Препараты для биологической активации, очистки, устранения запахов

На текущий момент рынок прикладных материалов для обеспечения функциональности систем водоочистки впечатляюще емкий и определяющий сегмент рынка формируют биологические препараты, по сути – искусственно культивированные или созданные на базе отобранных активных илов (на станциях водоочистки, в очистных сооружениях, ЛОС, индивидуальных и т.д.) биоценозы, которые обезвоживаются по различным технологиям и «консервируются» для дальнейшего хранения и использования. Причем в России и государствах постсоветского пространства, и развитых зарубежных странах в последние годы значительную долю рынка определяют коммерческие продукты, как собственной разработки, предлагаемые под броскими маркетинговыми названиями, так и изготавливаемые по лицензиям крупных структур, как правило, привлекающих для подготовки конечного продукта профильные подразделения научно-исследовательских институтов.

Практическое отсутствие нормативно-правовой базы, надлежащего контроля за изготовлением/тестированием, а также чрезмерное увлечение маркетингом и у производителей, и у торговых компаний привело к тому, что зачастую:

• один и тот же биопрепарат позиционируется эффективным для процессов, в которых условия априори взаимоисключающие для функциональности, а порой и жизнедеятельности микроорганизмов, причем здесь речь идет не о антибиозе (конкурентные отношения), а о самой возможности существования биологических культур с различным метаболизмом. Так, например, облигатные анаэробы, определяющие процесс метанообразования в септиках, жизненно несовместимы с облигатными анаэробами аэротенков, где будут угнетаться и микроаэрофилы, и аэротолерантные анаэробы, причем наличие в «аэробной смеси» балласта из анаэробов и микроаэрофилов в той или иной мере оправдано исключительно для гибридных сооружений с аэрируемыми модулями, комплектуемыми загрузкой (см. подробнее о гибридных сооружениях биологической очистки здесь). Т.е. «универсальных» биопрепаратов de facto не существует, а если уже и предлагаются аэробно-анаэробные смеси биологических культур, то они должны быть ориентированы на специальные очистные сооружения и сопровождаться четкой целевой инструкцией по применению;
• заявленный биологическим, препарат в действительности основан на химических веществах или же сорбентах. Так, ряд отечественных и зарубежных биопрепаратов для очистки трубопроводов систем индивидуальной канализации по факту являются смесями сильных щелочей (или же кислот), безусловно в той или иной мере выполняют свою функцию, но при смывании стоками в септик или септический модуль биореактора (гибридного сооружения) уничтожают биоценоз, на восстановление которого могут уйти недели и даже месяцы. Практически аналогично губительны для колоний любых бактерий (аэробов, микроаэрофилов, анаэробов) некоторые отечественные и зарубежные «биопрепараты для разложения жиров в трубопроводах», на самом деле создаваемые на базе хлорированных углеводородов, губительных для бактерий с любым метаболизмом. В то же время некоторые, а скорее – многие «биопрепараты» для удаления запаха на самом деле являются смесью сорбентов, а процесс удаления запаха – физическим и кратковременным «одноразовым», причем вынос сорбентов в септик или биореактор вряд ли будет позитивным для биоценозов очистных сооружений.

Ключевые факторы, определяющие создание эффективных биопрепаратов для индивидуальных и локальных сооружений очистки сточных вод.

Сточные воды каждой семьи, владеющей частным домом/коттеджем, каждого предприятия общественного питания (ресторана, кафе и пр.), переработки продуктов животноводства, каждой фермы и т.д. индивидуальны по составу органических загрязнений, но, за редким исключением, в целом они типичны для определенного села, ПГТ, города, даже региона, что позволяет выйти на оптимальный состав смеси штаммов бактерий, необходимых, а зачастую и достаточных для быстрой активации и выхода в рабочий режим (или повышения эффективности работы) сооружения биологической очистки стоков. Биопрепарат может включать виды бактерий, по сути, унифицированных в контексте эффективного разложения широкой шкалы органических загрязнений, но они не могут и не должны доминировать и подавлять бактерии «естественного» происхождения – зарождающиеся и развивающиеся в своей узкой эконише, определяемой составом, характером стоков и условиями жизнедеятельности биоценозов.

