Термическая обработка стоков.

При существующем уровне изученности соответствующих режимов обработ­ки материальных потоков наиболее полно, по нашему мнению, отвечает требованиям, изложенным выше, про­цесс термической обработки стоков, содержащих термо­стойкие споры микроорганизмов.

Очевидно, что

Как уже отмечалось, при термическом методе обра­ботки эффективность режимов можно охарактеризовать 287

с помощью безразмерного критерия стерилизации, фик­сирующего в рассматриваемом случае убыль общего ко­личества БАЧ в стоках после термического воздействия. С учетом уравнений (238) и (239) условие «безвредно­сти» стоков:

где Уэксп — экспериментально обоснованное значение критерия сте­рилизации, обеспечивающее эффективную обработку стоков.

Из уравнения (240) определим максимально допу­стимое количество БАЧ:

Если речь идет о спорах с известными константами термической устойчивости, то значение критерия стери­лизации можно рассчитать путем ступенчатого интегри­рования соотношения (59).

Для режимов термообработки при переменной тем­пературе

Таким образом, количество БАЧ, выносимых за тер­мический барьер со стоками во внешнюю среду, зависит от расхода стоков, их обсемененности, констант термиче­ской устойчивости спор и режима термической обработ­ки. Уравнение (242) не учитывает в явном виде влия­ние pH среды, однако константы термоустойчивости микроорганизмов, используемых в качестве тест-объек-. тов, определяют, как правило, при нейтральных значе­ниях pH, т. е. для условий, когда скорость отмирания минимальная. Следовательно, в самих значениях кон­стант термической устойчивости, используемых в расче­тах, обеспечивается известный запас эффективности об­работки сточных вод.

Уравнения (241) и (242) можно использовать для расчета требуемых режимов термической обработки сто­ков (сочетание температуры и времени выдержки), га­рантирующих достижение необходимого значения М при экспоненциальном характере отмирания популяции. Для таких расчетов и выбора возможных и целесооб- 288

разных для данного конкретного случая режимов тер­мической обработки стоков, а также сокращения расхо­дов на проведение многочисленных экспериментальных работ необходимо по известным методикам определить константы термической устойчивости спор и формальный порядок отмирания популяции. При этом надо обращать особое внимание на отклонение кривой Л4=/(т) от традиционной, но (как показано в разделе 3) не во всех случаях справедливой экспоненциальной зависи­мости.

При отмирании популяции микроорганизмов по S-об­разной кривой расчет следует вести по уточненным урав­нениям (см. раздел 3). Для постоянной температуры:

Если показатели термической устойчивости отсут­ствуют, то примерное значение М можно рассчитать на основе экспериментальных данных, подтверждающих, что заданным режимом обработки обеспечивается прак­тически приемлемая степень инактивации спор, а выхо­дящие за термический барьер стоки для внешней среды неопасны.

Пример I. В процессе эксплуатации реальной системы уста­новлено, что эффективная обработка стоков, содержащих споры Вас. thuringiensis var. galleriae, достигается при режиме: выдержка 10 мин при 125° С. Эти данные получены при непрерывной обра­ботке стоков паром и расходе стоков 5 м³/ч, содержании в них 1-Ю⁵ спор в 1 мл. Общий срок непрерывной эксплуатации систе­мы, в течение которого она являлась надежным барьером на пути проникновения производственных вредностей за пределы корпуса, равен 150 сут. Для оценки эффективности данного режима обработки можно принять характеристики термической устойчивости спор Вас. stearothermophilus штамм 1518 (приведенные в табл. 10 и 11).

Решение. 1) Определяем значение критерия стерилизации при принятом режиме термической обработки стоков:

2) Полученное значение, а также исходные данные подставляем в уравнение (241):

Таким образом, за 150 сут работы через термический барьер установки для обработки стоков при принятых в примере условиях может пройти 8-Ю^-5 частиц. Одна БАЧ может попасть во внеш­ние сети‘канализации примерно за 2-Ю³ сут работы.

Однако на современных микробиологических пред­приятиях вероятность выноса БАЧ со стоками может существенно повышаться при увеличении расходов и особенно обсемененности стоков целевыми микроорга­низмами.

Пример II. Оценим количество БАЧ, выносимых со стоками при режиме стерилизации, принятом в примере I, но для условий: расход стоков 100 м³/ч, их обсемененность 1-Ю⁸ клеток в 1 мл.

Решение.

