Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка технологии очистки сточных вод от нефтяных загрязнений с использованием иммобилизованных микроорганизмов-биодеструкторов

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии очистки сточных вод от нефтяных загрязнений с использованием иммобилизованных микроорганизмов-биодеструкторов"

На правах рукописи

ргв од

2 2 ЦЕН 7Щ

Копытина Светлана Валентиновна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ-БИОДЕСТРУКТОРОВ

03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000 г.

Работа выполнена в Московском государственном университете инженерной экологии и в Государственном унитарном предприятии «Государственный научно-исследовательский институт синтеза белковых веществ».

Научные руководители:

кандидат технических наук Барбот Владимир Сергеевич

кандидат биологических наук Биттеева Марьям Бекжановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Карпухин Вячеслав Федорович

доктор биологических наук Жариков Геннадий Алексеевич

Ведущее учреждение:

Государственное унитарное предприятие «Мосводосток»

Защита состоится «$>> г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 053.34,13 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., 9).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук /7 И.И. Гусева

НЧЫ .220.Щ2.*/,0

1. Общая характеристика работы Актуальность темы. В связи с повышением требований к качеству очистки сточных вод, сбрасываемых в водоемы рыбохозяйственного назначения, актуальной задачей является практически полное удаление содержащихся в них растворенных и диспергированных нефтепродуктов.

Существующие системы очистки, включающие механические и физико-химические методы, не могут обеспечить достижения ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде (0,05 мг/л). Повышение качества воды теми же методами требует значительных дополнительных затрат. Применение биологической доочистки в комплексе с другими методами позволяет добиться практически полного удаления нефтепродуктов из сточных вод.

Большое количество нефтепродуктов поступает с поверхностными сточными водами. Очистка таких стоков является насущной проблемой, стоящей перед многими промышленными предприятиями.

Таким образом, создание системы очистки, основанной на комплексном применении физических, химических и биологических методов очистки и обеспечивающей достижение ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде, является насущной проблемой.

Перспективным направлением биологической очистки сточных вод является биофильтрация, где в качестве загрузки биофильтра используют биокатализатор с иммобилизованными микроорганизмами.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологии очистки нефтезагрязненных стоков с использованием биокатализатора на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата и аппаратуры для реализации данного процесса.

Для достижения поставленной цели представляется целесообразным решение следующих задач:

• исследование утилизации различными нефтеокисляющими биопрепаратами углеводородов нефти и выбор биопрепарата, отличающегося наибольшей активностью;

• подбор носителей, обеспечивающих иммобилизацию микроорганизмов биопрепарата и обладающих требуемыми эксплуатационными характеристиками;

• исследование кинетики адсорбционной иммобилизации биопрепарата на носителях;

• исследование кинетики утилизации нефтепродуктов биокатализатором в водных средах;

• разработка математической модели процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биофильтре;

• разраб этка конструкции биофильтра с использованием в качестве загрузки иммобилизованного биокатализатора;

• разработка принципиальной технологической схемы очистки нефтезагрязненного поверхностного стока, включающей стадию биологической очистки с использованием биокатализатора;

• разработка конструкции объемного регулярного вазопронового фильтра для предварительной очистки поверхностного стока от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Научная новизна работы. Исследован метод адсорбционной иммобилизации нефтеокисляющего биопрепарата на синтетических полимерных носителях. Определены закономерности адсорбционной иммобилизации микроорганизмов биопрепарата в зависимости от длительности процесса.

Создан биокатализатор на основе нефтеокисляющего биопрепарата «Олеоворин», позволяющий проводить процесс биологической очистки нефтезагрязненных стоков.

Определены кинетические характеристики деструкции нефтепродуктов биокатализатором в водных средах.

Предложена математическая модель процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биофильтре на основе биокатализатора. Решение модели позволяет определять геометрические характеристики биофильтра при заданных параметрах процесса биофильтрацин для достижения ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде. Определены кинетические константы роста биомассы микроорганизмов биопрепарата «Олеоворин».

Предложена методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов, основанная на косвенном измерении концентрации нефтепродуктов в стоке.

Практическая ценность. Предложена технологическая схема очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, включающая предварительную очистку фильтрацией на объемном регулярном фильтре и доочистку стока на биофильтре с использованием биокатализатора.

Разработана конструкция биологического фильтра, в качестве загрузки которого используется биокатализатор на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата.

Разработана конструкция вазопронового фильтра для проведения процесса предварительной очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Секционирование и правильная организация загрузки фильтра обеспечивает равномерную объемную фильтрацию. Определены характеристики и параметры эксплуатации вазопронового фильтра.

