Введение к работе
Актуальность проблемы. В индустриальных странах с высоким уровнем развития производства процесс очистки промышленных стоков, как одно из мероприятий охраны природы, приобрел значение проблемы государственной важности. Залповые выбросы сточных вод, сбрасываемые нефтеперерабатывающими и нефтехимическими заводами, предприятиями коксохимии и железнодорожного транспорта, содержат большое количество нефтепродуктов, аммиака, альдегидов, смол, поверхностно-активных веществ (ПАВ), фенолов и других вредных веществ.
-- При попадании их в открытые водоемы изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество растворенного кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека, но и для природы.
Присутствие в стоках высоких концентраций различных загрязнителей создает серьезные трудности как при очистке сточных вод, так и при утилизации образующегося осадка. Для более эффективной очистки сточных вод целесообразно разделять их на потоки с применением локальных (цеховых) очистных сооружений.
В связи с этим разработка установки комплексной очистки локальных сточных вод, которая была бы не только экологически (социально) обоснована, но и экономически оправдана, и включение ее в систему очистных сооружений различных предприятий представляется перспективным и является немаловажным вкладом в решение актуальной проблемы охраны окружающей среды.
Работа проводилась в соответствии с планом межвузовской научно-технической программы П.Т.411 "Технология экологического прогнозирования, мониторинга и рационального природопользования" на 1998 - 2000 г.г. (указание Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации № 747-19 от 22.12.97).
Цель работы. Разработка установки комплексной очистки локальных сточных вод некоторых потоков нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, предприятий коксохимии и железнодорожного транспорта, содержащих нефтепродукты, ПАВ и фенольные соединения.
Основные задачи исследования:
выбор методов иммобилизации микроорганизмов и подбор наиболее подходящего носителя для очистки сточных вод;
поиск путей интенсификации процесса очистки и выбор материалов для снижения органической нагрузки при залповых выбросах;
разработка технологической схемы комплексной очистки локальных сточных вод, содержащих нефтепродукты,1 ПАВ и фенольные соединения;
разработка прикладного программного обеспечения, позволяющего прогнозировать результаты работы установки по комплексной очистке локальных сточных вод.
Научная новизна:
впервые для интенсификации процесса очистки сильнозагрязненных сточных вод разработана композиция, состоящая из гранулированного лоролла-ста и углеродных накотрубок (в соотношении 80:20%масс) (положительное решение по формальной экспертизе от 03.02.2000), позволяющая снизить концентрацию нефтепродукта в 380 раз (при исходной концентрации 2г/л), анионного ПАВ (сульфонол НП-3) - в 362 раза и более, неионогенного ПАВ (ОП-10) - более чем в 40 раз и фенола - почти в 30 раз;
впервые усовершенствован модифицированный метод очистки стоков с высокой концентрацией фенолов (Klibanov et al.) с последующей микробной доочисткой (приоритет по заявке на патент №2000103390 от 10.02.2000), позволяющий снизить концентрацию фенола на 99,97%; '-^
предложен в качестве биофильтра доочистки аэротенк-аэрофильтр с ассоциацией микроорганизмов Fusarium species №56 и Rhodococcus erythropolis АС-1339Д, иммобилизованной на капроновых ершиках, позволяющей произвести доочистку сточных вод от нефтепродуктов на 99,99 %;
разработана установка комплексной очистки локальных сточных вод, содержащих различные концентрации нефтепродуктов, ПАВ и фенолов, включающая следующие основные элементы: фильтр с высокопористым материалом; контактный аппарат с загрузкой из композиции гранулированного поропласта и углеродных нанотрубок; блок фенольной очистки, основанной на усовершенствованном модифицированном методе Klibanov; аэротенк-аэрофильтр с ассоциацией микроорганизмов Fusarium species №56 и Rhodococcus erythropolis AC - 1339Д, иммобилизованной на капроновых ершиках;
разработано прикладное программное обеспечение, осуществляющее прогнозирование результатов работы установки комплексной очистки локальных сточных вод и позволяющее иметь оперативные данные о качестве ведения процесса и принимать решения по регулированию технологического режима очистки (свидетельство №2000610363 от 10 мая 2000г).
Практическая ценность работы:
Практическая ценность работы заключается в разработке новых рекомендаций, способствующих повышению степени очистки высокозагрязненных сточных вод предприятий нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, предприятий коксохимии и железнодорожного транспорта.
Проведенные лабораторные испытания ферментативной очистки сточных вод от фенольных соединений в лаборатории "Охраны окружающей среды" участка ОС ОАО "Оргсшпез" показали высокую эффективность данного метода и возможность включения его в технологический процесс очистки сточных вод.
Проведены опытно-промышленные испытания установки комплексной очистки локальных сточных вод от нефтепродуктов, ПАВ и фенолов на территории очистных сооружений зоны №3 ОАО "Башнефтехим" и территории Уфимского тепловозоремонтного завода, которые показали целесообразность
включения предлагаемой установки в технологический процесс очистки сточных вод.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", посвященной 50-летию УГ-НТУ (Уфа, 1998г); VIII Всероссийской студенческой научной конференции (Екатеринбург, 1998г); V Всероссийской студенческой конференции «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 1998г); 49-й, 50-й, 51-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1998г, 1999г, 2000г); XI Всероссийской конференции по химическим реактивам "РЕАКТИВ-98": Перспективные процессы и продукты малотоннажной химии (Уфа, 1998г); XIII Всероссийской конференции "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии" - "РЕАКТИВ-2000" (Тула - Уфа, 2000г); V Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов. "Нефтехимия-99" (Нижнекамск, 1999г); Международной научно-практической конференции посвященной 425-летию г. Уфы "Сервис Большого Города" (Уфа, 1999г); заочной научно-практической конференции "Биотехнология в ФЦП "Интеграция" (Санкт-Петербург, 1999г); Межрегиональной молодежной научной конференции "СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2000" (Ухта, 2000г.); XXXVIII Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000г).
Публикации. По результатам работы имеется 16 публикаций, в том числе одна статья и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ в Роспатенте.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений, содержащих материалы, подтверждающие практическую значимость полученных результатов. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 14 рисунков, библиографию из 123 наименований и приложения на 32 страницах.