чистой» суспензии хлореллы, однако её объём во много раз превышает те объёмы, которые можно вырастить в биореакторах на производстве. В этом году планируется вырастить 4 600 тонн в промежуточном водоёме, что в пересчёте на объём «чистой» хлореллы составит 460 тонн.»
Начальник комплекса водоотведения
ТОО «Кызылжар су»
Набиев Е.И.
В то время пока хлорелла в иловой карте набирала биомассу, сотрудники Научно-технологического центра воды, сделав предварительные расчёты и ряд анализов, выбрали самое благоприятное место и начали вносить чистую суспензию хлореллы непосредственно в накопитель Биопруд, по своей оригинальной методике.
Параллельно шёл забор проб из иловой карты и Биопруда, делались десятки разнообразных анализов для полного понимания происходящих процессов.
«На сегодняшний день необходимая концентрация клеток хлореллы в объёме Биопруда на этот год достигнута, процессы реабилитации водоёма запущены, теперь всё зависит от степени загрязнения самого накопителя Биопруд и от погодных условий. Работы на этом не останавливаются, мы продолжаем мониторинг химического состава воды, постоянно делаем тесты на определение количества хлореллы в объёме воды. Так же зимой планируется подлёдное внесение более 15 тонн хлореллы. Вообще все мероприятия рассчитаны на 2,5 года, за это время по нашим расчётам водоросль закрепится в накопителе Биопруд, займёт там доминирующее положение, переработает все накопленные загрязнения, а первые результаты её работы, я думаю, мы увидим уже в конце следующего сезона. Мы будем всячески этому способствовать – следить за концентрацией и вносить дополнительные порции хлореллы.»
Директор
ТОО «Научно-технологический центр воды»
Рейбандт А.И.
Живая клетка хлореллы – идеальный поглотитель загрязнений, это своего рода микроскопическая фабрика переработки отходов, созданная самой природой. Природа естественно и органично регулирует их численность: если загрязнений много, то таких фабрик может быть несколько десятков миллионов в одной капле воды, а когда вода очищается, хлорелла выступает в качестве превосходного корма для обитателей водоёма.
«Для хлореллы сточные воды являются идеальной питательной средой, из которой она извлекает азотные, фосфорные и другие биогенные соединения для построения своей клетки.
Зав. лабораторией,
Здесь она активно размножается и выделяет огромное количество КИСЛОРОДА! Который, КАК ВСЕМ ИЗВЕСТНО, играет ключевую роль в очистке сточных вод.
Кислород полностью переводит водоём в аэробный режим:
Кислород – это интенсификация процессов аммонификации и нитрификации, РАЗ!
Кислород – это активизация полезных сообществ микроорганизмов и фильтрующего зоопланктона, играющих ключевую роль в переработке отходов, в том числе иловых отложений, ДВА!
Кислород – это значительное снижение ХПК и БПК, а также перевод тяжёлых металлов менее токсичную форму.ТРИ!
И на конец кислород препятствует процессам образования сероводорода.
На выходе мы имеем воду соответствующую установленным нормам ПДС.
Одним словом Хлорелла запускает естественные механизмы самоочищения. И, как результат, мы получаем эффективный аналог АЭРОТЕНКОВ в естественных условиях. С одной лишь разницей, что с Хлореллой мы не тратим ни единого ватта электроэнергии.»
кандитат химических наук
Голодова И.В.
Хлорелла дала первые результаты в 2022 году
21 июля 2022 года на берегу Биопруда состоялся пресс-тур с участием представителей Департамента экологии по СКО, проектного офиса «Адалдык Аланы», общественности и СМИ. В ходе мероприятия все участники отметили отсутствие запаха сероводорода у взятых проб воды. Более того, «зловонный в прошлом водоём» перестал издавать какой-либо запах даже на берегу.
«Мы убедились в полной работоспособности технологии биологической реабилитации. Вы сами прекрасно видите, запах уменьшился, и жители Петропавловска об этом говорят. Любой желающий может приехать на берег Биопруда и лично убедиться в этом. Можно констатировать, что с этой проблемой мы справились, но также важно отметить, что Биопруд является не единственным источником запаха в регионе: вокруг города есть десятки болот, сливных ям и просто заброшенных водоёмов.»
Генеральный директор
ТОО «Кызылжар су» Султанов Ж.Х.
Работа по реабилитации накопителя сточных вод города Петропавловска началась в августе 2021 года. Несмотря на плохие погодные условия, благодаря тесному сотрудничеству учёных СКУ им.М.Козыбаева, Научно-технологического центра воды и сотрудников ТОО «Кызылжар су», до конца тёплого периода 2021 года удалось сделать очень многое. Так например:
– Были проведены исследования основных гидрохимических показателей воды, разработаны схемы работы, позволившие достичь больших вносимых объёмов, отработаны методики работы с промежуточным водоёмом.