Предложенные в работе технологические решения и аппаратурное оформление заложены в проекты очистных сооружений поверхностного стока фирмы «Соркрис» г. Зеленоград, автобазы № 2 МГТС г.Москва, автозаправочной станции фирмы «Крокус» г. Москва. Часть проектов реализована, очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1999 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 47 научно-технической конференции МГАХМ, Москва, 1У97 г.; на II международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств», Москва, 1998 г.; на международной конференции «Инженерная защита окружающей среды», Москва, 1999 г.; на IV международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производства, Москва, 2000 г.; на 13 международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Санкт-Петербург, 2000 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ. Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, приложений и списка литературы, содержащего 95 литературных источника. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 31 рисунок.

2. Содержание работы

Современные методы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами

В обзоре литературы приведены характеристики нефтесодержащих сточных вод. Рассмотрены современные методы очистки нефтезагрязненных стоков и проведен анализ эффективности их применения. На основании литературных данных проведен выбор метода иммобилизации для создания биокатализатора, используемого в процессе очистки нефтезагрязненных сочных вод. Приведены характеристики материалов, используемых в качестве носителей биокатализатора. Приведены характеристики исследуемых в работе нефтеокисляющих биопрепаратов. Рассмотрены существующие конструкции механических и биологических фильтров и сформулированы основные критерии эффективности их работы.

Показана необходимость проведения исследования технологии очистки нефтезагрязненных стоков, обеспечивающей полное удаление нефтепродуктов. Сформулированы цели и задачи работы.

Материалы и методы исследований

1. Показатель эффективности деструкции нефтепродуктов микроорганизмами. В качестве основного показателя эффективности деструкции нефтепродуктов свободными и иммобилизованными микроорганизмами в работе использовали среднюю удельную скорость деструкции углеводородов выражаемую в мгУГВ/ч * г биопрепарата или мгУГВ/ч*г биокаталгаатора. В отличие от других показателей эффективности проводимого процесса, используемых в современных работах по биодеградации нефтезагрязнений в водных средах и почвах, например, доли биодеградации или убыли углеводородов, предлагаемый показатель определяет не только количество окисленных нефтепродуктов, а также учитывает время, потребовавшееся на их деструкцию, и исходное количество свободной биомассы или массу биокаталгаатора.

2. Тестирование нефтеокисляюших биопрепаратов. Тестирование отечественных нефтеокисляющих биопрепаратов «Олеоворшш, «Путидойл» и «Деворойл» заключалось в культивировании биомассы биопрепаратов в колбах на качалке на минеральной среде следующего состава: (N£[4)2804 -Зг/л, КН2Р04 - 6,5 г/л, Г^804х7Н20 - 0,7 г/л; микроэлементы по 12,5 мг/л: Ре804х7Н20, гп804х7Н20, Мп804х5Н20; рН среды 6,8-7,0; с добавлением 2% об. сьфой нефти в трех температурных интервалах 15-17° С, 22-24° С и 32-34° С. По окончании ферментации определяли остаточное общее содержание углеводородов нефти, ароматических углеводородов, смол и асфальтенов.

3. Иммобилизаиия биопрепарата «Олеоворин» на носителях. Иммобилизацию препарата "Олеоворин" проводили методом адсорбции способом нанесения на колонке. Суспензию биопрепарата в концентрации 1

г/л приготавливали в минеральной питательной среде по п.2, куда вносили 1 °/о об жидкого парафина. Контакт клеток с носителем осуществляли в течение 54 ч при температуре 20 °С.

4. Определение кониентраиии иммобилизованной биомассы в биокатализаторе. Для определения концентрации иммобилизованной биомассы биокатализатор высушивали на воздухе при комнатной температуре до постоянного веса и взвешивали на аналитических весах. Удельную концентрацию иммобилизованной биомассы рассчитывали как разницу между массой биокатализатора и массой носителя, отнесенную к массе носителя.

5. Условия проведения экспериментов по биодеградаиии нефтепродуктов в водных средах с использованием биокатализатора. Исследование биодеградации нефтепродуктов биокатализатором проводили в колбах на качалке на 100 мл минеральной среды по п. 2.2., куда вносили по 1 г биокатализатора. В качестве углеродного субстрата использовали: сырую нефть Западносибирского месторождения, нефтяной дистиллят фракции 240375° С, жидкие парафины фракций 200-320° С и 220-360° С. Исходную концентрацию углеводородного субстрата меняли в зависимости от условий эксперимента. Ферментацию проводили при температуре 30-32° С в течение 3 или 5 суток. По завершении ферментации определяли остаточную концентрацию нефтепродуктов в водной среде.

6. Лабораторная установка биологической очистки поверхностного стока. Исследование процесса биологической очистки поверхностного стока проводили в лабораторном биофильтре объемом 6,3 л. Загрузка биофильтра состояла из шести секций, представляющих собой блоки, набранные из вертикально расположенных листов биокатализатора. Через загрузку биофильтра прокачивали модельный сток, содержащий взвешенные вещества в концентрации 6+8 мг/л, нефтепродукты - 2+2,5 мг/л и азот и фосфор - 6-8 мг/л. Исходный сток перед подачей в биофильтр аэрировали в емкости

падающей струей. Парциальное давление кислорода в стоке измеряли при помощи кислородных электродов.

