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:
- Исследовать эффективность биосорбционной очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в лабораторных условиях с применением в качестве альтернативного биосорбента коксовой пыли.
- Сравнить эффективность биологической и биосорбционной очистки промышленных сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».
- Изучить особенности биосорбционной очистки сточных вод ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в лабораторных условиях с применением различных сорбентов: альтернативного биосорбента и порошкообразного активного угля (ПАУ).
- 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.
- 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).
- При добавлении различных биосорбентов в систему биологической очистки, работающую в экстремальном режиме, повышается эффективность очистки сточных вод и улучшается состояние активного ила.
- 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:
- 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).
- 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)
- 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).
Рис. 1. Значения ХПК промышленных стоков до и после очистки
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.
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
- 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). - 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). - 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).
- 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. - 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
- Рассмотреть возможность интенсификации биологической очистки стоков ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» биосорбционным способом в экстремальных режимах работы.
- Оценить целесообразность применения альтернативного биосорбента – отхода производства кокса (коксовой пыли) для интенсификации биологической очистки стоков ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ» в аэротенках.
- 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:
- 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:
- 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. - 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.
- 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. - 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. - 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.
- 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 60 84/16 Ризография Уч.-изд. л. 1,4 Заказ |
_______________________________________________
Издательство ГОУ ОмГПУ: 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14
