Эконовости О компании Издания и
проекты
Авторам Реклама Подписка Контакты Архив Полезные
ссылки
       
 
№3,2007: Управления отходами

<< Содержание номера
<< Архив


[RUS] / [ENG]
Управления отходами
Ю.В. Анфимова. Снижение негативного воздействия станций билогической очистки нефтезягрязненных сточных вод на объекты окружающей среды
В статье рассмотрены методы снижения негативного воздействия станций биологической очистки нефтесодержащих сточных вод на атмосферный воздух и объекты гидросферы. Приведены результаты экспериментальных исследований применения биосорбционного метода для очистки газовых выбросов от одорантов. Рассмотрены методы интенсификации биологической очистки нефтесодержащих сточных вод.

Анализ опыта работы станций биологической очистки нефтезагрязненных сточных вод показал, что они являются источником вторичного загрязнения и оказывают значительное воздействие на объекты окружающей среды. С помощью инструментов экологического менеджмента, были выявлены наиболее важные экологические аспекты, к которым относится  воздействие на атмосферный воздух и объекты гидросферы.
С целью поиска путей снижения негативного воздействия станций биологической очистки на атмосферный воздух и объекты гидросферы, были проведены исследования, направленные на обоснование технологии очистки газовых выбросов от одорантов и повышения эффективности биологической очистки нефтесодержащих сточных вод. Объектом исследования являлась станция биологической очистки одного из предприятий нефтехимического профиля.
Обоснованием для разработки технологии очистки газовых выбросов от дурнопахнущих веществ, образующихся на очистных сооружениях в процессе  деструкции органических примесей, служил качественный и количественный анализ состава эмиссий станций биологической очистки нефтесодержащих сточных. Было установлено, что основными загрязняющими веществами, обладающими низким порогом обнаружения по запаху, в выбросах станций биологической очистки являются бензины и ароматические углеводороды (табл. 1).
Таблица 1
Содержание основных одорантов в газовых выбросах от аэротенков открытого типа 
Наименование вещества Выбросы загрязняющих веществ Предел обнаружения по запаху, мг/м3

г/с мг/м3
Бензины 1,9480 80 49,6*10-6
Толуол 0,6860 28 0,74*10-6
Ксилол 0,1540 6,2 0,75*10-6
Сероводород 0,00056 0,02 7,3*10-3

Большинство существующих физико-химических методов (абсорбция жидкостями, окисление озоном и хлором, скрубирование, дожиг) малоэффективны при очистке больших объемов многокомпонентных газовых выбросов с низким содержанием загрязняющих веществ (на изучаемом объекте на 40 м3 очищенной воды образуется порядка 950 м3 загрязненных газов). Наиболее эффективным медом очистки подобных выбросов  является адсорбционный с использованием активированных углей, но в силу высоких затрат на регенерацию  и утилизацию отработанных сорбентов, применение сорбционных методов очистки газовых выбросов от дурнопахнущих веществ не всегда экономически оправдано. Одним из путей решения этой проблемы является использование биосорбционных процессов. Сочетание процессов сорбции и биологического окисления позволяет достичь постоянного биологического восстановления сорбента и снимает необходимость его регенерации [1,2].
При разработке конструкции биофильтра важным этапом является подбор загрузки, обладающей значительной удельной поверхностью, низкой себестоимостью, низкой слеживаемостью, значительной пористостью и пригодностью для иммобилизации и  развития микроорганизмов [1].
На основании литературных данных и предварительных исследований было установлено:
• предельные и ароматические углеводороды (на долю которых приходится до 76% от общей массы дурнопахнущих веществ в выбросах станций биологической очистки) обладают низкой степенью адсорбции на гидрофильных носителях и достаточно эффективно сорбируются на гидрофобных пористых материалах (активированных углях);
• закрепление и развитие биопленки более эффективно происходит на гидрофильных природных материалах.
Для оптимального совмещения процессов сорбции и биосорбции необходима разработка комбинированной загрузки из гидрофильного и гидрофобного материала. В качестве гидрофильных материалов способных к биообрастанию и являющихся источниками микрофлоры (для инокуляции) были выбраны: торф, отходы лесной промышленности (кора различного срока хранения и опил). В качестве гидрофобных пористых материалов со значительной удельной поверхностью были выбраны: один из отходов производства активированных углей (отсев) и материал, образующийся при пиролизе окорки древесины (недожог).
В таблице 2  представлены физико-химические свойства выбранных материалов.





