WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Экологическая эффективность биосорбционного способа очистки промышленных сточных вод оао газпромнефть – онпз

На правах рукописи

ШЛЁКОВА Инна Юрьевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИОСОРБЦИОННОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ ОНПЗ»

03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Омск – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Омский государственный
педагогический университет и в ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:
Ведущая организация:
доктор биологических наук, профессор Воробьёва Тамара Георгиевна доктор биологических наук, профессор Григорьев Аркадий Иванович кандидат биологических наук, доцент Зарипов Рафаил Гарифович ГОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и соци­альному развитию»

Защита состоится 19 мая 2009 г. в 12 часов на заседании дис­сертационного совета ДМ 212.177.05 при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, г. Омск, ул. Набе­режная Тухачевского, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского госу­дарственного педагогического университета.

Автореферат разослан «17» апреля 2009 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент                              Т. Ю. Колпакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность исследования. Изучение процесса биологической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, способов по­вышения его экологической эффективности, исследование альтерна­тивных биосорбентов и сохранение видового разнообразия организмов активного ила при очистке промышленных сточных вод сложного со­става – весьма актуальные проблемы как для прикладной экологии
в целом, так и для каждого предприятия в частности.

Технологические установки и другие производственные объекты переработки углеводородных систем являются источниками загрязне­ния водного бассейна нефтепродуктами, фенолами, деэмульгаторами, сернистыми соединениями, минеральными солями, металлами и дру­гими вредными для окружающей среды примесями. На многих нефте­перерабатывающих предприятиях завершающим этапом очистки сточ­ных вод является биологическая очистка в аэротенках (Абросимов, 2002; Аксенов, 2005; Воробьева 2009; Швецов, 2004).

Биологический метод очистки сточных вод обладает рядом несо­мненных достоинств, к числу которых относится его экологичность:
в процессе биологической очистки не образуется чуждых природной среде соединений, а происходит деструкция органических загрязнений до углекислого газа и воды. Биологическая очистка воды – это эколо­гический процесс: благодаря применению технологий очистки про­мышленных и городских сточных вод осуществляется защита природ­ной среды от загрязнения, причиняющего значительный ущерб (Барак, Карюхина, 1983; Алексеев, 2007).

Современный уровень развития общества, промышленного про­изводства, экологическое состояние окружающей среды обусловили повышение требований к качеству сточных вод, сбрасываемых в вод­ные объекты, а традиционные технологии биологической очистки
в аэротенках уже не позволяют достичь необходимой степени очистки (Анфимова, 2003; Сироткин, 2007).

Одним из наиболее эффективных и очевидных способов увели­чения окислительной мощности и улучшения ряда технологических показателей традиционных биологических очистных сооружений яв­ляется применение адсорбционной иммобилизации биомассы на по­верхности инертных или активных твердых материалов (Нагаев, 1998; Рудакова, 2003; Сироткин, 2002).

Таким образом, исследование эффективности биосорбционного способа очистки сточных вод, реализуемого в типовых аэротенках ко­ридорного типа, представляет научный интерес.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование возможности повышения экологической эффективности биологической очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» при внесении в аэротенки альтернативного биосорбента – коксовой пыли (отхода производства кокса).

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

  1. Исследовать эффективность биосорбционной очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в лабораторных условиях с примене­нием в качестве альтернативного биосорбента коксовой пыли.
  2. Сравнить эффективность биологической и биосорбционной очистки промышленных сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».
  3. Изучить особенности биосорбционной очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в лабораторных условиях с применением различных сорбентов: альтернативного биосорбента и порошкообраз­ного активного угля (ПАУ).
  4. Подготовить практические рекомендации для цеха очистных сооружений ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

Научная новизна. Впервые применен биосорбционный метод очистки промышленных сточных вод с использованием в качестве биосорбента коксовой пыли – отхода производства кокса. Изучены особенности биосорбционной очистки сточных вод ОАО «Газпром­нефть-ОНПЗ» в лабораторных условиях с применением различных сорбентов: коксовой пыли и порошкообразного активного угля. Уста­новлена возможность их использования для очистки промышленных сточных вод от трудноокисляемых соединений, улучшения состояния активного ила и стабилизации системы очистки в целом.

Впервые изучены особенности биологической очистки сточных вод в ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» и проведены исследования спосо­бов её интенсификации.