7. Определение концентрации нефтепродуктов в воде. Количественные изменения нефтепродуктов в экспериментах оценивали по сумме экстрагированных хлороформом веществ весовым методом после экстракции их хлороформом, по сумме углеводородов или ароматических углеводородов - методом хроматографии.

8. Лабораторная установка предварительной очистки стока от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Исследования конструкции вазопронового фильтра проводили на лабораторной установке, основным элементом которой являлся филыр объемом 6,3 л. Секционированная набивка фильтра представляла собой блоки, собранные из вертикально расположенных листов вазопрона. Модельный сток, содержащий 500 мг/л взвешенных веществ и 20 мг/л нефтепродуктов, прокачивали через фильтр при помощи насоса. Расход регулировали при помощи крана. В процессе фильтрования следили за изменением потерь напора и качеством фильтрата. Перепад давления в фильтре измеряли при помощи и-образного манометра.

Разработка биокатализатора на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата

1. Выбор нефтеокисляюшего биопрепарата для создания ИБК. По

результатам тестирования трех нефтеокисляющих биопрепаратов для

последующей работы был выбран биопрепарат «Олеоворшш, как

обладающий наибольшей скоростью деструкции нефтепродуктов в воднйй

среде в различных температурных режимах от 15° до 34° С.

Выявлена способность «Олеоворина» окислять более устойчивые к микробному воздействию, чем н-алканы, ароматические углеводороды, составляющие 20-30% сырой нефти, а также смолы и асфальтены, составляющие 2-4% сырой нефти, в интервале 22-34° С.

2. Выбор носителя для создания биокатализатора. Для работы были

выбраны несколько синтетических полимерных материалов различной

формы (табл. 1). Выбор носителя проводили по результатам исследований о

соответствии материалов основным требованиям, предъявляемым к

носителям для создания биокатализатора, используемого для очистки

нефтесодержащих сточных вод:

Материал должен обладать рядом свойств, позволяющих проводить иммобилизацию микроорганизмов.

Материал носителя не должен создавать значительных диффузионных препятствий массообменным процессам.

Носитель должен обладать способностью сорбировать нефтепродукты и таким образом обеспечивать запас энергетического субстрата для микроорганизмов.

Не ситель должен обеспечивать получение биокатализатора в виде, на1 .более удобном в технологическом отношении для использования в процессе очистки сточных вод.

Таблица 1

Биодеструкция нефти биопрепаратом «Олеоворин», иммобилизованным на

различных носителях

Носитель Скорость деструкции нефти, мг/час*см3 биокатализатора

по сумме углеводородов по сумме ароматических углеводородов

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) (нити) 12,92 4,56

Пенополиуретан (губка) 15,40 6,20

Биоразрушаемая композиция ПЭВД (сеточка) 0,73 0,25

Пенополистирол (фракция 3-5 мм) 0,85 0,30

Сипрон (нетканый материал) 8,05 2,90

Вазопрон (нетканый материал) 8,12 3,00

2.1. Иммобилизация биопрепарата «Олеоворин» на носителях. Основным критерием оценки биокатализатора служит физиологическое состояние и

метаболическая активность клеток. Активность основного метаболизма клеток определяли по потреблению углеводородного субстрата (табл. 1). Полученные биокатализаторы обладают высокой активностью и способны утилизировать углеводороды нефти, включая ароматические, с достаточно высокой скоростью. Иммобилизованные клетки в ходе испытаний надежно удерживались носителями, биокатализаторы не теряли своих свойств. Наибольшей скоростью деструкции углеводородов обладают биокатализаторы на основе отхода ПЭВД, пенополиуретана, сипрона и вазопрона.

2.2. Сорбиионные и технологические свойства носителей. Для создания биокатализатора были выбраны материалы сипрон и вазопрон, представляющие собой объемные нетканые материалы. При иммобилизации биопрепарата на эти материалы закрепление клеток происходит на поверхности волокон. Рост биомассы клеток не лимитируется диффузией субстрата внутри носителя к поверхности клеток благодаря волокнистой структуре материала, характеризующейся большим межволоконным пространством. Выбранные материалы обладают высокой способностью сорбировать нефтепродукты. Биокатализаторы на основе этих материалов представляют собой пластины толщиной 1-2 см, высота и ширина которых может варьироваться в зависимости от технологических нужд. Из таких пластин удобно формировать загрузку биофильтра.

Дальнейшую работу проводили на материале вазопрон. 3. Исследование процесса иммобилизации «Олеоворина» на вазопрон. Исследована кинетика иммобилизации биопрепарата «Олеоворин» на вазопрон. В ходе исследования проводили сравнение с кинетикой роста свободной культуры в тех же условиях. Результаты представлены на рис.1.