Рассмотренные примеры во многих отношениях ус­ловны, поскольку предполагают наличие равномерного температурного поля во всем объеме обрабатываемой жидкости, отсутствие застойных зон, конгломератов частиц и др. На практике дело обстоит значительно сложнее, поэтому особое значение приобретает досто­верная оценка действительной безвредности того проско­ка БАЧ, который наблюдается в реально действующей установке термической обработки стоков.

Необходимым является также сравнение расчетной величины проскока БАЧ при данном режиме с извест­ными на практике значениями аналогичных по смыслу величин, но для других процессов термической обработ­ки, например, стерилизации питательных сред. В разде­лах 3 и 5 отмечалось, что теоретически при значениях критерия стерилизации более 40 гарантируется абсо­лютная стерильность среды. В этом случае существует возможность загрязнения лишь одной операции из 1000. Для каких же условий получена эта величина? Обсеме­ненность питательной среды принята равной 1-Ю⁶ спор в 1 мл, вместимость ферментатора 50 м³, питательной 290

\

средой загружены 1000 ферментаторов. Оценим значе­ ние . .

Однако на практике абсолютная стерильность дости­гается прит. е. сочетание всех особенностей про­

цессов термической стерилизации требует существенно­го увеличения эффективности обработки. При = 40 фактор инактивации равен 17,4, а при

Семнадцать порядков добавляется практикой к так на­зываемому теоретическому режиму стерилизации! Этот факт указывает на необходимость проведения глубоких исследований в той области микробиологической техно­логии, которая занимается проблемами термической стерилизации различных жидкостей, в том числе и сто­ков микробиологических лабораторий и производств.

Стоки по своим свойствам, важным для термической обработки, значительно отличаются от питательных сред. Их состав формируется под влиянием различных факто­ров и может меняться даже в течение суток. Например, при сливе забракованной культуральной жидкости мо­жет резко повыситься обсемененность стоков. После обработки помещений растворами деконтаминантов зна­чительно увеличится содержание последних и в сточных водах. В широких пределах изменяется и размер частиц, что непосредственно влияет на эффективность процессов деконтаминации. Не является постоянным и pH стоков. Поэтому на предприятиях микробиологической промыш­ленности должны систематически изучаться и фикси­роваться те параметры и показатели, которые характер­ны для реальных стоков и могут повлиять на. увеличение или снижение проскока БАЧчерез термические барьеры.

где—коэффициент проскока, %, М^т — количество БАЧ в этом же объеме воздуха после очистки его на фильтрах; — количе­

ство БАЧ во всем объеме технологического воздуха, поданного в фильтры.

В соответствии с принципом обеспечения равной эф­фективности систем и с учетом уравнения (237)

При загрязненности воздуха клеток в единице

объема и расходе его через фильтр В_т:

откуда

Выражение (247) справедливо для коллекторной си­стемы очистки воздуха (/=1), поскольку через фильтр или пакет фильтров проходит воздух, удаляемый из всех аппаратов. Что касается индивидуальных и равноценных систем (например, устанавливаемых на группе однотип­ных ферментаторов), то для каждой из / систем:

При расчете суммарного коэффициента проскока для каждой из J неравноценных систем следует учитывать, что

На основе соотношения (259) для каждой из систем должны рассчитываться по уравнению (257) значения /Сп с учетом расхода воздуха и его обсемененности.

Пример. При производстве энтобактерина на стадии культи­вирования Вас. thiiringiensis воздух, отводимый из ферментаторов вместимостью ГОЮ м³ каждый, очищается перед удалением в атмос­феру в индивидуальных фильтрах тонкой очистки. Требуется опре-

\

делить максимально допустимый коэффициент проскока этих филь­тров при условии: коэффициент заполнения ферментатора 0,8; удель­ный расход воздуха на', аэрацию 0,1 об/(об-мин); концентрация контаминантов в воздухе, поступающем в фильтры, 10³ клеток в 1 м³, продолжительность работы цеха ферментации 100 сут, ■Msg 8- 10^-5 (см. пример по стокам).

Решение. 1) Определяем часовой расход воздуха на фер­ментатор: Вт = 100 • 0,8 • 60 • 0,1 =480 м³/ч.

2) Находим максимально допустимое значение коэффициента проскока:

Таким образом, при принятом расходе воздуха и уровне его обсемененности на входе в фильтры необходимо установить группу фильтров, имеющих суммарное значение коэффициента проскока 7- 10^—12%. В этом случае система очистки технологического воз­духа ферментатора будет функционировать с той же эффективностью, что и система термической обработки стоков в ранее рассмотрен­ном примере.