Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биотехнология очистки сточных вод и газовых выбросов нефтехимического комплекса

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биотехнология очистки сточных вод и газовых выбросов нефтехимического комплекса"

43 ^у На правах рукописи

^^ УДК 576.095.3:628.35

я 0-'

ЯКУШЕВА Ольга Ивановна

БИОТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Казань -1998

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории сточных вод Научно -технологического центра АО Нижнекамскнефтехим.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Р.П. Наумова

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Ф.Г. Куприянова - Ашина доктор технических наук, профессор O.A. Решетник

Институт биологии КНЦ РАН

Защита состоится

на заседании диссертационного Совета К.053.29.19 в Казанском государственном университете по адресу: 420008, Казань,ул.Ленина, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета по адресу: 420008, Казань,ул.Ленина,35. Автореферат разослан Х2 " 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета^

кандидат биологических наук JLpjC/bJi&QiSLh.Н.Аскарова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. К числу важнейших социальных заказов, адресованных современной науке, относится разработка н промышленная реализация биотехнологических основ для решения нестандартных задач охраны окружающей среды от химического загрязнения промышленными отходами и выбросами. Одним из крупнейших нефтехимических предпрнятнй России и Татарстана является Акционерное Общество "Нижнекамскнефте-хим" (АО НКНХ), которое производит в больших объемах нефтехимическую продукцию широкого ассортимента: дивинил, изопрен, бутиловый и изопреновый каучука, стирол, этнлен, пропилен, гликолн, поверхностно -активные вещества и другие продукты. В качестве сырья используются нефть, бензины, пнролизные фракции и другие нефтепродукты и вспомогательные материалы. Производство нефтехимической . продукции неизбежно сопряжено с образованней того или иного количества сточных вод, газовых выбросов и твердых отхода», содержащих сложные сочетания химических загрязнений, специфичных для конкретных производственных комплексов. Это и компоненты исходного нефтяного сырья, в продукты нефтепереработки, и отходы собственно нефтехимии.

В связи с повышением требований к экологизации нефтехимических производств возрастает актуальность исследований, направленных на совершенствование существующих н создание новых экономичных и доступных технологий обезвреживания выбросов.

Среди применяемых методов очистки промышленных стоков биологическая очистка является наиболее распространенной, а на практике в большинстве случаев единственно возможной. Характеризуя сообщества микроорганизмов как мощное орудие современной биотехнологии, Г.А. Заварзин справедливо отметил грандиозность масштабов '' микроб поло га-чссклх про- -изводств по очистке стоков" в сравнении с другими сферами использования микробных сообществ (Заварзин, 1987).

Для современной нефтехимии очень актуальна проблема отрицательного воздействия на воздушный бассейн урбанизированных территорий газовых выбросов, содержащих целый ряд специфичных полшотаншв. В частности, процесс аэробной биологической очветкн сточных вод традиционно осуществляется в открытых резервуарах, что сопряжено с выделением в атмосферу газообразных загрязнений, количество н состав которых зависят как от характера очищаемых сточных вод, так и от состояния очистных сооружений. В составе газе», выделяющихся при очистке промышленных сточных вод, могут присутствовать как летучке органические вещесва, входящие в состав очищаемой жидкости, так н летучие продукты

метаболизма биоценоза, осуществляющего очистку.

Эволюция микрофлоры очистных систем химических и нефтехимических производств определяется особенностями формирования и функционирования биоценоза в условиях стрессовых воздействий токсикантов. Изучение популяционной структуры активного ила, метаболического потенциала и физиологических особенностей доминирующих групп микроорганизмов, выявление организмов с наиболее адекватными деструктивными способностями имеют первостепенное значение при создании базы для управления микробиоценозом очистных систем. В связи с этим, публикации, характеризующие тенденции развития исследований по проблеме обезвреживания отходов нефтехимии (Somerviller, 1985; Eckenfelder, 1988; Hamer et al., 1989; Артюшин с соавт., 1996; Maki et al., 1997), свидетельствуют о необходимости изучения технологического аспекта функционирования очистных систем в сочетании с фундаментальным подходом к их биологической сущности.

Цель и задачи работы Цель настоящей работы - научное обоснование, разработка и внедрение усовершенствованной биотехнологии очистки нефтехимических сточных вод и сопутствующих ей газовых выбросов. Для достижения этой цели предстояло решить следующие задачи:

- Изучить структуру микробиоценоза активного ила биологических очистных сооружений (БОС) АО НКНХ; выявить ее характерные изменения в различных условиях функционирования очистных сооружений.