Показана высокая эффективность биосорбционного метода очи­стки сточных вод, содержащих большое количество трудноокисляе­мых соединений, в экстремальных режимах работы сооружений («зал­повые» сбросы).

Теоретическое и практическое значение. Полученные резуль­таты могут быть использованы для разработки проекта реконструкции очистных сооружений ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

Показана высокая эффективность биосорбционного способа ин­тенсификации биологической очистки сточных вод в ОАО «Газпром­нефть-ОНПЗ» (улучшение состояния активного ила и технологических показателей).

Научно-практическая значимость работы состоит в исследовании перспективного направления в развитии биосорбционных технологий – поиска альтернативных биосорбентов.

Важность исследования определяется возможностью использова­ния биосорбционных технологий на базе традиционных аэротенков,
а также возможностью применения для очистки экономически выгод­ных биосорбентов – отходов производства. В результате при мини­мальных затратах будут улучшены как технологические показатели, так и эксплуатационные. Кроме того, использование данной техноло­гии на сооружениях биологической очистки в ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» позволит сократить время очистки сточных вод.

Разработана схема лабораторной установки и методика лабора­торных исследований биосорбционного метода очистки.

Положения, выносимые на защиту.

  1. Основные особенности биологической очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» состоят в том, что очистке подвергаются производственные сточные воды сложного состава и периодически отмечается поступление сточных вод с высоким содержанием загряз­няющих веществ («залповый» сброс).
  2. При добавлении различных биосорбентов в систему биологи­ческой очистки, работающую в экстремальном режиме, повышается эффективность очистки сточных вод и улучшается состояние активно­го ила.
  3. Отход производства кокса определяется как альтернативный биосорбент с точки зрения высокой эффективности биосорбционной очистки и экономической целесообразности его применения. Приме­нение в качестве биосорбентов различных отходов производства –перспективное направление в развитии биосорбционных технологий.

Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно доклады­вались на отчетных конференциях аспирантов ОмГПУ.

Материалы исследования были представлены на 13 Всероссий­ской научно-практической конференции молодых учёных и специали­стов «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (Екатеринбург, 2007), Всероссийской научно-практической конфе­ренции «Общие проблемы мониторинга природных экосистем» (Пен­за, 2007), 7 Международной научной конференции «Состояние био­сферы и здоровье людей» (Пенза, 2007), Международной научно-прак­тической конференции «Культура и образование как фактор развития региона» (Ишим, 2008), Всероссийской научно-практической конферен­ции студентов и аспирантов «Студенты вузов – школе» (Ишим, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 науч­ных статей, одна из них – в журнале, рекомендованном экспертным советом ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, библиографичес­кого списка и приложений.

Библиографический список включает 190 наименование, в том числе 22 зарубежных авторов. Материалы диссертации изложены на 125 страницах печатного текста. Работа иллюстрирована 19 рисунками и 26 таблицами.

Автор выражает благодарность генеральному директору ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» И. И. Сарварову, кандидату биологических на­ук, доценту ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический уни­верситет» Е. В. Дементьевой за помощь в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, его теоре­тическое и практическое значение, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна, основные положения и апро­бация работы.

ГЛАВА 1. Обзор литературы

В главе проанализированы данные отечественной и зарубежной литературы об эффективности и способах реализации биосорбционных технологий. Рассмотрены экологические аспекты аэробной биологиче­ской очистки сточных вод, дана характеристика биосорбентов и ак­тивного ила как сложной биосистемы. Показаны экологическая харак­теристика и краткий обзор существующих методов очистки промыш­ленных сточных вод.

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования

Во второй главе изучение эффективности биосорбционной очи­стки сточных вод осуществлялось по принципу контактно-проточного метода лабораторных исследований.

Для лабораторных испытаний была разработана лабораторная ус­тановка и методика исследований биосорбционного метода очистки.

Лабораторные испытания биосорбционного метода очистки сточ­ных вод ОНПЗ проводились в режиме контактной стабилизации в ре­акторах с мелкопузырчатой системой аэрации.

