|
Казанский (Приволжский) федеральный университет
При современном уровне развития нефтедобывающей промышленности, с развитием рынка автоуслуг и ростом числа автозаправочных станций и автомоек, все более острым становится вопрос очистки сточных вод таких предприятий, что обуславливает необходимость применения 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 запросам малых предприятий. Наиболее перспективными в области очистки технологических углеводородсодержащих сточных вод является применение чистых, отселектированных штаммов микроорганизмов, способов и установок с вселением микроорганизмов, обеспечивающих высокие показатели очистки воды. Нами была проверена способность комплекса вновь созданного бактериального консорциума углеводородокисляющих микроорганизмов (девять штаммов) окислять, различные фракции углеводородов нефти с применением биотехнологической схемы очистки, включающей в себя созданный струйно-отстойный аппарат (СОА), позволяющий провести глубокую очистку и доочистку углеводородсодержащих сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез» в управляемом режиме.
Предварительными опытами установлено, что в интенсификации процессов биологической деструкции нефти гетеротрофной микрофлорой существенная роль отводится соотношению штаммов в консорциуме, их биологической активности и наличию в среде биогенных элементов (азота, фосфора и калия), индуцирующих соединений. Последние играют роль биостимуляторов жизнедеятельности микроорганизмов, а, следовательно, участвуют в интенсивности биоокисления углеводородов в сточных водах. Испытана новая биотехнологическая схема очистки нефтесодержащих сточных вод с консорциумом углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) с заданными параметрами по видовому составу (рис. 1).
Рис. 1 - Технологическая схема блочной установки очистки и доочистки сочных вод:
1 - приемник сточных вод с выделением грубых примесей; 2 - насосная станция для подачи сточной воды со сборника в нефтеловушку; 3 - нефтеловушка; 4 - усреднитель; 5 - первичный отстойник; 6- нефтесборник; 7 струйно-отстойный аппарат (СОА); 8 - струйные элементы; 9- блок – дозатор биогенных элементов; 9.1 - блок – дозатор индуцирующих соединений; 9.2 - блок – дозатор нефтеокисляющих микроорганизмов; 10- накопитель очищенной воды с насосной станцией (12) оборотного водоснабжения и подачи образованного УОМ в 9.2; 11- шламонакопитель.
Процесс очистки углеводородсодержащих сточных вод осуществляется в пилотном струйно-отстойном аппарате (рис.1) (поз.7), выполненным в виде колонны цилиндрической формы диаметром 500мм и высотой 2800мм. В верхней части колонны расположен струйный элемент (поз.8), служащий для подачи смеси воды с микроорганизмами и соединениями, обеспечивающими биодеструкцию углеводородов. Струйный элемент (зона смешения) представляет собой заглушенный с обоих торцов цилиндр высотой 800 мм, диаметром 150 мм с перфорированной боковой поверхностью. В верхнем торце цилиндра установлен приточный патрубок. Далее располагается зона оседания частиц потока и ниже зона отстоя. Технологический режим очистки стоков предварительно подготовленной сточной жидкости на опытной установке осуществляли следующим образом: сточная вода центробежным насосом через приемный патрубок подается в струйный элемент СОА. В момент подачи стока в струйно-отстойный аппарат туда же одновременно из дозатора направляются биогенные элементы (азот в виде сульфат аммония, фосфор в виде суперфосфата), индуцирующие соединения (глутаминовая, янтарная кислоты, валин, аланин, глюкоза, мальтоза) в различных соотношениях и расчетное количество суспензии консорциума углеводородокисляющих бактерий из расчета в среднем 130 млн. кл/мл или по биомассе в пределах 0,3-0,5 г/л. В струйном элементе сточная жидкость со всеми добавленными компонентами смешивается и образует в нем прямой и обратный поток и из-за значительных градиентов скорости и сдвиговых напряжений разбрызгивается, разрывает капли эмульгированных нефтепродуктов на мелкие диспергированные частицы, насыщенные пузырьками воздуха. В результате образуется значительная площадь поверхности, где микроорганизмы и углеводороды контактируют на границе фаз (среда-воздух). Благодаря этому создаются оптимальные условия для атаки и деструкции микроорганизмами рассеянных нефтяных загрязнений.