- Осуществить скрининг доминирующей микрофлоры на флокообра-зующую активность и способность к деструкции основных загрязнений изучаемых сточных вод. Создать банк специализированных штаммов микроорганизмов.

- Используя полученные данные, изучить возможность интенсификации деструктивных процессов и улучшения технологических свойств активного ила промышленных очистных сооружений АО НКНХ.

- Смоделировать усовершенствованный процесс очистки сточных вод в лабораторных условиях.

- Разработать технологию очистки газовых выбросов, образующихся при функционировании БОС АО НКНХ.

- Осуществить авторский надзор за внедрением новой биотехнологии очистки и обезвреживания жидких и газообразных отходов.

Научная новизна Впервые проведенное изучение популяционной структуры микробиоценоза активного ила БОС нефтехимического комплекса выявило ограниченный спектр родовой принадлежности доминирующей микрофлоры, что обусловлено, вероятно, длительным селективным прессом со стороны специфического сочетания устойчивых и токсичных компонентов сточных вод.

Создан банк штаммов микроорганизмов с разносторонним метаболическим потенциалом в отношении компонентов изучаемых сточных вод. У штамма Rhodococcus sp. НК1 выявлено сочетание адекватных метаболических возможностей, флокулирующей активности и токсикотолерангности. Продемонстрирована принципиальная возможность использования данного организма для оценки состояния и прогноза эффективности очистки, а также для интродукции в активный ил с целью активизации деструктивных процессов и управления седиментацией активного ила.

Создана стратегия адекватной коррекции технологии промышленного процесса очистки сточных вод на базе данных о структуре и свойствах микробиоценоза активного ила.

Практическая значимость Результаты данной работы положены в основу исходных данных при создании проекта реконструкции БОС АО НКНХ.

Внедрены в промышленных условиях:

- усовершенствованная биотехнология очистки сточных вод, основанная на создании условий, способствующих реализации метаболического потенциала и флокулирующей активности бактериального сообщества аюШ-ного ила в промышленных очистных сооружениях и на управлении процессом очистки на основе биотестирования;

- биотехнология очистки газовых выбросов, образующихся в процесс^ очистки сточных вод от летучих и токсичных загрязнений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на YII съезде Всесоюзного микробиологического общества (Алма-ата,1985), Всесоюзной конференции "Мониторинг нефти и нефтепродуктов в окружающей среде" (Уфа, 1985), на IV Всесоюзной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов" (Пущино, 1986), 14 Менделеевском съезде по общ. и прикл.химии (Минск, 1989), I Республиканской конференции по интенсификации нефтехимических процессов (Нижнекамск, 1990), Всесоюзном симпозиуме "Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикас-пия" (Оренбург, 1991), Всесоюзной конференции "Биотехнология и биофизика микробных популяций" (Алма-Ата, 1991), II Республиканской конференции по интенсификации нефтехимических процессов (Нижнекамск,

1992), 34th IUPAC Congress "Chemistry for 21 st Century", ( Beijing, China,

1993), 35th IUPAC Congress (Istanbul, Turkey, 19^5), IV Республиканской конференции по интенсификации нефтехимических процессов (Нижнекамск, 1996), Итоговой научной конференции Казанского университета (Казань, 1997).

Публикации . По теме диссертации опубликованы 22 научные работы.

Получены три авторских свидетельства СССР, четыре патента РФ н два ст детельства РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит в введения, обзора литературы, результатов собственных исследований, о£ суждения результатов, выводов, списка использованной литературы, соде; жащего 158 источников, из них 105 работ зарубежных авторов. Работа гс ложена на 120 страницах машинописного текста, иллюстрирована 26 рису» ками и 11 таблицами.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования служили сообщества микроорганизмов актив ного ила промышленных очистных сооружений нефтехимического комплех са.

Пробы изучаемого активного ила отбирали из регенератора промыт ленных очистных сооружений АО "Нижнекамскнефтехим". Выделение ин дивидуальных штаммов микроорганизмов проводили с помощью посева и серийных разведений гомогенизированной иловой жидкости в стерильно] водопроводной воде.

Предпринятый нами анализ структуры иловой микрофлоры был изна чально ориентирован только на ее доминирующие группы: В связи с этап серийные разведения стерильно гомогенизированных иловых проб готовил с таким расчетом, чтобы на агаровых пластинках при посеве из конечны; разведений вырастало в среднем 20-30 колоний. Это позволило в дальней шем идентифицировать все нзоляты из отдельных колоний, без их предвари тельного дифференцирования на основе визуального и микроскопической сопоставления морфологических признаков колоний и клеток.