В одном лабораторном реакторе последовательно осуществля­лись все стадии биологической очистки стоков: нахождение иловой смеси в режиме аэрации в аэротенках, отстаивание и регенерация. По­лученные данные о составе исходной и очищенной сточной жидкости из первого реактора использовались в качестве контрольного опыта или опыта сравнения. Во втором реакторе присутствовал альтернатив­ный биосорбент – коксовая пыль установки прокалки нефтяного кокса ОНПЗ. Полученные данные о составе исходной и очищенной сточной жидкости из второго реактора позволили оценить эффективность био­сорбционной очистки с применением альтернативного биосорбента.
В третий реактор в тот же момент времени при неизменных условиях вводилась сточная жидкость с ПАУ марки ОУ-А.

Контроль процесса очистки промышленных стоков в лаборатор­ных реакторах осуществлялся в трех направлениях:

  1. Контроль качества исходной и очищенной в реакторе сточной жидкости с помощью методики выполнения измерений химического потребления кислорода (далее ХПК) (НД 1.2-2003), метода опреде­ления массовой концентрации нефтепродуктов (ПНД.Ф.14.1:2.116-97), метода определения массовой концентрации взвешенных веществ (ПНД.Ф.14.1:2.110-97).
  2. Контроль параметров работы реактора с помощью определе­ния содержания растворенного кислорода и измерения температуры (портативный кислородомер YSI-55 с термодатчиком), метода опреде­ления величины рН (ПНД.Ф.14.1:2:3:4.121-97)
  3. Контроль основных характеристик состояния активного ила
    с помощью гидробиологического анализа: методики определения ди­намики оседания активного ила, методики определения концентрации активного ила по массе, метод определения илового индекса (ПНД Ф СБ 14.1.77-96), микроскопирования активного ила, осуществляемого
    с помощью универсального микроскопа Axioscop 40 фирмы Zeiss с би­нокулярной насадкой с фотовыходом.

Концентрация сорбента в лабораторных реакторах составляла 0,4 г/л.

Режим работы лабораторных установок по основным параметрам соответствовал производственным условиям. Время аэрации, отстаи­вания и регенерации соответствовало требованиям режима контактной стабилизации.

Лабораторные установки биологической и биосорбционной очи­стки располагались в помещении зала управления технологическим процессом установки-блока биологической очистки промышленных сточных вод ОНПЗ (ББО).

При исследовании альтернативного биосорбента – коксовой пыли всего было проведено сорок экспериментов, активного угля – двадцать экспериментов.

Полный контроль по всем направлениям осуществлялся как на месте проведения испытаний, так и в специализированной аккредито­ванной лаборатории санитарно-гигиенического контроля.

Всего было отобрано и проанализировано 140 проб сточной жид­кости, 100 проб иловой смеси и 300 проб (препаратов) активного ила.

Статистическую обработку полученных материалов проводили
с помощью пакетов прикладных программ «SPSS 10.0.5 for Windows» и «Microsoft Office Excel 2003». Достоверность различий определялась по критерию t-Стьюдента.

ГЛАВА 3. Экологическое обоснование эффективности
биосорбционного способа очистки сточных вод
ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ

Установлено, что стоки, поступающие на установку биологичес­кой очистки, являясь многокомпонентной системой, характеризуются высокими среднегодовыми значениями ХПК (444–462 мгО2/л) и не­высокими значениями биохимического потребления кислорода (158– 172 мгО2/л), отсутствием фосфат-ионов, содержат нефтепродукты 21,8 –26,2 мг/л. При разовых «залповых» сбросах сточных вод значения ХПК могут достигать 1000 мгО2/л и более. Состояние активного ила
в аэротенках свидетельствует о торможении процессов биохимической деструкции органических веществ, что, возможно, связано с присутст­вием в составе очищаемой воды биорезистентных примесей.

В период проведения исследований на ББО поступали промыш­ленные стоки с высокими значениями ХПК и нефтепродукта (табли­ца 1). Разовые значения ХПК достигали более 900 мгО2/л при уста­новленном допустимом – 450 мг О2/л.

Таблица 1

Показатели качества исследуемых промышленных стоков


Контролируемый
показатель
Максимальное значение Мини­мальное
значение
Среднее
значение
ХПК, мгО2/л 967 398 634,25±151,79
Нефтепродукт, мг/л 129 14,5 37,24±20,06
Взвешенные вещества, мг/л 65 28 47,25±13,16
рН 9,2 8,6 8,81±0,12

На выходе из контрольного лабораторного реактора были получе­ны стоки следующего состава: значение ХПК в пределах 138–313 мгО2/л, содержание нефтепродукта – 3,6–8,1 мг/л, количество взвешенных веществ – 16–32 мг/л (таблица 2). Полученные данные показывают невысокое качество биологической очистки стоков подобного состава.

