УДК 579.222
Казанский (приволжский) федеральный университет (К(П)ФУ (г. Казань)

При современном уровне развития нефтедобывающей промышленности, с  развитием рынка автоуслуг и ростом числа автозаправочных станций, автомоек все более острым становится вопрос очистки сточных  вод таких предприятий, что обуславливает необходимость применения методов и технологий, нейтрализующих это воздействие. В настоящее время на российском рынке представлено достаточное количество различных технических средств подобного профиля, однако в большинстве случаев соотношение габаритов и производительности не удовлетворяет малые предприятия.
Автором (Морозов Н.В.) разработаны способ и устройство для очистки сточных и технологических вод от нефтепродуктов, взвешенных веществ и других примесей.
Заложенный в основу технологического комплекса способ очистки основан на синергическом эффекте при концентрировании загрязняющих примесей в многофазной системе с заранее сформированными поверхностными свойствами фаз. Увеличение сорбционной поверхности на границе раздела фаз достигается изменением дисперсного состава газовой фазы в широком диапазоне и использованием модифицированного консорциума нефте – и углеводородокисляющих микроорганизмов [1].
Способ обеспечивает требуемую степень очистки сточных вод от нефтепродуктов, независимо от начальной загрязненности и без предварительной очистки от взвешенных веществ. При этом достигаемая степень очистки от нефтепродуктов и взвешенных веществ достигает 80%. Так очистка производственных сточных вод завода ОАО «Казаньоргсинтез» предлагаемым способом показала, что при концентрации загрязняющих примесей на входе по ХПК до 900-1300 мг/л содержание нефтепродуктов не превышало 0,04 мг/л. Кроме того, наблюдается значительное снижение содержание азота, фосфора. Для утилизации жидких отходов (сточных вод) отраслей нефтедобычи, нефтепереработки, нефтехимии, а также сельскохозяйственных и бытовых объектов, в составе которых преобладают нефтяные загрязнения, нами предложен блочный технологический модуль, а на его базе биотехнологическая схема очистки и глубокой доочистки технологических сточных вод на основе применения отселектированных штаммов (консорциума) нефте- и углеводородокисляющих микроорганизмов
Технологическая схема глубокой доочистки биологически очищенных производственных сточных вод, с остаточным содержанием нефтепродуктов в пределах 5-25 мг/л, включает ограниченное количество сооружений. Из схемы исключается сборник-накопитель сточной жидкости с решеткой, нефтеловушка и др. Согласно данной технологической схеме, биологически очищенная вода  на первом этапе подготовки освобождается от активного ила, выносимого из вторичных отстойников головного очистного сооружения. Для этого выходящий сток сначала направляется в промежуточный (первичный) отстойник и выдерживается от 30 мин. до 1 часа. После осветления вносятся добавки и далее поступает на глубокое обезвреживание нефтяных загрязнений  в СОА. Работа СОА осуществляется в непрерывном режиме при скорости потока 0,2-0,5 см/сек, при давлении 1,5 и 2 атм. и времени пребывания сточной жидкости от 15 до 30 мин.[2]
За указанное время сточная жидкость очищается полностью от остаточных углеводородов и пригодна для подачи в оборотное водоснабжение или отвода в естественный водоток (реку, водоем и т.д.).
Учитывая, что предлагаемая принципиальная биотехнологическая схема рекомендована для внедрения в практику очистки и доочистки технологических производственных нефтесодержащих стоков поставлена задача, разработать математическую модель системы управления модулем. Последняя,  решена в виде модифицированной сети Петри.
    Технологический режим очистки стока на опытной установке  осуществляется следующим образом (рис.1.): сточная вода поступает в струйный элемент СОА,  одновременно туда же из дозатора  направляются  биогены (азот в виде сульфат аммония, фосфор в виде суперфосфата), индуцибельные соединения в различных соотношениях и расчётное количество суспензии смешенных нефтеокисляющих бактерий. Распространяясь вдоль оси элемента струя жидкости образует в нём прямой и обратный потоки и, вследствие разряжения создаваемого струёй, через отверстия в боковой поверхности верхней части цилиндра, поступает внутрь струйного элемента. Из-за значительных градиентов скорости и сдвиговых напряжений, осуществляется разрыв бронирующих оболочек на каплях эмульгированной нефти и углеводородов и дробление капель.