Клетки микроорганизмов биопрепарата во время лаг-фазы и на первой стадии экспоненциального роста адсорбируются плохо. Завышенные значения концентрации биомассы на носителе в этот период (3-18 ч)

являются результатом того, что определению концентрации биомассы мешало присутствие на носителе углеводородного субстрата, легко адсорбируемого вазопроном. В середине экспоненциальной фазы и в стационарной фазе (после 24 ч культивирования) для клеток характерна максимальная адсорбционная способность. В этот период значения концентрации биомассы на носителе достигают 200 мг биопрепарата/г носителя. Во время фазы отмирания биомассы (после 42 часов культивирования) отсутствие энергетического субстрата, а, следовательно, «голодание» клеток приводило к сильному увеличению адсорбции.

Рисунок 1. Кинетика иммобилизации биопрепарата "Олеоворин" на вазопрон

А ■ Адсорбция биомассы на носителе —■— Рост биомассы в культуральной жидкости ■ ♦ Потребление углеводородного субстрата биомассой

Изучено вымывание клеток биопрепарата и субстратов из биокатализатора. Анализ результатов исследования показал, что кроме клеток микроорганизмов на носителе сорбируются элементы питательной среды и остатки углеводородного субстрата, которые являются запасом питательных веществ, входящих в состав биокатализатора.

Биокатализатор готов к употреблению сразу после завершения процесса иммобилизации. В проведении дополнительных подготовительных операций

перед его использованием, например, высушивании биокатализатора, нет необходимости. Регенерацию биокатализатора, потерявшего активность в процессе работы или после длительного хранения, проводят при культивировании в свежей питательной среде.

4. Биодеградация нефтепродуктов в водных средах с использованием биокатализатора. Показано, что биокатализатор обеспечивает деструкцию углеводородов парафинов, нефти и дизельного топлива при начальной концентрации субстрата в среде до 2 % об. (табл. 2). Причем, с наибольшей скоростью вовлекаются в процесс парафины, а с наименьшей нефть. При этом способность к микробной атаке нефтепродуктов определяется их углеводородным составом.

Таблица 2

Биодеградация различных нефтепродуктов биокатализатором

Вид нефтепродуктов Средняя удельная скорость деградации нефтепродуктов, м г/ч ас* г биокатализатора

Сырая нефть 4,72

Парафин фракции 200-320 °С 13,0

Парафин фракции 220-360 °С 13,82

Дизельное топливо фракции 240-375 °С 5, И

Определены максимальные удельные скорости утилизации нефтепродуктов биокатализатором в условиях различных начальных концентраций, близких к концентрациям нефтепродуктов в поверхностных сточных водах промышленных предприятий. При исходных концентрациях нефтепродуктов в водной среде равных 600, 60 и 30 мг/л средняя удельная скорость деструкции нефтепродуктов составила 2,3; ОД и 0,09 мг/ч*г ИБК соответственно.

Расчетные зависимости процесса биологической очистки нефтезагрязненных сточных вод в биофильтре на основе биокатализатора

Использование биокатализатора, полученного путем иммобилизации

биопрепарата «Олеоворин» на вазопроне, позволило проводить аэробный процесс биологической очистки нефтезагрязненных . сточных вод в погружном биофильтре. При изучении этого процесса получены зависимости, описывающие массоперенос и кинетику потребления субстратов в биофильтре. В ходе исследования биологической очистки основное внимание уделялось изучению влияния концентрации нефтезагрязнений в стоке на этот процесс.

1. Кинетические зависимости процесса биологической очистки сточных вод. Иммобилизованный биопрепарат образует бактериальную пленку на поверхнс тги волокон носителя. Скорость роста микроорганизмов биопленки лимитируется двумя стадиями: 1) диффузией углеводородного субстрата в жидкости к поверхности биопленки; и 2) внутри биопленки к поверхности клетки.

Для математического описания процесса биологической очистки

нефтезагрязненных стоков приняты следующие допущения:

Система находится в установившемся состоянии.

Клетки распределены равномерно по всему объему бактериальной пленки и имеют равную активность.

Кинетика потребления субстрата клетками описывается уравнением Михаэлиса-Ментен.

Бактериальная пленка находится в изотермическом состоянии. Диффузия субстрата в биопленке описывается законом Фика.

Математическое описание потребления субстрата биопленкой в стационарных условиях имеет следующий вид:

'(к2 К,+Б

где 5 - концентрация субстрата; К, - субстратная константа; Д коэффициент молекулярной диффузии в биопленке; ц - скорость утилизации субстрата биомассой; - максимальная скорость утилизации субстрата биомассой; X — концентрация биомассы в биопленке; х - координата нормальная к поверхности биопленки.

Уравнение (1) решали в граничных условиях:

— = 0 при х = Ь, (2); 5 = ^ при Х = 0 (3). с!х

Массоперенос из объема к поверхности биопленки представлен выражением потока субстрата через пограничный диффузионный слой жидкости Ь.

а = = (4)

с1х Ь

где О - коэффициент молекулярной диффузии в жидкости; и 5, -концентрация субстрата в объеме жидкости и на поверхности биопленки соответственно.