Таблица 2

Показатели биологической и биосорбционной очистки
промышленных стоков при использовании различных биосорбентов


Контролируемый показатель Биологическая очистка Биосорбция с коксовой пылью Биосорбция с активным углем
ХПК, мгО2/л 224,25±41,26 107,3±24,73 91,85±18,13
Нефтепродукт, мг/л 5,89±1,61 1,12±0,35 0,67±0,07
Взвешенные
вещества, мг/л
23,5±4,99 6,88±2,59 11,25±3,3
рН 7,32±0,21 7,16±0,18 7,17±0,20
Растворенный
кислород в начале, мг/л
1,73±0,91 3,25±0,89 3,76±0,72
Растворенный
кислород в конце, мг/л
4,39±0,79 5,12±0,85 5,62±0,88
Температура воды, °С 24,15±1,12 24,15±1,20 24,88±0,78
Динамика
оседания ила
156,13±22,86 102,25±14,93 108,5±14,06
Концентрация ила, г/л 1,66±0,14 2,2±0,10 2,1±0,04
Иловый индекс 109,25±7,80 57±3,74 62±5,66

Примечание: р 0,05.

На выходе из реактора с коксовой пылью были получены стоки следующего состава: значение ХПК в пределах 62–167 мгО2/л, содер­жание нефтепродукта – 0,68–1,7 мг/л, количество взвешенных веществ – 4–12 мг/л. При добавлении адсорбента в систему биологической очи­стки значения ХПК значительно снижаются (рис. 1). Степень очистки сильнозагрязненных стоков по нефтепродукту в биосорбционной сис­теме намного выше, чем в системе биоочистки (рис. 2).

 Значения ХПК промышленных стоков до и после очистки -1

Рис. 1. Значения ХПК промышленных стоков до и после очистки

 Содержание нефтепродукта в стоках до и после очистки Динамика-2

Рис. 2. Содержание нефтепродукта в стоках до и после очистки

Динамика оседания активного ила после биосорбционной очист­ки значительно лучше, чем после биологической. Превышения норма­тивного значения (не более 120) отмечались крайне редко (рис. 3). Этот факт свидетельствует об улучшении седиментационных свойств активного ила.

 Значения динамики оседания ила после биологической и биосорбционной-3

Рис. 3. Значения динамики оседания ила после биологической
и биосорбционной очистки

На выходе из реактора с ПАУ были получены стоки следующего состава: значение ХПК в пределах 58–123 мгО2/л, содержание нефте­продукта – 0,61–0,75 мг/л, количество взвешенных веществ – 9–16 мг/л.

Анализ полученных данных показал более высокую эффектив­ность биосорбционной очистки промышленных стоков (с разными сорбентами) по сравнению с биологической очисткой (таблица 3).

Таблица 3

Эффективность очистки промышленных стоков по показателям

Способ очистки Эффективность очистки, %
ХПК Нефте­продукт Взвешенные вещества
Биологическая очистка 43 76 71 90 21 65
Биосорбция с коксовой пылью 74 89 94 98 68 93
Биосорбция с активным углем 79 90 96 99 61 84

Кроме того, в системе биологической очистки (лабораторном реакторе) отмечено уменьшение видового разнообразия организмов (таблица 4).

Таблица 4

Видовое разнообразие организмов активного ила
из лабораторных реакторов

Организм активного ила Биологичес­кая очистка Биосорбция с коксом Биосорбция с углем
Вид Vorticella convallaria + ++ ++
Вид Vorticella microstoma ++ + +
Вид Aspidisca costata + ++ ++
Вид Rotaria rotatoria + + ++
Род Euplotes + +
Род Opercularia + ++ ++
Род Carchesium ++ ++
Род Epistylis ++ ++
Род Litonotus + + +
Род Coleps + +
Род Podophrya + +
Нитчатые бактерии, род Sphaerotilus ++ +
Бесцветные жгутиконосцы, подтип Flagellata ++ + +
Мелкие амебы, подтип Sarcodina ++
Крупные амебы, подтип Sarcodina + +
Общее количество групп индикаторных организмов 9 14 13

Примечание:

«–» – отсутствие данных представителей,

«+» – присутствие данных представителей в небольшом количестве,

«++» – присутствие данных представителей в большом количестве.

