Главная страница
Сведения об авторах

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА И ДООЧИСТКА УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ОАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ» НА ПИЛОТНОЙ УСТАНОВКЕ.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И БИОКАТАЛИЗИРУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ БИООКИСЛЕНИЯ

Сидоров А. В., Морозов Н. В., Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет, Казань, Республика Татарстан, Россия

Разработка средств очистки воды от нефти и нефтепродуктов представляет собой активно развивающееся направление экологии и биотехнологии, но проблема повышения эффективности очистки сточных вод от углеводородов нефти по-прежнему очень актуальна.
Одним из перспективных направлений очистки сточных вод является управляемая интенсификация биодеградации углеводородов путем целенаправленного применения индуцирующих соединений (ИС). При оптимальном выборе их вида и концентрации удается ускорить при помощи микроорганизмов разложение нефти и продуктов ее переработки до углекислого газа и воды.
Целью настоящей работы является оптимизация условий биологической деградации нефтепродуктов аборигенными углеводородокисляющими микроорганизмами на пилотной установке, представляющей собой струйно-отстойный аппарат (СОА), изучение влияния различных биогенных элементов и биокатализирующих соединений на эффективность процессов биоокисления.
Объектом исследования служили нефтесодержащие сточные воды ОАО «Казаньоргсинтез», в состав которых входили нефтепродукты, фенол, СПАВ, гликоль и другие органические загрязняющие примеси. Физические и химические показатели сточных вод: температура — 22—24 °С, рН — 7,2—9,2, ХПК — 604,8—1 858 мг О/л, O₂ — 1,5—6, сумма неорганических форм азота (NH₄, NO₂ и NO₃) — 10-35, фосфор (P₂O₅) — 0,3-2,2, нефтепродукты — до 183, фенол — до 20, гликоли — до 250, СПАВ — до 20 мг/л.
В биологической очистке сточных вод использовали вновь созданный консорциум нефти и углеводородокисляющих микроорганизмов, состоящий из десяти аборигенных штаммов с общей численностью на входе в установку СОА от 107 до 162 млн кл/мл.
Условия проведения опытов:
1. Сточная вода (СВ) без внесения биомассы микроорганизмов, биогенных элементов и индуцирующих соединений (контроль).
2. СВ с внесением биомассы микроорганизмов и биогенных элементов из расчета:
БПК_полн 100 : N 2,5 : Р 0,5; БПК_полн 100 : N 5 : Р 1; БПКполн 100 : N 10 : Р 2; БПК_полн 100 : N 20 : Р 4.
3. СВ с внесением биомассы микроорганизмов (культура), биогенных элементов и индуцирующих соединений в соотношениях:
БПК_полн 100 : N 5 : Р 1 : ИС 35 • 10^-6 М; БПК_полн 100 : N 5 : Р 1 : ИС 70 • 10^-6 М; БПК_полн 100 : N 5 : Р 1 : ИС 150 • 10^-6 М.
4. Доочистка сточных вод от нефтепродуктов после обработки на пилотной установке (СОА) в течение двух часов отстоя.
Режим очистки в СОА непрерывный, длительность биоокисления — 0,8; 1; 1,2; 1,4; 2; 3 и 4 часа.
Биомасса популяции десяти нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки сточной жидкости получена для каждого варианта опыта в условиях хемостатного культивирования на «АНКУМ - 2М».
Технологический режим очистки сточной воды на опытной установке осуществляется следующим образом (рис. 1): сточная вода поступает в струйный элемент СОА, одновременно туда же из дозатора направляются реагенты, содержащие биогенные элементы (азот в виде сульфата аммония, фосфор в виде суперфосфата), индуцирующие соединения в различных соотношениях и расчетное количество суспензии нефтеокисляющих бактерий.

