Пермский государственный технический университет (г.Пермь)
Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Фундаментальные науки и практика" с материалами Третьей Международной Телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" - Том 1 - №4. - Томск - 2010.
Обеспечение качества очищенных сточных вод, позволяющее их выпуск в водоемы рыбохозяйственного назначения, невозможно без внедрения технологий доочистки. Наиболее эффективным методом доочистки биологически очищенных нефтесодержащих сточных вод от взвешенных веществ и остаточного содержания органических соединений является сорбционный метод, предусматривающий использование активированных углей. Проведенный анализ процесса доочистки биологически очищенных сточных вод на угольных фильтрах на одном из предприятий нефтеперерабатывающего комплекса, который показал, что процесс сорбции сопровождается иммобилизацией микроорганизмов на поверхности сорбента, что приводит к снижению адсорбционной способности активированного угля. Биопленка, покрывая поверхность, блокирует микропоры гранул активированного угля (АУ) и препятствует физической адсорбции растворенных органических загрязнений. Развитие биопленки сопровождается сокращением свободного пространства между гранулами угля и возрастанием потерь напора в фильтре [Когановский А. М., Клименко Н. А., Левченко Т. М., Рода И.Г. Адсорбция органических веществ из воды, Л.: Химия, 1990.-256 с.].
С целью решения указанной проблемы было рассмотрено два сценария модернизации технологии (рассматривались варианты не требующие существенной реконструкции и строительства дополнительных сооружений):
- введение биоцидов перед подачей на сорбционные фильтры
- внедрение регенерации с использованием окислителей и биоцидов.
В качестве биоцида, добавляемого при подаче воды в биофильтры было предложено использовать гипохлорит натрия.
Сорбционную очистку воды проводили в присутствии активного хлора с концентрацией 4,8 мг/л и 10 мг/л.
При очистке воды в присутствии гипохлорита натрия значительно снижалась интенсивность процессов биообрастания гранул. Взвешенные вещества осаждались незначительно в лобовом слое в первоначальный период работы фильтра. Гидравлическое сопротивление слоя изменялось в течение эксперимента незначительно. При этом в течение всего эксперимента не наблюдалось формирования микробиоценоза на поверхности загрузки. Микроскопирование воды, находящейся в межзерновом пространстве в колонках, показало, что микробная картина представлена мелкими, рыхлыми, распадающимися неоформленными хлопьями ила, образованными мертвыми и сегрегированными бактериями. При концентрации 10 мг/л ClO- в очищенной воде наблюдался легкий запах хлора.
Проведенные предварительные расчеты показали, что при производительности очистных сооружений 38,4 тыс.м.куб./сутки, предприятию потребуется приобретение 1011 кг гипохлорита натрия/сутки, что потребует порядка 12,13 тыс.руб./сутки дополнительных эксплуатационных затрат. При этом, следует ожидать роста экологических платежей за счет повышения минерализации очищенных сточных вод (при добавлении гипохлорита натрия).
В связи с чем, в качестве основного сценария был выбран метод повышения эффективности доочистки, предусматривающий внедрение химической регенерации.
Важным этапом разработки технологии химической регенерации является подбор реагентов, которые не приводят к ухудшению качества очищенных сточных вод и при этом являются безопасными для полимерных элементов оборудования, а также микроорганизмов, находящихся в активном иле биологических сооружений, т.к. промывные воды сбрасываются в голову сооружений.
С учетом выше сказанного, поиск оптимальных реагентов проводился из числа органических веществ, действие которых приводит к разрушению клеточной стенки (что обеспечит десорбцию бактериальных клеток с поверхности сорбента).
Из числа органических веществ для лабораторных исследований были выбраны:
- Спирт этиловый (С2H5OH), как представитель спиртов (концентрация 5%, 10%, 20%, 30%, 40%)
- Уксусная кислота (СH3СOОH), как основной представитель органических кислот (концентрация 9%, 20%, 30%)
Кроме органических соединений для исследований был выбран реагент, обладающий высокой окислительной способностью: перекись водорода (Н2О2) (концентрация 2%, 3%, 5%).
Выбор указанного вещества был обусловлен следующим:
- отсутствие вторичного загрязнения (перекись практически полностью превращается в воду в процессе регенерации);
- отсутствие существенного поражающего воздействия на бактериальные клетки (т.к. реагент практически полностью расходуется в процессе регенерации);
- доступность и низкая себестоимость;
- безопасность.
Методика проведения исследований:
Отработанный активированный уголь (далее ОАУ) и раствор реагента смешивались в соотношении 1:10 по массе (5г АУ на 50 мл раствора). Регенерация осуществлялась в течение 5 мин. Для интенсификации процесса создавался принудительный ток регенерирующего раствора с помощью магнитной мешалки типа.
Исследования проводились на ОАУ марки «Сорбер». В качестве контрольного варианта использовалась регенерация ОАУ дистиллированной водой при аналогичных условиях.
Контроль результатов промывки ОАУ осуществлялся визуально на стереомикроскопе с двухсторонней системой освещения при двухсоткратном увеличении.
Степень загрязнения оценивали визуально в баллах от 1 до 5: 1 – очень грязно, забитые поры; 2 – грязно, забитые поры; 3 – грязно, свободные поры; 4 – чисто, свободные поры; 5 – очень чисто, свободные поры.
Для контроля степени регенерации также проводились исследования статистической емкости регенерированных углей по метиленовому голубому и йоду.
Результаты визуального контроля состояния ОАУ после регенерации различными реагентами представлен на рис.1.
Сравнение состояния поверхности ОАУ после регенерации с контрольным вариантом (регенерация дистиллированной водой) позволили установить существенное восстановление порового пространства, удаление биопленки с поверхности ОАУ (что подтверждается изменением цвета поверхности ОАУ).
Наилучшие результаты были достигнуты при регенерации ОАУ при использовании перекиси водорода (концентрация 5%). Для указанного варианта регенерации были проведены исследования статической сорбционной емкости. Результаты представлены в таблице 1.
Рис.1. Степень загрязнения ОАУ после химической регенерации