При микроскопировании в активном иле из системы биологичес­кой очистки присутствовало не более девяти представителей индика­торных организмов, причем четыре из них являются показателями не­удовлетворительной работы системы очистки. Инфузории рода Vorticel­la более чем в 50 % опытов начинали измельчаться и инцистироваться (рис. 4). В активном иле из системы биосорбции отмечено более бога­тое видовое разнообразие (до четырнадцати представителей), причем
в большом количестве присутствовали организмы, являющиеся инди­каторами эффективной работы системы очистки (рис. 5).

Результаты, полученные при исследовании, были подвергнуты статистической обработке. Обнаруженные нами различия между пока­зателями биологической и биосорбционной очистки достоверны, так как полученные значения критерия t-Стьюдента превосходят гранич­ные значения критерия.

Рис. 4. Морфологические изменения
у представителя рода Vorticella при увеличении нагрузки на активный ил (увеличение 400x)

Рис. 5. Колониальная форма
прикрепленных инфузорий
(увеличение 200x)

ГЛАВА 4. Обсуждение результатов исследования

Значения ХПК и содержание нефтепродукта в сточных водах предприятия, отобранных для лабораторных испытаний, говорят как
о непостоянстве состава поступающих стоков, так и о поступлении «залповых» количеств загрязнений. Эффективность биологической очистки стоков указанного состава снижается из-за токсичного воз­действия на активный ил и в результате на выходе с лабораторной ус­тановки биологической очистки регистрируется высокое содержание ХПК и нефтепродукта.

При добавлении адсорбента (коксовой пыли) в систему биологи­ческой очистки значения ХПК значительно уменьшаются. В стоках, очищенных в биосорбционном лабораторном реакторе, значение ХПК в среднем составило 107,3±24,73 мгО2/л, в системе биологической очистке – 224,25±41,26 мгО2/л.

При внесении в очищаемую воду коксовой пыли (доза 0,4 г/л) эффективность очистки по ХПК в среднем составила 83 %, тогда как эффективность очистки по ХПК в системе биологической очистки
в среднем составила 63 %, следовательно, биосорбционная очистка по ХПК на 20 % эффективнее биологической.

Установлено, что резкое снижение ХПК сточной воды происхо­дит в течение первых 15–25 минут эксперимента. В эти моменты ско­рость адсорбции значительно выше скорости биоокисления (Сироткин, 1993).

В среднем степень очистки стоков по ХПК в системе биосорбции в 2,1 раза выше, чем в системе биологической очистки. Учитывая, что снижение ХПК происходит в начале процесса очистки, в системе био­сорбции значительно уменьшается нагрузка на активный ил.

При поступлении на лабораторную установку биологической очистки сильнозагрязненных стоков содержание нефтепродукта на выходе находилось в пределах 3,9–8,1 мг/л. Степень очистки этих же стоков в биосорбционной системе (с коксовой пылью) намного выше, содержание нефтепродукта – 0,68–1,7 мг/л.

В среднем степень очистки стоков по нефтепродукту в системе биосорбции в 5,3 раза выше, чем в системе биологической очистки. При внесении в очищаемую воду коксовой пыли (доза 0,4 г/л) эффек­тивность очистки по нефтепродукту в среднем составила 96 %, тогда как эффективность очистки по нефтепродукту в системе биологичес­кой очистки в среднем составила 81 %, следовательно, биосорбцион­ная очистка по нефтепродукту на 15 % эффективнее биологической. Эффективность очистки по взвешенным веществам в системе био­сорбции на 37 % выше, чем в системе биоочистки.

Достаточно показательными представляются результаты опреде­ления концентрации растворенного кислорода в начальный период при изменении нагрузки по ХПК. Биосорбционная система обеспечивала погашение «залпа», в результате чего концентрация растворенного кислорода выходила на рабочий уровень – более 2 мг/л, и процесс очи­стки стабилизировался.