Материальный баланс по биомассе выражали следующим уравнением

Ж = г (5) Л Ня

где ц - удельная скорость роста биомассы; - удельная скорость автолиза биомассы; У - экономический коэффициент.

При решении системы уравнений (1) - (5) выделяли следующие задачи: 1)

Расчет интегральной скорости потребления субстрата от его концентрации в

потоке жидкости. 2) Расчет значений концентрации субстрата в потоке

жидкости по высоте биофильтра.

2. Расчет интегральной скорости потребления субстрата биопленкой. Для решения системы уравнений (1)43) использован приближенный способ расчета, в основу которого положено предположение, что для биологической пленки макрокинетические зависимости значительно искажаются.

Искаженная макрокинетическая зависимость О-**) может быть описана уравнением, подобным уравнению Михаэлиса-Ментен:

' К+Э,

где - макрокинетическая субстратная констангга.

Связь между макро- и микрокинетической субстратными константами с достаточно высокой точностью описывается линейным уравнением К'

—= 1 + 0.0175 Ртг • Тогда, уравнение (6) может бьпь записано следующим

образом: сГ =-Ъ^л--(7)

Н' Кх (1 + 0,0115Рт1) +

где Рт = - критерий Дамк&лера. Критерий показывает соотношение

X I

кинетических и диффузионных факторов в процессе биологического окисления нефтепродуктов иммобилизованными клетками и определяет степень искажения макрокинетики.

Поскольку фактически в макрокинетических соотношениях используются концентрации субстратов не на поверхности биопленки, а в основной массе жидкости, имеет место дополнительное искажение макрокинетических уравнений.

Связь для и может быть представлена выражением

£ =_ЧЛ__(8)

К,{ 1 + 0,0175Лп, +0,167^-)+5,

ПТ 2

где ¡у- / - соотношение коэффициентов диффузии в жидкости и биопленке.

3. Расчет значений концентрации субстрата по высоте биофильтра. Для расчета распределения концентрации субстрата по высоте биофильтра движение жидкости в биофильтре рассматривали как систему полного

вытеснения, где перемешивание происходит лишь в каждом поперечном сечении.

Скорость потребления субстрата в данный момент выражается

отношением:--= а X (9)

Л

Подстановка в уравнение (10) выражения для интегральной скорости потребления субстрата (9) и интегрирование уравнения дает выражение для времени пребывания жидкости в биофильтре. Учитывая, что время

пребывания линейно связано с высотой биофильтра т = а ^ , получим:

н=-р

к{\+0ЯП5Рт, +0.167

I \ ' & ) $ )

(10)

Ч„Ха

где Т? - объемный расход; а - площадь сечения биофильтра; Н - высота биофильтра.

Уравнение (11) может быть использовано для нахождения требуемой высоты биофильтра при заданных концентрациях нефтепродуктов в стоке на входе и на выходе из биофильтра. Решение уравнения (11) позволило получить различные виды распределения концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра в зависимости от: 1) исходной концентрации нефтепродуктов в объеме жидкости 5**; 2) объемного расхода Т7. В расчетах использовали значения К5 и цт, полученные экспериментально и равные 1 мг/л и 0,504 сут"1 соответственно.

На рис. 2 представлены результаты расчета распределения концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра в зависимости от исходной концентрации. Заметно снижение интегральной скорости потреблешм субстрата биопленкой на последних участках загрузки биофильтра. Это можно объяснить тем, что концентрация субстрата в жидкости меньше 4 мг/л, т.е. значения искаженной субстратной константы, что и обуславливает изменение скорости потребления субстрата биопленкой.

биофильтра при различных исходных концентрациях нефтепродуктов в стоке.

На рис. 3 показано распределение концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра при различных значениях объемного расхода стока. Из графика видно, скорость потока позволяет регулировать скорость биодеструкции нефтепродуктов биокатализатором.

2.5

О 200 400 600 800 1000 Высота биофильтра, мм

Рисунок 3. Распределение значений концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра при различных значениях объемного расхода.

Показано, что увеличить эффективность деструкции нефтепродуктов в биофильтре не изменяя при этом объемного расхода жидкости можно, снизив скорость фильтрования (рис. 4). Проводить процесс в таких условиях позволяет биофильтр с переменной площадью сечения. При постоянном объемном расходе стока « биофильтре, площадь сечения которого

увеличивается по направлению движения потока, скорость фильтрования снижается и время контакта стока с биокатализатором увеличивается.