Рис. 1. Струйно-отстойный аппарат (СОА):
1 — установка; 2 — струйный элемент (зона смешения); 3 — зона оседания частиц потока; 4 — зона отстоя; 5 — биодозаторы

Распространяясь вдоль оси элемента, струя жидкости образует в нем прямой и обратный потоки и вследствие разрежения, создаваемого струей, 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.
Остальной объем СОА в зоне струйного элемента и внешнего рецикла образует зону, обеспечивающую развитую поверхность контакта между компонентами жидкости и микроорганизмами, с одной стороны, и углеводородами — с другой. После выхода из струйного элемента распыленная жидкость постепенно осаждается и скапливается в нижней части аппарата, где происходит ее отстой и осветление. В силу возникающих условий в СОА создается эффективная биодеградирующая система, обеспечивающая ускорение биоокисления растворенных и взвешенных нефтепродуктов.
Далее доочистка сточных вод осуществляется методом отстаивания в течение двух часов, после чего культуру микроорганизмов подают в СОА. Сточная вода, очищенная от нефтепродуктов, поступает на биологическую очистку в аэротенки для окисления других органических соединений. Это обеспечивает непрерывный процесс биодеградации углеводородсодержащих сточных вод.
Исследования по окислению углеводородов в струйно-отстойном аппарате подтверждают сказанное. Установлено, что степень и эффективность биоокисления нефтепродуктов зависят от концентрации загрязняющих воду углеводородов и времени их глубокой биодеградации в СОА. Это связано с доступностью нефтепродуктов для микробной атаки и, в конечном итоге, с возможностью использования их микроорганизмами в качестве единственного источника углерода и энергии. Нами было выявлено, что оптимальное время пребывания сточной воды в СОА приближается к 1,2 ч, что соответствует скорости подачи сточной воды в струйно-отстойный аппарат 8 л/мин. При этом эффективность окисления нефтепродуктов составляет 63%, а в контроле не превышает 40% (рис. 2).

Рис. 2. Эффективность окисления нефтепродуктов в зависимости от времени пребывания сточной воды в биореакторе

При варьировании добавок биогенных элементов было выявлено, что оптимальное соотношение БПК_полн : N : P для окисления углеводородов микроорганизмами в СОА составляет 100 : 5 : 1, что подтверждает полученные нами ранее данные при окислении солярового масла микроорганизмами в «АНКУМ — 2М». Максимальное изъятие загрязняющих примесей в сточной воде достигает 70% по сравнению с контролем, где доля окисления была равна 37%. Дополнительное внесение реагентов, содержащих биогенные элементы, стимулировало рост биомассы популяции микроорганизмов, что составило 325 млн кл/мл по сравнению с вышеописанными вариантами. При увеличении дозировки биогенных элементов выше оптимального уровня наблюдалось угнетение роста популяции микроорганизмов до 199 млн кл/мл и соответственно снижение эффективности биоокисления на 40% (рис. 3).

Рис. 3. Эффективность биоокисления нефтепродуктов при различных соотношениях биогенных элементов

Для оценки возможности интенсификации процесса биоокисления нефтепродуктов проводились опыты с применением индуцирующих соединений. Время пребывания загрязненной нефтепродуктами сточной воды в СОА и концентрация биогенных элементов были оптимизированы в предыдущих опытах. Результаты эксперимента представлены в таблице и на рис. 4.

Влияние индуцирующих соединений (ИС) на интенсивность биоокисления нефтепродуктов в СОА

Примечание: контроль — окисление без внесения культуры.

Рис. 4. Эффективность биоокисления нефтепродуктов при различных концентрациях индуцирующих соединений