При биосорбционной очистке сточных вод с альтернативным сорбентом отмечался стабильный прирост биомассы: доза ила возрас­тала в среднем от 1,66 до 2,2 г/л и при этом концентрация взвешенных веществ составляла 4–12 мг/л.

При микроскопировании в активном иле из системы биосорбции с коксовой пылью в большом количестве были обнаружены брюхорес­ничные инфузории: вид Aspidisca costata, кругоресничные инфузории: вид Vorticella convallaria, род Opercularia, род Carchesium, род Episty­lis, которые являются индикаторами хорошей работы очистных со­оружений. Наличие в биоценозе брюхоресничных инфузорий говорит о хорошей флокуляции хлопьев активного ила и его удовлетворитель­ных очищающих свойствах. Довольно часто встречались коловратки вида Rotaria rotatoria в активном состоянии, а их присутствие является показателем устойчивой биологической системы. Также в активном иле встречались крупные амебы – представители подтипа саркодовых (Sarcodina) и сосущие инфузории рода Podophrya. Крупные амебы – обычные обитатели нормально функционирующего ила. Сосущие ин­фузории рода Podophrya развиваются в небольших количествах при полном окислении загрязняющих веществ и стабилизации процесса очистки сточных вод и являются индикаторами высокого качества очистки.

В активном иле системы биологической очистки в большом ко­личестве присутствовал вид Vorticella microstoma – типичный обита­тель активного ила с большой нагрузкой, при залеживании ила и на­рушении аэрации. Вид Vorticella convallaria был в небольшом количе­стве и в ряде опытов находился в состоянии «бродяжка». Кроме того, инфузории рода Vorticella более чем в 50 % опытов начинали измель­чаться и инцистироваться. В большинстве опытов в активном иле из системы биологической очистки были обнаружены в большом количе­стве бесцветные жгутиконосцы и нитчатые бактерии рода Sphaerotilus. В стабильных илах бесцветные жгутиконосцы обычно в массе не раз­виваются, а появление их в биоценозах может говорить о неблагополу­чии в технологическом режиме. При осуществлении первых циклов биологической очистки в пробах активного ила в единичных экземп­лярах присутствовал вид Aspidisca costata, род Opercularia с замкну­тым ресничным диском в неподвижном состоянии и коловратки вида Rotaria rotatoria в сжавшемся состоянии. Коловратки вида Rotaria rotatoria и прикрепленные инфузории таким образом реагируют на изменения условий среды в худшую сторону, поступление токсичных стоков. Также в активном иле из системы биологической очистки час­то встречались равноресничные инфузории рода Litonotus. Наличие представителей рода Litonotus говорит о повышении нагрузки на ил. На некоторых этапах эксперимента отмечалось присутствие мелких амеб (подтип Sarcodina). Мелкие амебы – показатели нарушения очи­стки, высокой нагрузки, неудовлетворительной аэрации, диспергиро­вания хлопьев и высокого содержания в иловой смеси бактерий, не связанных с хлопьями активного ила (Банина, 1984; Жмур, 1996; Ли­хачев, 2004).

В биосорбционной системе хлопья активного ила плотные, ком­пактные, крупные, без посторонних включений, отмечена хорошая флокуляция хлопьев. Цвет хлопьев активного ила буро-коричневый, редко темно-коричневый. Запах ила преимущественно болотный,
в единичных случаях отмечен слабый запах нефтепродуктов. Надило­вая вода прозрачная, иногда с небольшим количеством взвешенных частиц. В системе биологической очистки хлопья активного ила дис­пергированные, мелкие, с посторонними включениями, отмечено на­рушение флокуляции хлопьев. Цвет хлопьев активного ила от темно-коричневого до черного. Запах ила преимущественно землистый, неф­тепродуктов, в единичных случаях отмечен болотный запах. Надиловая вода мутная с взвешенными частицами, иногда опалесцирующая.

Таким образом, в активном иле из системы биологической очист­ки в большом количестве присутствовали организмы с высокой толерантностью к неблагоприятным факторам (нитчатые, жгутиковые),
а в иле из системы биосорбции отмечено удовлетворительное для дан­ных условий видовое разнообразие (Таубе, 1983; Банина, 1990).

Анализ полученных результатов указывает на высокую эффек­тивность метода биосорбционной очистки. Биологическая очистка сточных вод подобного состава протекает с рядом трудностей и, сле­довательно, недостаточно эффективно.