Бактерии идентифицировали, используя определитель Берги (Ве^еу 1984, 1986) и работы обзорного характера (Б1ашег е1 а1, 1966; РшпеПу 1992).

При изучении свойств штаммов использовали среду (А) следующей состава (г/л водопроводной воды): (Ш^О« -0,5; М^О^'ТШО - О, 25 ИаС1 -0, 125; 2пБ04 - 0,001; СаС12 -2Н20- 0,25; РеС13'6Н20 - 0,01; На2НЮ4 0,8; КН2Р04- 0,2; источник(и) углерода.

Проверку выделенных штаммов бактерий на способность к деструкцш соответствующих соединений проводили культивируя их в течение 6-7 сук» на агаризованиой среде (А), где в качестве единственного источника угле рода и энергии добавлялся один из компонентов стоков и газовых выбросов.

Для изучения флокулирующих свойств штамма Ккойососсив Бр. НК1 культивирование проводили в 0,5 л колбах, содержащих 100 мл среды А прк температуре 18-28 °С, в стационарных условиях и в условиях принудетель-

ной аэрации. Концентрацию биомассы определяли по оптической плотности, соотнесенной с массой сухих клеток по калибровочным графикам. Се-диментационные свойства культур оценивали по удельному седиментацион-ному объему осадка (иловой индекс, мл/г) (Яковлев, 1987) и по индексу флокуляции (Tanaka et al., 1985).

Выделение внеклеточных полимеров проводили осаждением смесью равных объемов холодного (4° С) этанола и ацетона (4° С), после нагревания клеток в 0,8 % растворе NaCl при 100 0 С в течение часа (Shulze, Werner, 1985).

В качестве тест-объекта при определении токсичности сточных вод использовали равноресничную инфузорию Paramecium caudatum, которая входит в состав фауны активных илов биологических очистных сооружений (Якушева с соавт., 1986). Токсичность сточной воды выражали через смертность особей после часовой экспозиции в исследуемой пробе в процентах по отношению к контролю.

Моделирование очистки сточных вод проводили в пилотной установке, с двумя параллельно работающими системами аэротенк-отстойник (контрольная и опытная).

Моделирование очистки газовых выбросов проводили в лабораторных установках с рабочим объемом 2 л (биоскруббер) и 8 л (биофильтр). В качестве насадки в биофильтре использовали древесную щепу, кору, опилки, которые инокулировали используя созданную коллекцию штаммов - деструкторов.

Определение растворенного кислорода в воде проводили на кисло-родомере - Oxi 538 (ФРГ). Концентрацию фенола определяли с 4-амино-антипирином; ХПК - бихроматным методом; БГЖ - стандартным скляночным методом; нефтепродукты - экстракцией с хлороформом (Лурье, 1984).

Органические компоненты анализировали на хроматографе типа ЛХМ-8МД с пламенно-ионизационным детектором. Колонка длиной 3 м, диаметром 3 мм, твердый носитель -изоляционный кирпич фр. 0,16-0,25 мм. Жидкие фазы: Ниплекс А, полиакрилат-6. Газ-носитель - азот, очищенный от органических примесей. Температура термостата колонок - 120 °С, испарителя проб-150 °С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенное нами на протяжении четырехлетнего периода изучение активного ила, очищающего сточные воды нефтехимического комплекса, показало, что в его составе, независимо от сезона года и состояния очистной системы, преобладали палочковидные формы, среди которых 40 - 80 %

составляли граиотрицатсльыые, неспорообразующие, подвижные (условно группа А) или лишенные подвижности (группа Б) бактерии. Другая мажорная (10-35%) ^атегория микроорганизмов (группа В) была представлена грамположительными, неподвижными, неспорообразующими палочками с характерной коринеформной морфологией клеток.

Идентификация доминирующих микроорганизмов выявила очень характерную для изучаемого активного ила популяционную структуру. Группа А состояла из популяций нескольких видов рода Pseudomonas , в группу Б вошли представители рода А cinetobacter, в группу В - Rhodococcus.

С точки зрения формирования представлений о закономерностях длительного функционирования микрофлоры активного ила в специфических условиях БОС АО НКНХ представляет интерес картина динамики бактерий из трех доминирующих родов в ходе 46 - месячного эксперимента. Как видно го рис. 1, содержание доминирующих штаммов составляло от 65 до 90 % от общего числа учтенных бактерий. Количественное соотношение мажорных групп варьировало в широких пределах и независимо от сезона.