– в Биопруд было внесено более 4200 тонн суспензии хлореллы, что позволило достичь запланированных нормативных показателей по плотности клеток хлореллы в накопителе.
В таком виде Биопруд покрылся льдом и ушёл в зиму.
Зимой, после становления льда, работы по изучению гидрохимического состава воды были продолжены, и начался зимний этап выполнения работ по внесению суспензии хлореллы. Для более равномерного распределения биомассы, хлорелла выливалась как вдоль береговой линии, так и по всей площади водоёма при помощи снегохода.
Каждые две недели бурились лунки и отбирались пробы воды для отслеживания изменения химического состава воды в динамике. Причём пробы отбирались ровно в тех же местах, что и в тёплый сезон исходя из GPS координат контрольных точек.
Так как в предыдущий год хлорелла не успела отработать целиком весь сезон, то совместно с сотрудниками ТОО «Кызылжар су» был разработан план мероприятий по уменьшению выбросов сероводорода в весеннее время, который был успешно реализован.
«Весной 2022 года было зафиксировано значительно меньшее количество превышений концентрации сероводорода, чем весной 2021 года. Все работы идут согласно графику. На данный момент в Биопруд внесено уже около 16 000 тонн суспензии хлореллы, которую мы частично вносили напрямую в Биопруд, а частично через промежуточный выростной водоём на территории ТОО «Кызылжар су». Для этого с производства ТОО «НТЦВ» в промежуточный водоём было доставлено 22,5 тонн концентрата хлореллы и 7,5 тонн питательной смеси для ускорения роста. При этом, напрямую в Биопруд было внесено 51,5 тонн концентрированной суспензии хлореллы.
Начальник комплекса водоотведения
Такие интенсивные мероприятия дали свои плоды уже в начале июня. Наша лаборатория начала отмечать отсутствие запаха у проб из Биопруда, а сотрудники на перекачивающей станции также стали отмечать, что специфического запаха больше нет, при любом направлении ветра.»
ТОО «Кызылжар су»
Набиев Е.И.
Запущенная в Биопруд хлорелла с началом тёплых дней начала поглощать биогенные элементы, интенсивно делиться и выделять огромное количество кислорода. А это, в свою очередь, дало положительный толчок множеству биологических процессов в воде.
Так как хлорелла питается загрязняющими веществами, которых в Бипруде огромное количество, её биомасса увеличивалась лавинообразно. Каждый день сотрудники лаборатории фиксировали повышение концентрации растворённого кислорода и снижение концентрации биогенных веществ. Благодаря этому, в водоёме начали активно развиваться фильтрующие микроорганизмы, преимущественно дафнии, основным кормом которых является хлорелла. Эти маленькие организмы способны за сутки пропустить через себя целый водоём, фильтруя воду от органических взвесей, бактерий и прочих загрязнителей. Постоянно растущую биомассу рачков начали подъедать дикие водоплавающие птицы. Так к середине июня зафиксировалось экологическое равновесие – когда один вид контролирует популяцию другого.
Наступил тот самый переломный момент, когда в водоёме были запущены естественные механизмы самоочищения .
«Увеличение содержания кислорода в весенне-летний период (в среднем) с 5 до 15 мг/л – это яркое доказательство активного размножения хлореллы. Признаки очищения воды – исчезновение запаха, изменение цвета, появление огромного количества дафний – можно заметить около водоёма.
Зав. лабораторией,
В таких условиях происходит полное окисление загрязнителей до неорганических соединений, окисляется сероводород, дурнопахнущие и токсичные продукты неполного окисления веществ.
За прошедший год улучшились гидрохимические показатели по содержанию аммиака, нитритов, нитратов, гидрокарбонатов. Немного увеличилось содержания фосфатов из-за интенсивного окисления органического вещества фито- и зооплактона.
Далее неорганические соединения используются как минеральное питание для фитопланктона и другой водной растительности.»
кандитат химических наук
Голодова И.В.
Работы по биологической реабилитации накопителя сточных вод продолжаются, и в нем уже начали интенсифицироваться естественные процессы самоочищения.
Проблема, которую удалось решить в нашем отдельном регионе, очень распространена из-за пагубного антропогенного влияния на окружающую среду. Если сегодня не начать принимать меры по спасению водных ресурсов, то уже через 7-8 лет наши дети могут стать заложниками многих болезней, часто приводящих к плачевным последствиям.
Подведение итогов
Помимо того, что все поставленные в начале проекта задачи были выполнены, в результате непрерывной научной работы удалось добиться дополнительных результатов.