Таблица 2
Физико-химические свойства загрузочных материалов
Материал Насыпная плотность, г/см3 Гранулометрический состав: размер основной фракции, мм рH водной вытяжки
Недожог 0,24 0,5-1,5 7,5-8,0
Отсев 0,25 0,5-1 5,0
Опил 0,12 1,0-2,0 4,0
Кора 0,11 0,5-1,5 5,5
Торф 0,1 0,9-1,2 4,0

Исследования по изучению сорбционных характеристик материалов проводили на модельной газовой смеси, содержащей гексан и толуол, являющиеся основными компонентами - одорантами газовых выбросов станций биологической очистки нефтесодержащих сточных вод. Очищаемый газовую смесь подавали со скоростью 1 л/ч. Влажность фильтрующего сорбционного материала поддерживали на уровне 65-80 %, что обеспечивало оптимальные условия для развития биопленки на поверхности частичек загрузки и способствовало повышению сорбционной емкости материалов. Контроль процесса осуществляли газохроматографическим методом по концентрации загрязняющих веществ на выходе из сорбционной трубки (отбор проб производили с периодичностью 10-30 минут).
В ходе экспериментальных исследований по изучению сорбционных свойств материалов, без сформированной биопленки, было установлено, что выходные кривые сорбции всех без исключения материалов имели S-образную форму. Вид кривой сорбции на примере загрузки из отсева представлен на рисунке 1.
До формирования биопленки материалы обладали низкими сорбционными свойствами и не обеспечивали приемлемой для ведения технологического процесса сорбционной емкости. Сорбционные характеристики материалов представлены в таблице 3.
С целью формирования биопленки на загрузочных материалах проводилась инокуляции биофильтра микрофлорой, адаптированной к деструкции алифатических и ароматических углеводородов за счет орошения загрузки фильтра активным илом станции биологической очистки нефтесодержащих сточных вод. Наращивание биопленки проводили при чередовании циклов подачи и прекращения подачи газовой смеси на очистку.




Рис.1. Выходные  кривые сорбции загрязняющих компонентов модельной газовой смеси на загрузке из отсева (физическая сорбция, биопленка на поверхности носителя отсутствует)


Таблица 3
Рабочие параметры исследуемых сорбционных материалов биофильтра
Ингредиент Исходная концентра-ция, мг/л Длина работающе-го слоя, см Время защитного действия, мин Время фильтро-цикла, мин Сорбцион-ная емкость слоя, мг/г и мг/см3
Сорбционный материал – недожог
Гексан 0,021 9,39 40 100 0,37/ 0.089
Толуол 0,019 9,45 50 115 0,42/0,1
Сорбционный материал – опил
Гексан 0,021 9,88 25 70 0,49/0.055
Толуол 0,019 9,32 25 65 0,44/ 0,05
Сорбционный материал-торф
Гексан 0,031 13,24 50 215 6,32/0,69
Толуол 0,037 9,34 140 340 12,1/1,33
Сорбционный материал-отсев
Гексан 0,047 9,94 310 820 35,42/4,1
Толуол 0,011 6,3 520 900 9,01/1,1

Проведенные исследования показали, что на первом этапе работы биофильтра извлечение загрязняющих веществ из потока очищаемой газовой смеси осуществлялось за счет процессов физической адсорбции - биологической деструкции органических веществ не происходило, в связи с чем, рабочий цикл сорбента был незначительным и составил 5,3 часа. При проведении повторных циклов происходила постепенная адаптация микрофлоры и формирование биопленки, что привело к резкому повышению сорбционной емкости материала, увеличению времени фильтроцикла и защитного действия слоя биофильтра. Изменение эффективности извлечения загрязняющих компонентов (гексана) при наращивании биопленки на примере комбинированной загрузки «Отсев+Опил+Кора» представлено  на рисунке 2.

Рис.2. Эффективность сорбции гексана комбинированной загрузкой «Отсев+Опил+Кора» на различных этапах формирования биопленки

Длительность периода выхода на рабочий режим биофильтров с различной комбинированной загрузкой отличалась (табл. 4) и зависела от качественного и количественного состава микрофлоры.
Таблица 4
Результаты исследований по биосорбционной очистке газов на многослойных комбинированных загрузках
Тип загрузки Соотно-шение слоев в загрузке Время выхода на рабочий режим, часов Достиг-нутая эффекти-вность очистки Выявленные в процессе испытаний недостатки
Кора+Опил+Отсев 1:  1: 1 520 85% Верхний слой требует периодического рыхления
Опил+Торф+ Отсев 6: 5: 5 680 82% Наблюдалось слеживание загрузки (торфяного слоя), что приводило: к снижению качества очистки, появлению пристеночного эффекта, повышению энергозатрат на подачу загрязненного газа. 
Опил+Недожог 1:1 1020 76% 1. Формирование биопленки происходило медленно
2. Сформировавшаяся биопленка имела незначительную толщину и легко вымывалась при орошении
3. Наблюдался «проскок» загрязняющих веществ за счет пристеночного эффекта