Кроме того, в биопрепарат определенного назначения (для разблокирования труб от загрязнений, разложения жиров и пр.) включают специальные виды культур – «профильных», ориентированных на выполнение определенной задачи. Так, в биопрепараты для нивелирования жировых наслоений на трубопроводах включают ряд энзимов для деструкции веществ с большим содержанием крахмала (амилазы), разложения белков (протеазы), целлюлозы (целлулазы), кератина (кератиназы), расщепления жиров (липазы), благодаря чему проходят интенсивные процессы гидролиза жиров (разложение на глицерин и жирные кислоты) с деструкцией жирового налета трубопроводов.

Вместе с тем и вне зависимости от состава биопрепарата, его целевого назначения, физического состояния предлагаемого продукта (сухая смесь, капсулы, жидкость) есть ряд абиотических факторов, от которых напрямую зависит эффективность, а порой и применимость бактериальной смеси:

• температура. Средняя температура сточных вод в септике очистного сооружения 40 градусов Цельсия, в аэрируемом биофильтре и аэротенке от 10 до 40 градусов (в зависимости от времени года), в трубопроводах системы канализации 5-30 со скачками до 60-70 градусов при сбросах стоков со стиральной или посудомоечной машины. Но если при низких температурах из-за «застывания» мембран клеток микроорганизма ограничивается рост и жизнедеятельность бактерий, то повышение температуры до (и выше) термической точки отмирания для конкретного вида приводит к денатурации белков, нуклеиновых кислот, инактивации других клеточных компонентов и, соответственно, к гибели колонии. Таким образом, для каждой поставленной задачи (биоактивация септика, биореактора, очистка трубопровода, повышение эффективности биоразложения в выгребной яме и пр.) биопрепарат должен разрабатываться с учетом реальных условий для жизни и роста колоний, а бактерии – подбираться по температурному оптимуму, характерному для этой группы микроорганизмов;

Рис. Кривые роста (в зависимости от температуры) и температурные оптимумы различных групп микроорганизмов.

• кислотность среды. Несмотря на способность большинства бактерий к синтезу специальных шаперонов (или белков «кислотного шока») при подкислении среды и синтезу дезаминаз аминокислот при подщелачивании, для каждой группы микроорганизмов существуют границы «выживаемости» по рН с оптимумом жизнедеятельности в середине этого интервала, что определяет важность подбора бактерий по критерию кислотности в зависимости от условий жизнедеятельности колоний. Так, биопрепараты для разложения жиров и разблокирования трубопроводов, где есть значительные риски щелочных сбросов со стиральных/посудомоечных машин, ванн/душевых кабин, кухонных моек должны базироваться на культурах факультативных и/или облигатных алкалофилов, растущих в диапазоне рН 8.5 – рН 11.5, биопрепараты для аэрируемых биофильтров/аэротенков – на группах нейтрофилов с ростом в диапазоне рН 4.0 – рН 9.0 и т.д.;

Рис. Рост и накопление биоценоза в типичном биофильтре в зависимости от кислотности среды.

• молекулярный кислород. Несмотря на способность облигатных анаэробов (первичных «бродильщиков») сосуществовать совместно с аэробными и факультативно анаэробными микроорганизмами на загрузках аэротенков и/или аэрируемых биофильтров, кислород для них является токсичным, что предопределяет если не состав биопрепарата, то саму технологию его внесения в биореактор. Т.е. вряд ли разумно внести в аэротенк или биофильтр биопрепарат с облигатными анаэробами и сразу же уничтожить их интенсивной аэрацией, не дожидаясь формирования на слое анаэробов буферных слоев из микроаэрофилов, аэротолерантных анаэробов и факультативных/облигатных аэробов.

Таким образом, биологический препарат:

• может быть эффективным, если разработчик выполнил селекцию микроорганизмов не только по приоритету их «питания», но и по выживаемости и активности в зависимости от действующих во время жизнедеятельности колоний абиотических факторов, а также проработал оптимальную технологию внесения биопрепарата в систему канализования и/или очистное сооружение;

• будет эффективным, если бескомпромиссно реализуется технология внесения биопрепарата и нивелируются любые внешние воздействия (сбросы химических загрязнений, горячей воды и т.д.), способные полностью или частично уничтожить развивающийся биоценоз.