3 7 23 27 28 40 Время, месяцы от начала испытаний □ЯЛог/ососсизяр. НК* □ Ас/ле/обас^егврр. щРьеийотопазврр.

Рис. 1. Динамика численности основных представителей микрофлоры активного ила БОС АО НКНХ

В шести из восьми проб активного ила доминирующими оказались бактерии рода Pseudomonas. Совокупности популяций родов Rhodococcus и Acinetobacter варьировали на сопоставимом уровне. Тот факт, что на протяжении четырехлетних испытаний в составе , микробиоценоза устойчиво доминировали представители трех указанных родов, свидетельствует, с одной стороны, о выраженном однонаправленном се-

лективном давлении со стороны характерного комплекса загрязнений сточных вод а с другой стороны об адекватности такого бактериального сообщества специфической экологической ситуации данной очистной системы.

Большинство изолягов, независимо от наличия или отсутствия предшествующей дополнительной адаптации к тем или иным соединениям, обладали свойствами истинных деструкторов, то есть могли утилизировать в чистой культуре большинство испытанных ксенобиотиков в качестве единственного источника углерода и энергии..

Нами создана коллекция из 40 штаммов микроорганизмов, способных утилизировать ароматические соединения, такие как фенол (7 штаммов), бензол (11), толуол (2), этилбензол (2), стирол (4), ацетофенон (11), метилфе-нилкарбинол (3), и 25 штаммов, утилизирующие нециклические соединения: ацето нитрил (3), метилэтилкетон (14), диметил формам ид (8). Большинство деструкторов - это грамотрицательные бактерии. Очевидно, устойчивый дест-рукгорский потенциал доминирующей микрофлоры активного ила сформировался в процессе многолетней эксплуатации очистных сооружений.

В связи с большим практическим значением контроля седиментации активного ила, а также с учетом того, что исследования этой проблемы во многих странах мира показали, что одним из факторов, определяющих способность ила к осаждению, является природа доминирующих микроорганизмов в его составе ( Sezgin, 1982; Chiesa et al., 1985; Chudoba, 1991, Switzenbaum et al., 1992, Forster, 1996), выделяемые штаммы оценивали на наличие флокулирующей способности.

Такой скрининг позволил выявить наиболее высокую флокулирующую активность у одного из основных представителей бактериальной флоры -штамма Rhodococcus sp. НК1. Кстати, способность к флокуляции бактерий рода Rhodococcus показана в ряде работ (Kurane et. al„ 1995; Као, Lin, 1996). Штамм Rhodococcus sp. HK1 сочетал в себе повышенную способность к флокуляции, высокий метаболический потенциал и устойчивость к токсичным загрязнениям (Якушева с соавт. 1987), Такая совокупность свойств у лидирующих в активном иле микроорганизмов закономерна и представляет собой важное селективное преимущество с точки зрения выживания в условиях биотехнологии очистки токсичных сточных вод. Микроорганизмы, растущие в агрегатах, более защищены от воздействий внешней среды таких как химический или физический стресс.

Для более разносторонней оценки биотехнологическогр потенциала Rhodococcus sp. НК1 с точки зрения возможности его использования для коррекции параметров очистки сточных вод, данный штамм был подвергнут

более детальному изучению. О высокой биохнмнческойактиввдстн клеточной массы ЯИосЬсоссиз яр, НК1 свидетельствовало 10-кратное снижение в ее присутствии о&цен загрязненности сточной воды и практически полное разложение нефтепродуктов уже за сутки при исходных показателях; ХГОС 1700 и нефтепродукты 300 шУл (рис. 2).

Рис. 2.

Снижение общей загрязненности сточной воды при ее т кубаи^га с клеточной массой Rhodococcus sp. НК1 при температуре 28 °С, в аэробных усло-вях.

5 с 2

к s

з-

6

2

—■—ХПК,мг/!п

— -А — Нефтепродукты, МП&1

- - ♦ - 'Концентрация клеток,

мг/л

20 30 Время, ч

Эффективная деструкция нефтепродуктов в составе сточных вод означала целесообразность их испытания в качестве органического компонента питательной среды для получения клеточной массы Rhodoobccus spi НК1 в необходимых количествах. Действительно, при росте Rhodococcus sp. НЮ на среде с дизельным топливом (5 г/л) выход биомассы составил около 2.4 г/л, то есть экономический эффект но биомассе составил 48%. Эта способность Rhodococcus sp. НК1 утилизировать нефтепродукты определила выбор питательной среды наоснове доступного сырья - дизельного топлива для получеивя необходимых количеств активной биомассы. Следует отметить, что эффективная утилизация углеводородных субстратов и высокое сродство к ним являются характерной чертой родохокков, большинство из которых принадлежит к К - зшяоппес&м стратегам (Корояелли, Нестерова, 1990, Waituust, Fewsoo, 1994).