Более интенсивная адаптация микрофлоры и  развитие биопленки наблюдались на загрузке, в состав которой входила кора 15 летнего срока хранения (загрузка «Кора+Опил+Отсев»), что связано с высокой концентрацией автохтонной микрофлоры (порядка 1 млрд. клеток на 1 г. коры) и физико-химическими свойствами материала, обеспечивающими высокое сродство микроорганизмов активного ила (при орошении).
При использовании  данной комбинированной загрузки в процессе очистки модельной газовой смеси не наблюдалось слеживание материала, не происходил «проскок» загрязняющих веществ в результате пристеночного эффекта, что позволило использовать её при разработке конструкции биофильтра.
Разработанная на основе результатов исследования конструкция многослойного биосорбционого  фильтра для очистки газовых выбросов от одорантов представлена рисунке 3.


Рис.3. Конструкция биофильтра для очистки газовых выбросов от одорантов

Применение разработанного биофильтра в практике очистки газовых выбросов позволит достичь эффективности улавливания одорантов порядка 90% при минимальных эксплуатационных затратах. Используемая загрузка не требует регенерации, срок её службы составляет 2-3 года. Отработанные загрузочные материалы могут быть использованы для производства компоста и рекультивации нарушенных территорий.

С этой целью снижения негативного воздействия станций биологической очистки нефтесодержащих сточных вод на объекты гидросферы была проведена оценка целесообразности применения методов  биофлокуляции, биосорбции и иммобилизованных культур для интенсификации биологической очистки сточных вод. На основании результатов экспериментальных исследований было установлено, что наиболее эффективным методом интенсификации является применение  прикрепленной микрофлоры, позволяющий достичь максимального повышения эффективности очистки нефтесодержащих сточных вод.
Метод основан на закреплении на различных носителях микрофлоры, позволяющий повысить устойчивость микроорганизмов к действию физических факторов (рН, температура), токсикантов и антибиотиков, увеличить термостабильность, температурный оптимум реакций, устойчивость к действию залповых нагрузок, что связано с изменением проницаемости клеточной мембраны и увеличением концентрации ионов в полисахаридной пленке [3, 4]. 
Эффективность технологии иммобилизованных культур зависит от подбора носителей и технологических параметров ведения процесса очистки [4].
Исследования по обоснованию носителей проводили с использованием реальных сточных вод на лабораторной установке, состоящей из аэротенка-смесителя и отстойника. Режим работы установки  по основным параметрам (доза ила- 1 г/л, время контакта - 8 ч., концентрация кислорода в аэротенке - 2мг/л) соответствовал  производственным условиям.
На основании литературных данных для иммобилизации микроорганизмов были выбраны следующие носители:
• диатомит (ρ=0,63 г/см3, средний диаметр частиц 0,75 – 1,0 мм);
• недожог (ρ=0,16-0,18 г/см3, размер частиц 0,5-1 мм);
• гранулированный полиэтилен низкого давления (ρ=0,94 г/см3, размер частиц– 1,5 мм);
• гранулированный полиэтилен высокого давления (ρ=0,91 г/см3, размер частиц – 2 мм);
• пластины из фторопласта (ρ=2,12 г/см3размер2х30х30 мм);
• стеклянные трубки (ρ=1,4 г/см3, внешний диаметр 6 мм, длина 55-60 мм);
• пластины из поливинилхлорида (ρ=0,24 г/см3 размер 2х80х20);
• фигурные листы, выполненные из пенополипропилена (ρ=0,08-0,10 г/см3 S=13-15 см2).
Контроль процесса формирования биопленки на поверхности носителя  проводили путем прямого контроля при помощи светового микроскопа, оборудованного цифровой видеокамерой. Оценку повышения активности микрофлоры оценивали по дегидрогеназной активности, изменению ХПК, БПК5, концентрации азотсодержащих веществ в очищенной воде.
Наблюдение за формированием биопленки позволили установить, что максимальное биообрастание наблюдалось при использовании фигурных ершей из полипропилена и гранулированного полиэтилена высокого давления. Слабое биообрастание наблюдалось при использовании недожога и диатомита.
При изучении биообрастаний материалов было установлено, что основными организмами закрепляющимся на поверхности носителей были бактерии рода Zooglea sp. и Pseudomonas sp., инфузории рода Vorticella sp.  Общий вид биобрастания полиэтилена высокого давления представлен на рисунке 4.