Кроме того, для достижения высокой эффективности очистки
в системе биосорбции требуется в 1,5–2 раза меньше времени, чем
в системе биологической очистки.

Эффективность биосорбционной очистки стоков зависит от при­меняемого сорбента. Нами были проведены опыты по сравнению эф­фективности очистки стоков с помощью активного угля марки ОУ-А
и альтернативного сорбента – коксовой пыли. Сравнение проводилось относительно контрольного опыта – биологической очистки в лабора­торном реакторе в идентичных условиях.

Биосорбционная очистка с применением в качестве сорбента ак­тивного угля в некоторых опытах протекала эффективнее, чем с коксо­вой пылью.

Эффективность очистки по значениям ХПК и содержанию неф­тепродукта в системе с коксовой пылью находилась в пределах 74–89
и 94–98 % соответственно, в системе с активным углем – 79–90 и 96–99 % соответственно.

Значения илового индекса для систем с углем и с коксом отлича­лись незначительно и в среднем составили около 60, для системы биоло­гической очистки – 109. Данные подтверждаются результатами визу­альной оценки: в системе биологической очистки часто наблюдался вы­нос активного ила, в системе биосорбции, напротив, данное явление не отмечалось. Для ББО ОНПЗ установленный нормативный предел значе­ний илового индекса составляет 40–75.

Итак, эффективность биосорбционной очистки с различными сор­бентами по ХПК в среднем выше на 20–22 % по сравнению с биологи­ческой, по нефтепродукту – на 15–17 %, по взвешенным веществам – на 29–37 %.

При проведении исследований отмечалось явление частичной биорегенерации адсорбента микроорганизмами активного ила.

Целесообразно при биосорбционной очистке ПАУ заменять дру­гими материалами. Применение более дешевых сорбентов (например, отходов производства) позволяет при сохранении достаточно высокой эффективности процесса сократить приведенные затраты.

Например, добавление в аэротенки золы ТЭС приводит не только к улучшению технологических показателей очистки тиокольных сточ­ных вод по ХПК на 25–30 %, но и к снижению содержания взвешен­ных веществ и илового индекса.

При введении в аэротенк, работающий в «залповом» режиме, альтернативного биосорбента – золы ТЭС, в количестве 0,5 г/л степень очистки по значениям ХПК составила 50,5–87,3 %, по содержанию взвешенных веществ – 29,3–92,6 % (исследования проводились на сто­ках нефтепромышленного предприятия) (Сироткин 1993, 2002, 2007). Сравнительная характеристика данных собственных исследований
с данными ученых представлена в таблице 5.

Таблица 5

Сравнительная характеристика эффективности
различных биосорбентов

Показатель Эффективность очистки по показателям, %
ПАУ УАФ ПАУ ОУ-А Зола ТЭС Коксовая пыль
ХПК, мгО2/л 66 – 92 79 – 90 50,5 – 87,3 74 – 89
Взвешенные вещества, мг/л 67 – 96,7 61 – 84 29,3 – 92,6 68 – 93

Эффективность биологической и биосорбционной очистки про­мышленных стоков по показателю ХПК говорит о целесообразности применения биосорбционной очистки с коксовой пылью в качестве сорбента.

За счет сочетания адсорбции биорезистентных примесей и био­химического окисления органических веществ микроорганизмами биосорбционный метод интенсификации процесса с использованием активного угля, золы ТЭС, коксовой пыли приводит к значительному снижению ХПК сточной воды (Сироткин 1993; Анфимова 2003; Во­робьева 2009).

Таким образом, за счет удачного сочетания основных достоинств биологического и сорбционного методов очистки биосорбционная очистка определяется как более устойчивая, стабильная и управляемая система.