Рисунок 4. Распределение значений концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра при различных способах организации загрузки

4. Разработка конструкции биофильтра с использованием биокатализатора. Биофильтр представляет собой фильтрующий элемент, заключенный в корпусе,-Загрузка биофильтра разделена на секции, представляющие собой блок, набранный из вертикально расположенных пластин биокатализатора. Использование биокатализатора позволяет получить загрузку биофильтра с заданными свойствами. Меняя число пластин биокатализатора можно получить требуемую концентрацию биомассы в загрузке. Секционирование загрузки биофильтра позволяет организовывать ее таким образом, что концентрация биомассы в секциях различается по высоте биофильтра. Рассчитаны значения концентрации субстрата по высоте биофильтра в зависимости от характера организации загрузки биофильтра (рис. 5). На графике кривые «обратная» загрузка и «прямая» загрузка получены при расчете моделей биофильтра, в которых значения концентрации биомассы в секциях уменьшались по направлению движения потока и увеличивались, соответственно. Средняя кривая получена путем расчета модели биофильтра, секции которого были сформированы го одинакового числа листов

биокатализатора, равного среднему арифметическому общего числа листов биокатализатора в двух предыдущих вариантах.

О 200 400 600

Высота биофильтра, мм

Рисунок 5 . Распределение значений концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра при различных способах организации загрузки —"Прямой* порядок загрузки —— "Обратный" порядок загрузки » Равномерная загрузка

Анализ графических зависимостей показал, что организация загрузки с

возрастающими значениями концентрации биомассы в секциях по

направлению движения потока позволяет проводить процесс биологической

очистки более эффективно по сравнению с «обратным» порядком

организации загрузки и «равномерной» загрузкой при одной и той же высоте

биофильтра.

Основой для создания биофильтра являлась конструкция вазопронового фильтра. Проведены исследований гидравлических и фильтрующих характеристик загрузки. Результаты представлены в главе V. б. Методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных кониентраииях нефтепродуктов. Изучена кинетика потребления нефтепродуктов биокатализатором в процессе биологической очистки

сточных вод. В ходе работы основное внимание было уделено очистке стоков с низкой исходной концентрацией нефтепродуктов.

Предложен косвенный метод определения концентрации нефтепродуктов, основанный на измерении скорости потребления растворенного кислорода в стоке микроорганизмами биокатализатора.

Материальный баланс по нефтепродуктам и кислородный баланс биофильтра описываются выражениями:

— (11) Л

^ = -^ХУ-РС^ (12)

где С" и С" - концентрация растворенного кислорода в стоке на входе и на выходе го биофильтра соответственно; Ч.ог~ средняя удельная скорость потребления кислорода микроорганизмами.

(1С ¿Б

В установившемся состоянии — = — — о • (13)

Л Л

Количество кислорода, требуемое для окислешм определенного количества субстрата, может быть рассчитано из уравнения:

Я ог=аТ, (14)

где а=3,4 мг02/мг нефтепродуктов - константа потребности в кислороде. Подставляя уравнения (12) и (13) в (15) и переписывая его для

получим: = - ^--—(15)

а

Концентрацию растворенного кислорода рассчитывали по уравнению С=Н-Р, где Я - постоянная Генри, используя значения парциального давления кислорода в воде р, полученные экспериме1ггально. Уравнение (16) позволяет рассчитать концентрацию нефтепродуктов в стоке на любом участке биофильтра, если известна концентрация растворенного кислорода в воде. По экспериментальным данным построены кривые

распределения концентрации кислорода и концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра. Анализ графических зависимостей показал, что концентрация растворенного кислорода по всей высоте биофильтра имела значения, соответствующие требуемому уровню для окисления нефтепродуктов с текущей концентрацией. Таким образом, при очистке низкоконцентрированного нефтезагрязненного стока введения дополнительных источников аэрации не требуется, а достаточно аэрации исходного стока на входе в биофильтр.

Принципиальная технологическая схема очистки нефтезагрязненных сточных вод

анная глава работы посвящена разработке принципиальной технологической схемы очистки нефтезагрязненных сточных вод на примере поверхностного нефтезагрязненного стока. Эффективность процесса очистки поверхностного стока достигается путем применения комплексной обработки, что позволяет обеспечить достижение требований ПДК. Технология очистки предусматривает использование в очистных сооружениях аккумулирующей емкости, выполняющей функцию песколовки. Система очистки включает на стадии предварительной очистки тонкослойный отстойник и фильтр грубой очистки, который представляет собой трехсекционный блок вазопроновых фильтров. Доочистка поверхностного стока осуществляется на биофильтре с использованием биокатализатора. Технологической схемой предусматривается выгрузка, и получение осадка и нефтешламов в удобном для дальнейшей переработки виде.

Проведены исследования процесса предварительной очистки нефтезагрязненного поверхностного стока, а именно стадии фильтрации. Разработана конструкция объемного регулярного фильтра, Предназначенного для улавливания взвешенных веществ и нефтепродуктов.

1. Разработка конструкции регулярного вазопронового фильтра. Объемный вазопроновый фильтр представляет собой фильтрующий элемент, заключенный в металлическом корпусе. Фильтрующая загрузка разделена на три секции, набранные из вертикально расположенных листов вазопрона. Конструкцией предусматривается устройство для предохранения материала от деформации.