-11В процессе изучения факторов, влияющих на флокуляцию клеток Rhodococcus sp. НК1, установили, что она повышается с увеличением возраста популяции: в стационарной фазе роста издекс флокуляцин на 0.05 -ЗЛО сд. выше, чем в стадии активного роста О вероятной роли внеклеточных полимеров в агрегации клеток свидетельствовало сходство зависимо-

гтей индекса флокуляцин и продукции полимеров от возраста культуры. Связь между продукцией внеклеточных полимеров и агрегацией клеток Ihodococcus sp. НК1 соответствует представлениям о полнмерно-аостяковом механизме агрегации клеток данного организма.

Повышение температуры в интервале 18-28 "С я интенсивное встряхи-кшие снижало способность клеточной суспензии к флокуляцин.

Очевидно, структурно-механический фактор устойчивости суспензии шест большое значение для данной системы. Это особенно важно учитывать применительно к биотехнологии очистки сточных вод, когда фдокулы шнвного ила находятся большей частью в условиях гидродинамического пресса, вызванного интенсивной аэрацией, рециркуляцией и перемешиванием. В настоящее время известна принципиальная возможность стимуляции флокулирующей активности микроорганизмов компонентами питательной среды (Kakii et al., 1993). С учетом этого памп было пайдеко, что введение ионов Ca2f в питательную среду, даже в условиях интенсивного пере-«епгнвання, стимулировало флокуляцню.

Для Rhodococcus sp. НК1 мы продемонстрировали возможность натравленного воздействия на способность клеточной суспензии осаждаться, затее сложных зависимостей можно было ожвдать в комплексном непрерывном процессе, каким является биотехнология очистки сточных вод.

При обоснование новой биотехнологии мы использовали в качестве ос-ювопологающего экологический принцип, сущность которого заключалась в »здании благоприятных условий для реализации метаболического потен-дала н флокудидеющсЗ агшввостн бактериального сообщества активного гаа в промышленных очистных сооружениях. С этой целью проводили ста-пястический анализ реальных ситуаций в процессе четырехлетнего функционирования БОС ÄOHKHX с использованием данных по популяцнонда-иу составу биоценоза ахтнвного ила, параметров очистки в характеристик )брзбзтывеиой жидкости. Анализ показал, что седнметационнмс свойства штавного ила взаимосвязаны с его составом, натрузкон по загрязнениям н гемпературой обрабатываемой жидкости. Увеличение количества Rhodococcus sp. НК1 в активном иле сопряжено со снижением илового ии-десез, при этом существует определенное значение содержания родококка 30 % от общего числа учтенных микроорганизмов), выше которого иловой

индекс снижается особенно резко - в два и более раз по сравнению со средними значениями за изученный период (рис. 3). На иловой индекс и содержание ЛАой?ососсм5 5/л НК1 оказывала влияние удельная нагрузка на активный ил по загрязнениям в диапазоне ее реальных величин. Более низким их значениям соответствовали более низкие значения илового индекса и повышенные концентрации Шюс1ососс№ 5/?. НК1.

Рис. 3. Взаимосвязь между содержанием ЛЛог/ососсия яр. НК1 и иловым индексом

о

ьс

. о

ь

о =

о

о

с; ^

700 - г У

600 -

500 -

400 -

300 -

200 -

100 -

0 -

Я2 = 0,8542

4-

+

О 10 20 30 40 Содержание Мюсккоссиз эр. НК1, %

Обнаружена закономерная связь между температурой обрабатываемой жидкости и иловым индексом, а также между температурой и содержанием ЕИос1ососсиз вр. НК1 в составе ила (рис.4). Иловой индекс увеличивался с ростом температуры в интервале от 19 до 27 0 С. Выявлен интервал температур, при котором содержание КЪойососсий лр НК1 наименьшее (26-29 °С), и наибольшее (19-24 °С). Закономерность этой взаимосвязи подтверждается тем, что в случае популяции КЪоАососсих ер. НК1 увеличение температуры в процессе культивирования от 20 до 28° С приводило к ухудшению ее седи-ментационных свойств, а реакция активного ила на неоптимальный диапазон температур выразилась в снижении способности родококков к удержанию в системе и соответствующем увеличении илового индекса. Содержание родококка зависело от возраста активного ила: в старом иле родококка

Рис. 4. Взаимосвязь между температурой сточной воды и содержанием ЯИоёососсиз Бр.НК!