В ходе работ 2022 года была подтверждена закономерность, которая повторилась и в 2023 году: процессы протекающие в водоёме-накопителе полностью аналогичны процессам искусственно поддерживаемых в классических аэротенках, только в гораздо больших масштабах. По сути весной Биопруд «превращается» в аэротенк размером 400 гектар, где принудительную подачу воздуха заменяет более эффективный фотосинтез, получается фотосинтетическая аэрация чистым кислородом; состав активного ила представлен дафниями, коловратками, вортицеллами, которые размножаются в геометрической прогрессии на естественном корме – хлорелле, с повышением кислорода падает БПК и ХПК, активизируются аммонифицирующие и нитрифицирующие бактерии, донные микроорганизмы и т.п., а откачку отработанного активного ила (вынос биомассы) осуществляют рыбы и водоплавающие птицы.
Конечно такое сравнение не совсем точное, так как в водоёме ещё сама хлорелла поглощает биогенные загрязнения, а сам водоём имеет ещё и накопительный эффект: когда опускается температура и открытые аэротенки перестают работать, то в Биопруде, вода насыщенная кислородом и имеющая рН выше 8, продолжает разбавлять и доокислять поступающие стоки ещё в течение 85 – 90 дней.
С наступлением весны все процессы идут в одном и том же порядке, и примерно в одно и то же время:
– вскрывается лёд;
– хлорелла начинает наращивать свою биомассу;
– водоём «зеленеет»;
– резко увеличивается кислород;
– в водоёме лавинообразно увеличивается количество фильтрующих микроорганизмов, преимущественно дафний;
– далее процессы стабилизирутся до середины осени и Биопруд делится на три зоны:
первая зона расположена около коллектора из которого поступают городские стоки, там очень много хлореллы и кислород порядка 3-4 мг. на литр
вторая зона располагается посредине водоёма и в ней присутствуют и хлорелла и фильтрующие микроорганизмы, кислород на уровне 7-8 мг.на литр
В третьей зоне находится уже полностью очищенная вода, без фильтрующих микроорганизмов, хлорелла находится в количестве 500-1000 клеток на миллилитр и прозрачность воды достигает 1,2 метра. Средний уровень кислорода 10-12 мг. на литр.
Хорошим индикатором реабилитации водоёма и чистоты воды служит тот факт, что после вывода из эксплуатации биологической очистки в 2005 году в Биопруде начала медленно угасать жизнь: исчезла рыба, значительно уменьшилось количество фильтрующих микроорганизмов, сократилось разнообразие высшей водной и надводной растительности, а уже через год после начала работ в мае 2023 года было выявлено наличие рыбы и множества других гидробионтов.
Повторяемость процессов в 2023 как в 2022 году – означает, что технология отработана и выполняется систематично и стабильно, а значит может применяться в технологических цепочках. Так в начале 2023 года на основании отработанных методик началось обучение сотрудников ТОО «Кызылжар су»: были изучены принципы работы с промежуточным водоёмом, методики биологического и химического анализа воды исходя из условий роста хлореллы. На территории КОСов был установлен фитобиореактор и сотрудники ТОО «Кызылжар су» освоили технологию культивирования суспензии хлореллы, а также методики контроля качества получаемой продукции.
Итак подведём итоги, основная задача, которая ставилась в проекте – это уменьшение выбросов сероводорода и неприятного запаха для улучшения жизни населения была выполнена!
Наука вновь доказала свою применимость в областях, где казалось бы уже давно всё изобретено и что-то совершенно новое появиться не может. Успешно протестирован и многократно проверен инновационный способ уменьшения показателей загрязнения воды с помощью микроводоросли хлорелла. Её внедрение в технологические цепочки предприятия не только эффективны и экологически безопасны, но и на несколько порядков доступней традиционных методов.
Хорошим индикатором реабилитации водоёма и чистоты воды служит тот факт что после вывода из эксплуатации биологической очистки в 2005 году в Биопруде начала медленно угасать жизнь: исчезла рыба, значительно уменьшилось количество фильтрующих микроорганизмов, сократилось разнообразие высшей водной и надводной растительности, а уже через год после начала работ в мае 2023 года было выявлено наличие рыбы и множества других гидробионтов.
Повторяемость процессов с 2022 годом – означает, что технология отработана и выполняется систематично и стабильно, а значит может применяться в технологических цепочках. Так в начале 2023 года на основании отработанных методик началось обучение сотрудников ТОО «Кызылжар су»: были изучены принципы работы с промежуточным водоёмом, методики биологического и химического анализа воды исходя из условий роста хлореллы. На территории КОСов был установлен фитобиореактор и сотрудники ТОО «Кызылжар су» освоили технологию культивирования суспензии хлореллы, а также методики контроля качества получаемой продукции.
Итак подведём итоги, основная задача, которая ставилась в проекте – это уменьшение выбросов сероводорода и неприятного запаха для улучшения жизни населения была выполнена!
Наука вновь доказала свою применимость в областях, где казалось бы уже давно всё изобретено и что-то совершенно новое появиться не может. Успешно протестирован и многократно проверен инновационный способ уменьшения показателей загрязнения воды с помощью микроводоросли хлорелла. Её внедрение в технологические цепочки предприятия не только эффективны и экологически безопасны, но и на несколько порядков доступней традиционных методов.