    сборник канализационных вод с решеткой для улавливания грубых примесей с приямком для приема осадка (поз. 1);
    насосная для подачи сточной воды со сборника в нефтеловушку (поз. 2);
    нефтеловушка (поз. 3);
    первичный отстойник (поз. 4);
    установка очистки и доочистки нефтесодержащих стоков (струйно-отстойный аппарат) (поз 5,6);
    блок дозировки биогенных элементов, индуцирующих соединений и нефтеокисляющих микроорганизмов (поз. 7);
    накопитель очищенной воды  с насосной станцией оборотного водоснабжения (поз. 8);
    спец. сборник отходов – шлаконакопитель (поз. 9).
 Остальной  объём СОА в зоне струйного элемента и внешнего рецикла образует зону, обеспечивающую развитую поверхность контакта  между компонентами жидкости микроорганизмами с одной стороны и углеводородами с другой.  После выхода из  струйного элемента распылённая жидкость постепенно осаждается и скапливается в нижней части аппарата,  где происходит её отстой, и осветление.  В силу возникающих условий  в СОА достигается  эффективная биодеградирующая система, обеспечивающая ускорение биоокисления растворенных и взвешенных нефтепродуктов в установке.
    Действительно, проведённые исследования по окислению углеводородов в струйно-отстойном аппарате  подтверждают сказанное.  
При достижении требуемой степени очистки представленный способ позволяет увеличить производительность процесса очистки вод, уменьшить количество и объем технологических емкостей и линий транспортировки воды, исключить использование поверхностно-активных веществ.
По сравнению с российскими и зарубежными аналогами себестоимость очистки кубического метра воды в 2-3 раза ниже за счет низкой удельной материалоемкости (все процессы очистки происходят в одном объеме в отличие от многокамерных аналогов) и низкой энергоемкости.
Проведенные полупроизводственные испытания позволили впервые установить, что представленная биотехнологическая схема может быть использована как для предварительной подготовки (очистки) высококонцентрированных углеводородсодержащих смешанных заводских сточных вод до норм отвода в биологические очистные сооружения с целью повторного их обезвреживания для использования в оборотном водоснабжении, так и глубокой очистки нефтезагрязненных стоков до степени отвода их в открытые водные объекты без ущерба их экологического состояния.
Цикл очистки и доочистки нефтесодержащей сточной жидкости предусматривает механический отстой, осветление, удаление грубо- и мелкодиспергированных веществ и плавающей нефти, а затем глубокая биологическая деградация нефтепродуктов в струйно-отстойном аппарате (СОА) или биореакторе нефтеокисляющими микроорганизмами в управляемом режиме его эксплуатации.
Достигнув требуемых параметров по нагрузке (содержанию нефти, биогенов, индуцирующих веществ и микроорганизмов) очистка и доочистка стоков в СОА ведется в непрерывном режиме. Скорость потока сточной воды  принимается равным от 0,2 до 0,5 см/сек при давлении 2 атм. и времени пребывания сточной воды (при освобождении от легких углеводородов) от 15 до 30 мин.
В случае если в производственном стоке преобладают масла, мазут, асфальтены и смолы, время пребывания сточной жидкости увеличивается почти в 2 раза, при сохранении исходного давления до 2 атм, и уменьшении скорости движения жидкости до 0,01 см/сек и более. Итак, в зависимости от состава загрязняющих воду углеводородов время их глубокой  биодеградации могут отличаться в разы. Последнее связано доступностью нефтяного загрязнения к микробной атаке, а, в конечном итоге, возможностью ее использования микроорганизмами в качестве единственного источника углерода и энергии. Как было отмечено выше, для окисления нефти и ее продуктов в СОА используются сообщества аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов (до 9 видов). Выбор микрофлоры для окисления различных классов углеводородов нефти и создание оптимальных условий для их развития - весьма значительный аспект в эксплуатации предлагаемой технологической схемы.
Объектом исследования служили нефтесодержащие сточные воды  ОАО «Казаньоргсинтез», прошедшие предварительный отстой и имеющие следующие физические и химические показатели: температура 22 – 240С, рН 7,2 – 9,2, ХПК 604,8 – 1858 мг/л, О2 в пределах 1,5 – 6 мг/л, сумма неорганических форм азота (NH4, NO2 и NO3) 35,5 – 46,8, фосфор (P2O5) 0,3 – 2,2 и углеводороды до 183 мг/л.
    Исследованиями установлено, что степень и эффективность биоокисления нефтепродуктов зависит от концентрации загрязняющих воду углеводородов, и время их глубокой биодеградации  на СОА. Это связано доступностью нефтяного загрязнения к микробной атаке, а в конечном итоге, возможностью использования её микроорганизмами в качестве единственного источника углерода и энергии.   Нами было выявлено, что оптимальное время пребывания стока в СОА приближается к  1,2 часа, что соответствует скорости подачи сточной воды в струйно-отстойный аппарат 8 л/мин. При этом эффективность окисления нефтепродуктов 63%, а в контроле не превышает 40%.
Предлагаемый для широкого использования биоинженерный метод высокоэффективен, дешев не только в строительстве, но и в эксплуатации и окупаем в течение 1,5-2 лет.
В основе своей рекомендуемая разработка нацелена на создание образцовых хозяйств по утилизации отходов нефтеперерабатывающего хозяйства нисколько не уступающих передовым зарубежным. Приемлемая стоимость, небольшие габариты установки струйно-отстойного аппарата (СОА), простота обслуживания вследствие небольшого количества регулируемых параметров, надежность в эксплуатации, обеспечение требуемой степени очистки сбрасываемых сточных вод, независимо от начального уровня загрязнения, и большой объем рынка позволяет рассчитывать на долговременный спрос. Таким образом, повышается экологическая безопасность способа [2].


Литература

1.    Морозов Н.В. Биометоды охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами животноводческих комплексов. – Казань, Мастер Лайн, 1997. – 162 с.
2.    Морозов Н.В., Шагирмарданов Р.А. Способ очистки сточных вод животноводческих комплексов. Авторское свидетельство № 1182007 от 1 июня 1985г. Бюлл. Изобретений. – 1985. - №13.