Основными отличиями разработанной конструкции являются регулярное расположение фильтрующего материала в корпусе фильтра и различие секций по плотности набивки. Таким образом, очищаемый сток сначала проходит секции с меньшей плотностью набивки, где задерживаются крупные фракции осадка, а затем - с большей, где улавливаются мелкие фракции. Такая конструкция обеспечивает объемную фильтрацию с равномерным распределением осадка по всему объему фильтрующей загрузки.

Проведено сравнительное исследование работы вазопронового фильтра и объемных фильтров известных конструкций на лабораторной установке. Установлено, что наименьший рост гидравлического сопротивления, и, следовательно, большую продолжительность фильтроцикла, обеспечивает фильтр с секционированной неоднородной загрузкой.

Исследована возможность интенсификации процесса фильтрации путем предварительной реагентной обработки очищаемого стока и организацией дополнительных фильтрующих слоев в загрузке фильтра. Установлено, что интенсификация работы секционированного фильтра исследованными методами, хотя и приводит к некоторому увеличению эффективности работы, но при этом значительно увеличивает гидравлическое сопротивление фильтра и снижает длительность фильтрационного цикла. Кроме того, введение дополнительных насыпных слоев, расположенных внутри фильтра, затрудняет его регенерацию.

1.2. Исследование оптимальной плотности набивки вазопронового фильтра и биофильтра. Произведен экспериментальный подбор оптимальной плотности набивки секций фильтра исходя из условия равномерного прироста гидравлического сопротивления в секциях, таким образом, чтобы задержание зягрязнений и накопление осадка осуществлялось равномерно по всему объему фильтра. Для оценки гидравлического сопротивления в секциях фильтра использовали параметр, называемый прирост потерь напора во времени И,. Результаты экспериментов представлены на рис. 7, 8.

фильтра.

Рисунок 8. Рост гидравлического • сопротивления фильтров с различной организацией загрузки. < Фильтр №1 —А:— Фильтр №3 ■ Фильтр №2 X Фильтр №4 Показано, что загрузка фильтра №4 подобрана таким образом, что

обеспечивается равномерное задержание загрязнеиний всем объемом фильтра

и невысокое гидравлическое сопротивление. Чрезмерная неоднородность

слоев набивки в других фильтрах приводила либо к интенсивному росту

потерь напора в какой либо одной секции, либо к «выпадению» секции из

работы. При этом значения эффекта очистки стока для исследованных

фильтрующих загрузок приблизительно одинаковы и равны 90-95%.

Плотность набивки секций фильтра № 4 составляет в кг/м3: 3,7; 4,3; 4,9; 5,4;

6,0; 6,3.

2. Определение параметров эксплуатации регулярного вазопронового фильтра. Проведено исследование работы фильтра в трех различных гидравлических режимах, по результатам которого определена допустимая скорость фильтрования для вазопроновго фильтра, значения которой находятся в пределах от 3-20 м/ч.

Длительность фильтроцикла определяли по времени достижения предельного значения гидравлического сопротивления в загрузке, которое для вазопронового фильтра, устанавливаемого в очистных сооружениях поверхностного стока, составляет 200 мм. Грязеемкость объемного регулярного вазопронового фильтра составляет 250 кг/м3, длительность фильтроцикла -116ч.

Проведено исследование регенерации фильтра, которую осуществляли промывкой обратным потоком интенсивностью в 2-3 раза большей рабочего расхода и температурой 30-33 °С. Показано, что целесообразным является проведение регенерации фильтра в «ступенчатом» режиме обратной промывки с продолжительностью каждой ступени около 1 минуты. Конструкция фильтра позволяет максимально облегчить процесс регенерации.

3. Выводы и основные результаты

1. Разработана методика адсорбционной иммобилизации нефтеокисляющего биопрепарата «Олеоворин» на синтетические полимерные носители. Установлена высокая способность к иммобилизации биопрепарата «Олеоворин» на синтетических полимерных носителях.

2. Получен биокатализатор на основе нетканого материала вазопрон и биопрепарата «Олеоворин» с высокой концентрацией биомассы на носителе.

3. Исследована кинетика деструкции различных нефтепродуктов биокатализатором в водных средах. Получены высокие удельные скорости деструкции углеводородов биокатализатором.

4. Построена математическая модель процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биологическом фильтре на основе биокатализатора. Модель позволяет рассчитать технологические характеристики и конструктивные размеры биофильтра.

5. Показано, что эффективность процесса биофильтрации зависит от исходной концентрации нефтепродуктов в стоке, объемного расхода и способа организации загрузки биофильтра. Установлено, что биофильтр с секционированной загрузкой с возрастающей концентрацией биомассы в секциях по направлению движения потока обеспечивает наиболее эффективную очистку нефтезагрязненного стока.

6. Предложена методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов, основанная на измерении скорости потребления растворенного кислорода в воде микроорганизмами биокатализатора и расчете концентрации нефтепродуктов в стоке.