больше, чем в молодом. Повышенному содержанию Ккодососси$ вр. НК1 в активном иле соответствовали высокие (93-95% ) эффекты очистки сточной воды.

С учетом полученных результатов очевидно, что регуляция нагрузок на активный ил, его возраста и температуры обрабатываемой жидкости адекватная "технологическому паспорту" Ккос/ососсия яр. НК1, позволит улучшить седиментационные свойства активного ила и интенсифицировать процесс очистки сточных вод в целом.

Поэтому рассмотренные результаты использовали в качестве исходных данных при создании проекта реконструкции БОС АОНКНХ.

В принципиально новой схеме осуществлено изменение траектории иловых потоков, направленное на ступенчатое снижение концентрации загрязнений и увеличение времени пребывания активного ила в системе: воз-вратный ил циркулирует не только через азротенки, но и через аэрируемые усреднители (Якушева с соав., 19%). Такая схема очистки приближена к режиму вытеснения (создается субстратный градиент по ходу движения иловой суспензии), увеличивает время пребывания активного ила в системе и способствует реализации флокообразующей активности.

Реконструкция БОС АО НКНХ была проведена в 1992 г. Внедрение новой биотехнологии путем изменения схемы иловых потоков, а также снижения температуры обрабатываемой жидкости в среднем с 30 до 26 0 С привело к снижению илового индекса на 50 ед. по сравнению с предшествующим периодом, это позволило значительно стабилизировать процесс очистки, в частности, по интегральному показателю загрязненности (ХПК).

С учетом выявленных закономерностей мы предположили, что в стрессовых ситуациях целесообразно направленное изменение популяционной структуры активного ила БОС. Действительно, в непрерывном лабораторном процессе, в условиях заданного колебания характеристик поступающей на очистку химзагрязненной сточной воды по показателям ХПК и токсичности, внесение в аэротенк клеточной массы КНодососсиь &р. НК1 в количестве 0.52.0 % оказало буферное действие против залповых сбросов и повысило эффективность очистки. Обзор данных литературы показывает, что подобная активизация способности активного ила к хлопьеобразованию возможна за счет введения в его состав специализированных штаммов с повышенной продукцией экзополимеров таких как Асе1оЬас!ег теЖапоИсих, Ме¡Иу1оЬас1епит гЪойеяапит (РоетвсЬтапп й а1.,1991); ИЬойососсиБ егуШгороП 5 N00-1 (Кшапе, 1990, 1994).

Еще-один аспект предпринятой нами экологизации отдельных отраслей нефтехимического комплекса - очистка газовых выбросов.

Исходя из того, что абгазы БОС содержат те же загрязнения , что и очищаемые стоки, для решения поставленной задачи нами была использована созданная ранее коллекция штаммов - деструкторов специфических компонентов сточных вод. Анализ научной и патентной литературы, а также ознакомление с состоянием газоочистки в некоторых странах (Австрия, Германия ) позволили сделать рекомендации по конструкции биофильтра и выбору носителя для иммобилизации предложенного нами комплекса микроорганизмов. Во внедренной при нашем участии очистной системе высокая эффективность очистки достигнута сразу после начала ее эксплуатации, что обусловлено предварительной инокуляцией фильтрующего материала указанным комплексом микроорганизмов.

Эффективность работы биофильтра в системе БОС АО НКНХ контролируется ежедневно путем газохроматографического анализа состава загрязненных и очищенных газов. Четырехлетняя эксплуатация биофильтра продемонстрировала хорошее соответствие между результатами лабораторных экспериментов и эффективностью промышленного биофильтра, степень извлечения по сумме компонентов составила 80-90 % (рис.5) Это позволило более чем на 80 % сократить количество поступающих в воздух

1992 1993 1994 1995 1996

П Бензол О Эт илбенэол И Стирол □ Толуол Время, ГОДЬ

180/

/

И

ш

II

I е-

(В СО

160 140 120 100 80 60 40 20 0

"БН

1992 1993 1994 1995

0 Бензол □Этилбензол В Стирол □ Толуол

1996 ПДК

Время, годы

Рис. 5. Динамика состава газовых выбросов до очистки (А) и после очистки (Б)

загрязнений и оздоровить атмосферу БОС и города Нижнекамска.