Рис.4. Организмы биообрастания на полиэтилене высокого давления

Результаты аналитического контроля процесса деструкции органических загрязняющих веществ (по ХПК) в модельных аэротенках при использовании микрофлоры, закрепленной на различных носителях, представлены на рисунке 5.
Согласно результатам исследования максимальное снижение ХПК (на 45%) наблюдалось при использовании недожога. Из-за отсутствия сформированной биопленки на поверхности данного носителя можно утверждать, что данное снижение связано с физической сорбцией загрязняющих веществ на поверхности носителя, а не с активацией микрофлоры. Данный факт подтвердился результатами исследований, так при многократном использовании материала наблюдалось постепенное снижение эффективности очистки.
При использовании в качестве носителей полиэтилена высокого давления и полипропиленовых ершей эффективность очистки по ХПК возросла на 22,4 и 25,1% соответственно, при этом значительно увеличилась дегидрогеназная активность прикрепленной микрофлоры (при использовании ПВД в 28 раз, при использовании ершей в  10 раз), интенсифицировались процессы нитрификации (эффективность удаления аммонийного азота при использовании ПВД увеличилась на 10 %, при использовании ершей на 29%).



Рис.5. Повышение эффективности деструкции органических соединений (по ХПК) при использовании иммобилизованной  микрофлоры (по сравнению с контролем)

Таким образом, более интенсивно процессы иммобилизации протекают на поверхности полиэтилена высокого давления и полипропиленовых ершей. Анализ технологических аспектов внедрения указанных носителей в практику очистки сточных вод позволил установить:
1. При установке ершей в коридор аэротенка появляется риск образования застойных зон, возникают проблемы связанные с необходимостью периодической отмывки ершей от избыточной биомассы.
2. При использовании полиэтилена высокого давления в качестве свободно плавающего (незакрепленного) носителя микрофлоры возникает проблема отделения носителя от избыточного активного ила во вторичных отстойниках и возврата в начало процесса.
Для решения данной проблемы на основе результатов экспериментальных исследований и литературных данных была разработана конструкция биоротора для интенсификации биологической очистки нефтесодержащих сточных вод (Патент на полезную модель №36375) [5].
Разработанный биоротор (рис. 6), выполнен в виде цилиндра,  погруженного в воду на половину, приводимого в движение при помощи электропривода.  Биоротор заполнен на 50-80 % гранулированной загрузкой – ПВД, зерна которой перемещаются во время вращения, что обеспечивает самоочищение биоротора от избыточной биомассы. Высокая устойчивость к истиранию позволяет использовать гранулированную загрузку в течение длительного срока. За счёт способности к биообрастанию применение гранулированной загрузки позволяет повысить эффективность очистки сточных вод. Изменение размера частиц или зерен гранулированной загрузки позволяет варьировать окислительную мощность устройства.



1-биоротор,
2 - коридор аэротенка.
3 – вал,
4-электропривод, 
5 – сетчатая поверхность биоротора,
6 – лопатки,
7 - секторные модули,
8 - перфорированные перегородки,
9 - гранулированная загрузка.
Рис. 6. Биоротор для биологической очистки нефтесодержащих сточных вод:

На основании комплексных исследований направленных на снижение негативного воздействия станций биологической очистки нефтесодержащих сточных вод установлено:
1. Снижение негативного воздействия дурнопахнущих веществ на атмосферный воздух и здоровье населения может быть достигнуто за  счет применения для очистки газовых выбросов от аэротенков орошаемого биосорбционного фильтра с комбинированной загрузкой, выполненной из отходов лесной и лесохимической промышленности. Внедрение биосорбционного фильтра разработанной конструкции позволит снизить эмиссии загрязняющих веществ на 85-90%.
2. Снижение воздействия на объекты гидросферы станций возможно путем повышения эффективности очистки за счет применения иммобилизованной микрофлоры.
3. Для внедрения метода иммобилизованных культур практику очистки сточных вод в аэротенках открытого типа разработана конструкция боротора использование которого позволит снизить поступление органических загрязняющих веществ на 20-25%, азотсодержащих соединений на 10-30%.



<< Содержание номера
<< Архив

Дата последнего обновления: 10:45:00/02.05.21
   
     
       
 
ИАА "Информ-Экология"


   
     
 
       
 
Министерство природных ресурсов Российской Федерации


   
     
 
       
 
Счётчик


   
     
 
© Designed&Powered by 77mo.ru. 2007. All rights Reserved.