Было выявлено, что внесение индуцирующих веществ увеличивает количество углеводоро-докисляющих микроорганизмов до 376 млн кл/мл, что повышает эффективность процесса биоокисления в СОА до 75%. В контроле в те же сроки окисление остается на стабильно низком уровне и не превышает 40% (см. табл.).
Анализ содержания азота, нитратов, нитритов, фосфора по этим вариантам показал, что ни в одном из опытов не происходит накопления вышеуказанных элементов. Тогда как количество нитритов и нитратов может увеличиваться после биохимического расщепления органических веществ и аммонификации аммонийных солей, образующихся в процессе дезаминирования аминокислот белковых соединений микроорганизмами. Наличие их в воде свидетельствует о полноте биологической очистки сточных вод, что и подтверждается всеми вариантами исследования. Содержание азота и фосфора после биологической очистки уменьшается в среднем на 60 и 70% соответственно, что свидетельствует о минерализации загрязняющих примесей.
В процессе отстаивания происходит дальнейшая биодеградация нефтепродуктов микроорганизмами и отделение биомассы от очищенных сточных вод, что повышает эффективность деструкции углеводородов до 82%.
Выводы
1. Применение биокатализирующих и индуцирующих соединений повышает интенсивность биологического окисления нефтепродуктов до 75% по сравнению с контролем, где эффективность окисления остается на стабильном уровне 40%.
2. Максимальная эффективность деструкции нефтепродуктов в струйно-отстойном аппарате достигается при времени биоокисления 1,2 часа, соотношении биогенных элементов 100 : 5 : 1, концентрации индуцирующих соединений 35 • 10^-6 М.
3. Применение метода доочистки повышает эффективность биодеградации нефтепродуктов до 82%.

PILOT PLANT FOR BIOLOGICAL TREATMENT AND AFTERTREATMENT OF HYDROCARBON-CONTAINING SEWAGE OF OJSC «KAZANORGSINTEZ».
ANALYSIS OF IMPACTS OF VARIOUS NUTRIENT AND BIOCATALYST COMPOUNDS ON THE EFFICIENCY OF BIO-OXIDATION PROCESSES

Sidorov A. V., Morozov N. V., Tatar State Humanitarian and Pedagogical University, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia

The purpose of this work is the optimization of conditions of petroleum bio-decomposition by application of aboriginal hydrocarbon-oxidizing microorganisms, analysis of impacts of nutrient and bio-catalytic compounds on the efficiency of bio-oxidation. Physical and chemical characteristics of sewage: temperature 22—24 °C, pH between 7,2 to 9,2, chemical oxygen demand (COD) between 604,8 to 1 858 mg O/dm³, O₂ concentrations at 1,5 to 6 mg/dm³, non-organic nitrogen levels (NH₄, NO₂ and NO₃) between 10 to 35 mg/dm³, phosphorus concentrations at 0,3—2,2 mg/dm³, petroleum levels up to 183 mg/dm³, phenol concentrations up to 20 mg/dm³, levels of glycols at up to 250 mg/dm³, levels of surfactants at up to 20 mg/dm³. The concentration ratio of nutrient compounds varied depending upon the level of biochemical oxygen demand (BOD_total) : N : P in the range between 100 : 2,5 : 0,5 to 100 : 20 : 4, and levels of inducting compounds ranged from 35 • 10^-6 М to 150 • 10^-6 М. Aftertreatment of waste was based on precipitation for two hours, with the subsequent settlement of microorganisms in the jet settler. The use of bio-catalytic and inducible compounds increases the intensity of bio-oxidation of petroleum to about 75% as compared to the reference sample where the rate of oxidation remains stable at 40%. Maximum efficiency of petroleum destruction in the jet settler can be achieved after 1,2 hours of bio-oxidation, with the nutrient concentration ratio being at 100 : 5 : 1, and concentration of inducible compounds at 35 • 10^-6 М. The introduction of aftertreatment stage increases the efficiency of petroleum bio-decomposition to about 82%.

Главная страница

Сведения об авторах

Сидоров Александр Вячеславович, аспирант, кафедра ботаники и экологической биотехнологии, Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет, ул. Межлаук, 1, Казань, Республика Татарстан, 420021, Россия. Тел. (84371) 3-21-77. E-mail
Морозов Николай Васильевич, д-р биол. наук, проф., зав кафедрой ботаники и экологической биотехнологии, Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет, ул. Межлаук, 1, Казань, Республика Татарстан, 420021, Россия

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 12.07.07