Окисление углеводородов нефти идет максимально в зоне струйного элемента и внешнего рецикла и продолжается далее по всей длине СОА, ослабевая по мере снижения концентрации нефтепродуктов к зоне отстоя. Образующаяся при этом биомасса микроорганизмов в пределах 3-5% по мере уплотнения откачивается насосом во вторую ступень СОА и используется во второй ступени очистки для обеспечения деструкции остаточных концентраций углеводородов в сточной жидкости до норм оборотного водоснабжения или отвода в природные водоемы без ущерба их экологическому состоянию. Сбор биомассы искомой численности осуществляется на выходе из СОА, а далее насосом (поз. 12) подается в дозатор для восполнения бактерий, используемых для очистки и доочистки сточных вод. При отсутствии в схеме второй ступени СОА, очищенная сточная вода поступает в накопитель очищенной воды. После 1,5 – 2 часового осветления она может быть отведена в биологические очистные сооружения для доочистки от остаточных углеводородов. Длительность биоокисления углеводородов нефти в сточной жидкости, подаваемой в СОА, в непрерывном режиме принималась: 1) при концентрации нефтепродуктов 20 - 186 мг/дм3, скорость потока 0,015-0,03 м/сек, время пребывания от 1,0 до 1,5 часа; 2) при концентрации, превышающей 200 мг/дм3 или нагрузке по ХПК 1000 мг/л и более, скорость сточной жидкости в пилотной установке при этом приближалась 0,031-0,045 м/сек, время пребывания 1,3-3,0 часа.
Интенсификация процесса очистки обеспечивалась добавлением в поток биогенных элементов – азота и фосфора (азот в виде нитрата аммония, фосфор в виде суперфосфата кальция), соотношение которых к основной нагрузке загрязнений принято БПКп:N:Р: 100:5:1 (установлено опытным путем из следующих вариаций – 2,5;0,5;5;10;20;40). Принятое соотношение биогенов в сточной жидкости стимулировало рост популяции углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) консорциума в 2 раза (325•106 против 150•106 кл/мл), а эффективность деструкции углеводородов нефти за время контакта 1,2 часа до 75%. В варианте без добавления биогенных элементов степень очистки воды от загрязнения не превысила 25-36%.
Корректировка биогенных элементов (N,Р) в сточной жидкости в работе СОА позволяет повысить нагрузку по ХПК до 1000 мг/л и выше. Последний факт является положительным в процессе подготовки первичных углеводородсодержащих сточных вод до норм отвода для дальнейшей глубокой очистки и доочистки. С целью достижения более высокой эффективности интенсификации процесса биоокисления в последующих сериях испытаний в очищаемую воду добавляли комплекс индуцирующих веществ. В их составе: глутаминовая кислота, янтарная кислоты, аланин, валин, глюкоза и мальтоза при равных количествах (1:1:1:1:1:1) с общей дозой 35•10–6М. Внесение индуцирующих соединений в поток очищаемой воды в СОА при тех же условиях и режимах очистки увеличивает количество углеводородокисляющих микроорганизмов более чем в два раза (от 150•106 кл/мл до 325•106 кл/мл), что повышает эффективность процесса биоокисления до 75-78%, а в контроле степень окисления остается на уровне и 32-40%. С целью стабилизации остаточного углеводородного загрязнения предварительно очищенная сточная жидкость подается дополнительно во вторую ступень СОА и подвергается доочистке длительностью от 30 минут до 1,0 часа. При этом эффективность очистки достигает 92-96%, т.е. концентрация углеводородов снижается до 0,12-0,17 мг/дм3.
Динамика изменения БПКп, ХПК, численность УОМ, а также азота и фосфора свидетельствуют о том, что в процессе очистки сточных вод производства органического синтеза в технологической схеме двух ступеней очистки достигается микробиальная деструкция углеводородов нефти до конечных продуктов окисления - СО2 и Н2О. На выходе из II ступени СОА количество нефтепродуктов в сточной воде укладывается в санитарные нормы отвода в открытые водные источники или использования в оборотном водоснабжении.
Для решения практических задач в достижении более весомого эффекта в очистке и доочистке углеводородсодержащих сточных вод производств органического синтеза целесообразнее применение биотехнологической схемы с включением двух последовательно расположенных струйно-отстойных аппаратов (СОА). Это позволяет обезвреживать сточные воды с исходной концентрацией углеводородов в пределах 20-300мг/л до норм отвода в открытые водные источники без ущерба их экологическому состоянию. В условиях дефицита пресной воды, используемой в производственном процессе, разработанная биотехнологическая схема обеспечивает полноту рекуперации отработанных вод в промышленном хозяйстве.
Таким образом, в традиционных очистных сооружениях биологическим окислением нефтезагрязнений 80-85%-ый эффект достигается от 16 до 20 часов, а с применением консорциума УОМ, состоящего из девяти штаммов в схеме СОА и вторичного отстойника за 1,2 – 1,5 часа, с применением двух ступеней очистки в СОА 92-96% за 2,0-2,5 часа. Этим открывается путь использования очищенных вод до норм оборотного водоснабжения.
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 углеводородокисляющих микроорганизмов. Способ обеспечивает требуемую степень очистки сточных вод от нефтепродуктов, независимо от начальной загрязненности и без предварительной очистки от взвешенных веществ. При достижении требуемой степени очистки представленный способ позволяет увеличить производительность процесса очистки вод, уменьшить объем технологических емкостей и линий транспортировки воды, исключить использование поверхностно-активных веществ. По сравнению с другими 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.
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, повышая экологическую безопасность устройства и способа очистки.
|