>

ВЫВОДЫ '

1. В результате четырехлетнего изучения биоценоза активного ила, очищающего сточные воды комплекса нефтехимических производств,

выявлена характерная для данного активного ила популящюнная структура с ограниченным спектром родовой принадлежности основной микрофлоры. Бактерии из родов Pseudomonas, Acinetobacter и Rhodococcus являются доминирующими "представителями биоценоза активного ила.

2. Создана коллекция из 40 штаммов бактерий - деструкторов основных компонентов сточных вод нефтехимических производств. У одного из основных представителей бактериальной флоры - штамма Rhodococcus sp. НК1 выявлена высокая флокулирующая активность в сочетании с адекватным метаболическим потенциалом и устойчивостью к токсичным загрязнениям.

3. С целью установления взаимосвязи между уровнем загрязненности обрабатываемой жидкости, параметрами ее очистки и популяционной структурой микробиоценоза осуществлен статистический анализ реальных ситуаций в процессе функционирования промышленной очистной системы нефтехимического комплекса. В результате выявлены условия, способствующие развитию микроорганизмов, участвующих в очистке, детоксикации стоков и образовании флокул активного ила.

4. На лабораторном уровне разработана усовершенствованная биотехнология очистки сточных вод, основанная на прогнозе последствий стрессовых воздействий и использовании целенаправленной регуляции седимента-ционных свойств активного ила путем интродукции активной клеточной массы Rhodococcus sp. НК1.

5. С использованием специфического комплекса микроорганизмов - деструкторов создана биотехнология очистки газовых выбросов очистных сооружений, содержащих летучие и токсичные загрязнения.

6. Разработанные биотехнологии положены в основу исходных данных для создания проекта реконструкции промышленной очистной системы, включающей обработку сточных вод, а также газовых выбросов.

7. Внедрение разработанных биотехнологий в условиях Акционерного общества «Нижнекамскнефгехим» привело к улучшению седиментационных свойств активного ила, интенсификации процесса очистки сточных вод и сокращению выбросов токсичных загрязнений в атмосферу.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Якушева О.И., Петров А.М., Маслов А.П., Гиниатуллин И.М., Черепнева И.Е., Идрисова Ф.М., Тугушева Х.Б. Биологический контроль сточных вод производства нефтехимической продукции с применением микробных тест-систем// VII съезд ВМО: Тез. докл. - Алма-Ата,-1985.-T.6-c. 205.

2. Якушева О.И., Ворожейкин А.П., Кичигин В.П., Маслов А.П., Петров

A.М., Наумова Р.П. Работы по интенсификации биологической очистки на основе скрининга на токсичность, биоокисляемостъ и мутагенность сточных вод нефтехимических производств // Всес. конф. "Мониторинг нефти и нефтепродуктов в окружающей среде": Тез. докл.-Уфа, 1985,- с. 155.

3. Якушева О. И., Петров AM, Маслов А.П., Гиннатуллин И.М., Кичигин

B.П., Скрипник Г.З.,. Богоманов А.М, Наумова Р.П. Способ подготовки сточных вод для биологической очистки активным илом // A.C. № 1265152, МКИ4 СССР, С02 F 3/34,- Опубл. 23.10.86, Бюл. 39.

4. Петров А.М., Якушева О.И., Кичигин В.П., Маслов А.П., Идрисова Ф,М, Наумова Р.П. Регуляция очистки сточных вод нефтехимических производств с использованием экспресс - тестов // IV Всес. конф. "Управляемое культивирование микроорганизмов": Тез. докл.- Пущино, 1986, - с. 141.

5. Якушева О.И., Ворожейкин А.П., Наумов A.B., Воронин А.М,. Тугушева Х.Б, Зарипова С.Х., Петров А.М Штамм бактерий Rhodococcus sp., используемый для улучшения структурных и седиментационных свойств активного ила в процессе очистки сточных вод нефтехимического производства // A.C. № 1490957 СССР МКИ 5 С12 N 1/20, С02 F 3/34// (С12 N 1/20, C12R 1:01)- 1987.

5. Якушева О.И., Кичигин В.П., Маслов А.П., Скрипник Г.З., Макаров В.М., Гугушева Х.Б., Идрисова Ф.М., Наумова Р.П. Способ биохимической очистки сточных вод нефтехимического производства // Пат. № 1591389 РФ, ШСИ5 С02 F 3/34// (С02 F 3/34). - 1988.