ВЫВОДЫ

  1. Установлено, что стоки, поступающие на установку биологи­ческой очистки, являются многокомпонентной системой и содержат
    в своем составе большое количество трудноокисляемых соединений (значения ХПК превышают 450 мгО2/л), также отмечаются периодиче­ские «залповые» сбросы загрязняющих веществ (значения ХПК дости­гают 1000 мгО2/л).
  2. В системе биосорбции с альтернативным биосорбентом – кок­совой пылью отмечается улучшение ряда параметров по сравнению
    с биоочисткой: показателей очистки (очистка по ХПК эффективнее
    в среднем на 20 %, по нефтепродукту на 15 %, по взвешенным вещест­вам в среднем на 37 %, отмечено улучшение иловых характеристик)
    и режимных параметров (стабилизация рН и содержания растворенно­го кислорода).
  3. При использовании в качестве биосорбентов как коксовой пы­ли, так и порошкообразного угля существенно повышается эффектив­ность очистки стоков и снижается нагрузка на активный ил (увеличи­вается видовое разнообразие организмов, улучшается состояние актив­ного ила).
  4. В условиях «залповых» нагрузок биосорбционная система
    (с различными биосорбентами) способна самостабилизироваться. Для до­стижения высокой эффективности очистки в системе биосорбции требу­ется в 2 раза меньше времени, чем в системе биологической очистки.
  5. Эффективным способом интенсификации биологической очи­стки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» является биосорбцион­ный способ с применением в качестве сорбента отхода производства кокса – коксовой пыли.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

  1. Рассмотреть возможность интенсификации биологической очистки стоков ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» биосорбционным спосо­бом в экстремальных режимах работы.
  2. Оценить целесообразность применения альтернативного био­сорбента – отхода производства кокса (коксовой пыли) для интенси­фикации биологической очистки стоков ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в аэротенках.
  3. Рассмотреть возможность сокращения времени биологической очистки стоков при применении биосорбционного способа интенсифи­кации (уменьшение времени аэрации повлечет за собой значительное уменьшение потребления электроэнергии на воздуходувной станции).


Основные положения и результаты диссертационного
исследования отражены в следующих публикациях:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Шлёкова, И. Ю. Эколого-биологическое обоснование примене­ния биосорбционного метода очистки сточных вод на Омском нефте­перерабатывающем заводе [Текст] / Т. Г. Воробьева, И. Ю. Шлёкова // Вестник Челябинского государственного педагогического университе­та. – 2009. – № 2. – С. 296–306.

Другие публикации:

  1. Шлёкова, И. Ю. Применение инновационных технологий очи­стки сточных вод на нефтеперерабатывающих предприятиях [Текст] / И. Ю. Шлёкова // Инновационные технологии в педагогике и на про­изводстве: материалы 13 Всероссийской научно-практической кон­ференции молодых ученых и специалистов. – Екатеринбург, 2007. –
    С. 102–104.
  2. Шлёкова, И. Ю. Применение альтернативных методов анализа для контроля качества сточных вод нефтеперерабатывающих предпри­ятий [Текст] / И. Ю. Шлёкова // Общие проблемы мониторинга при­родных экосистем: сборник статей Всероссийской научно-практичес­кой конференции. – Пенза, 2007. – С. 174–177.
  3. Шлёкова, И. Ю. Минимизация техногенного воздействия на гидросферу в промышленных центрах [Текст] / Т. Г. Воробьева,
    И. Ю. Шлёкова // Состояние биосферы и здоровье людей: сборник ста­тей седьмой Международной научно-практической конференции. – Пенза, 2007. – С. 48–51.
  4. Шлёкова, И. Ю. Биосорбция – альтернативный метод очистки промышленных сточных вод [Текст] / Т. Г. Воробьева, И. Ю. Шлёкова // Культура и образование как фактор развития региона: материалы меж­дународной научно-практической конференции. – Ишим, 2008. –
    С. 63–68.
  5. Шлёкова, И. Ю. Повышение экологической эффективности очистки сточных вод на нефтеперерабатывающих предприятиях био­сорбционным методом [Текст] / Т. Г. Воробьева, И. Ю. Шлёкова // Всероссийская научно-практическая конференция студентов и аспи­рантов «Студенты вузов – школе». – Ишим, 2008. – С. 36–38.
  6. Шлёкова, И. Ю. Интенсификация очистки сточных вод нефте­перерабатывающих и нефтехимических предприятий [Текст] /
    И. Ю. Шлёкова // Естественные науки и экология: межвузовский сбор­ник научных трудов. Ежегодник. – Омск, Изд-во ОмГПУ, 2008. –
    Вып. 12. – С. 166–167.
Подписано в печать 14.04.09 Бумага офсетная Печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Формат 6084/16 Ризография Уч.-изд. л. 1,4 Заказ

_______________________________________________

Издательство ГОУ ОмГПУ: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.