7. Наумова Р.П., Зарипова С.К., Маслов А.П., Петров А.М., Якушева О.И., ^еливановская С.Ю., Гиниатуллин И.М., Гарусов A.B. Итоги и перспективы »здания биотехнологий очистки промышленных сточных вод // 14 Менде-теевский съезд по общ. и прикл. химии: Реф. докл. и сообщ, - М.,.- 1989.-Г.2. - с. 443.

i. Петров А.М, Маслов А.П., Якушева О.И.,. Ворожейкин А.П, Кичигин З.П.,. Белокуров В.А, Васильев И.М.,. Лучинина Л.Н,. Идрисова Ф.М, Наумова Р.П. Способ предварительной очистки сточных вод, содержащих фенол i Другие ароматические углеводороды // Пат. № 1686799 РФ, МКИ 5 С02 73/34. - Опубл. 27.06.97, Бюл. 18.

Петров А.М., Якушева О.И., Лучинина Л.Н. , Идрисова Ф.М., Каримов ■1.М., Наумова Р.П. Биотехнологические аспекты очистки сточных вод неф --ехимического-производства // I Респ. конф. "Интенсификация нефтехими-юских процессов": Тез. докл. - Нижнекамск, 1990. - с. 76. 10. Петров AM., Якушева О.И., Маслов А.П., Наумова Р.П. Моделирование фоцессов очистки сточных вод микроорганизмами /7 Всес. Симпозиум Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикас-гая": Тез. докл. - Оренбург, 1991.- с. 100.

11. Петров А.М., Якушева О.И., Наумова Р.П. Моделирование процесса очистки промышленных сточных вод // Всесоюзн. конф. "Биотехнологи и биофизика микробных популяций": Тез. докл. - Алма-Ата, 1991. - с 68. t

12. Якушева О.И., Тугушева Х.Б. Изучение возможности биологическо! очистки вентиляционных выносов цеха И-6 завода СКИ -3 № 1 // 2 Рес публ. конф. "Интенсификация нефтехимических процессов": Тез. докл. Нижнекамск,- 1992.-с. 48.

13. Якушева ОЛ, Ворожейкин А.П,. Кнчигин ВД Скрипник Г.З., Лучини на Л.Н,. Идрисова Ф..М., Сидоренко Т.Ф. Способ очистки воздуха от био разлагаемых соединений // A.C. № 1719008 СССР, МКИ5 В OID 3/14, I OID 53/34 - Опубл. 15.03. 92, Бюл. 10.

14. Петров А.М., Якушева О.И., Наумова Р.П. Биологическая очистка сточ ных вод нефтехимического производства // Химия » технология воды. 1992.- Т. 14, Jfe-3. - с. 221-225.

15. Yakusheva О. I., Naumova R.P. Control for petrochemical wasterwate treatment using rapidtests // 34th IUPAC Congress "Chemistry for 21 s Century": Papers-Beijing, China, 1993, p. 257.

16. Янышева ОЛ, Белокуров В.А, Васильев ИМ, Лучнннна JLH., Идрисов; Ф.М. Способ биохимической очистки сточных вод // Пат. № 2051123 -РФ МКИ 6 С02 F 1/52, B01D 19/04.- Опубл. 27.12.95, Бюл. 36 (П).

17. Yakusheva O.I., Tougosheva Н.В. Biotechnology of industrial waste gase: treatment // 35th IUPAC Congress : Abs.- Istanbul, Turkey,- 1995,- Abs. -I, Sec 1-3, p. 176.

18. Якушева О.И., Лучнннна Л.Н. Опыт работы биофильтра для очисти воздушных выбросов на биологических очистных сооружениях АС "Нижнекамскнсфгехим" // IV Респ. конф. "Интенсификация нефтехимиче скнх процессов": Тез. докл. - Нижнекамск,- 19%. - с. 195.

19. Якушева О.И, Васильев RH Мышкцн А.И, Лучнннна Л.Н. Установи очистки производственных концентрированных сточных вод, содержащие летучие органические загрязнения // Полезная модель № 97111090 РФ МКИ6 С02 F 9/00,3/20. - 1997.

20. Якушева О.И, Крупинина Х.Б., Гнльмутдннов Н.Л., Кнреев Ю.А Способ биологической очистки отходящих газов // Пат. № 2083264, МКИ 5 ВО! Е 53/34,53/00,51/10./- Опубл. 10.05.97,Бюд. 19.

21. Якушева О.И., Кичнгнн В.П., Кнреев Ю.А, Новик Ю.В., Лучнннна Л.Н Установка очистки производственных и хозяйственно- бытовых сточных вол // Полезная модель РФ № 4743, МКИ 6 С02 F 9/00. - Опубл. 16.08.97. Бюл. "Полез, модели, пром. образцы", N 8,1997.