7. Разработана конструкция биофильтра, секционированная загрузка которого обеспечивает наилучшие условия для деградации нефтезагрязнений, обеспечивает невысокое гидравлическое сопротивление биофильтра и легкую регенерацию.

8. Разработана принципиальная технологическая схема очистки поверхностного нефтезагрязненного стока, основанная на его комплексной обработке и включающая предварительную очистку отстаиванием и фильтрацией и доочистку на биофильтре с использованием биокатализатора.

9. Разработана конструкция объемного вазопронового фильтра, основными отличиями которого являются регулярное расположение фильтрующего материала и различие секций по плотности набивки. Определены оптимальные параметры работы фильтра.

10. Предложенные технологические и аппаратурные решения использованы в проектах очистных сооружений поверхностного стока фирмы «Соркрис» г. Зеленоград, автобазы № 2 МГТС г.Москва, автозаправочной станции фирмы «Крокус» г. Москва. Часть проектов реализована, очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1999 г.

4. Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах

1. Копытина C.B., Цупрун К.М., Бирюков В.В., Битгеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Барбот B.C. Применение иммобилизованных культур для очистки от нефти и нефтепродуктов //Труды МГАХМ. Вып. 1: Тез. докл. 47 научно-технич. конф. - Москва, 1997. - с.23-24.

2. Копытина C.B., Барбот B.C. Биологическая очистка нефтезагрязненных сточных вод в эрлифтном биореакторе с использованием биопрепарата, иммобилизованного на носителе // Труды МГАХМ. Выпуск 1: Тез. докл. 47 научно-технич. конф. - Москва, 1997. - с. 63.

3. Копытина C.B., Барбот B.C., Битгеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Макеев П.П. Исследование работы биофильтра для очистки йоверхностных стоков, загрязненных нефтепродуктами // Инженерная защита окружающей среды: Тез. докл. Междун. конф. - М: МГУИЭ, 1999. - с. 88-89.

4. Копытина C.B., Барбот B.C. Испытания вазопронового фильтра для очистки ливневых стоков, загрязненных нефтепродуктами // Тез. докл. II междунар. симпозиума «Техника и технология экологически чистых производств» - М. 1998.

5. Копытина C.B., Барбот B.C., Битгеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Бирюков В.В. Очистка нефтезагрязненных сточных вод при помощи иммобилизованного биокатализатора II Химическое и нефтегазовое машиностроение. № 2 - М., 1999.

6. Копытина C.B., Барбот B.C. Кинетика процесса биологической очистки поверхностных стоков // Математические методы в технике и технологиях: Тез. докл. 13 Межунар^йаучн. конф. - Санкт-Петербург, 2000.-с. 174-175.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Копытина, Светлана Валентиновна

Основные обозначения.б

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Современные методы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.Ю

1.1. Состав нефтесодержащих стоков, ПДК загрязняющих веществ.

1.2. Способы очистки нефтесодержащих стоков.

1.2.1. Механическая очистка.

1.2.2. Физико-химические методы очистки сточных вод.

1.2.3. Мембранные методы.

1.2.3. Биохимическая очистка.

1.3. Системы очистки поверхностного нефтезагрязненного стока.

1.4. Конструкции фильтров.

1.5. Конструкции биофильтров.

1.6. Применение биопрепаратов для очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.

1.7. Иммобилизованные биопрепараты.

1.7.1. Химические методы иммобилизации клеток.

1.7.2. Физические методы иммобилизации клеток.

1.7.2.1. Клетки, включенные в матрицу геля.

1.7.2.2. Адсорбированные клетки микроорганизмов.

1.7.2.2.1. Виды и свойства адсорбентов.

1.7.2.2.2. Приемы адсорбционной иммобилизации клеток микроорганизмов.

1.8. Применение биокатализаторов для очистки нефтезагрязненных сточных вод.

1.9. ВЫВОДЫ.

Глава II Материалы и методы экспериментальных исследований.

2.1. Показатель эффективности деструкции нефтепродуктов микроорганизмами.

2.2. Тестирование нефтеокисляющих биопрепаратов.

2.3. Иммобилизация биопрепарата «Олеоворин» на носителях.

2.4. Определение величины адсорбции микроорганизмов.

2.5. Культивирование биопрепарата «Олеоворин».

2.6. Условия проведения экспериментов по биодеградации нефтепродуктов в водных средах с использованием биокатализатора.

2.7. Исследование вымывания клеток микроорганизмов и субстратов из биокатализатора.

2.8. Лабораторная установка биологической очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.

2.9. Определение концентрации биомассы в культуральной жидкости.

2.10. Определение концентрации нефтепродуктов в воде.

2.11. Определение концентрации взвешенных веществ в воде.

2.12. Лабораторная установка очистки стока от взвешенных веществ и нефтепродуктов.

Глава III. Разработка биокатализатора на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата.

3.1. Выбор нефтеокисляющего биопрепарата для создания биокатализатора.

3.2. Выбор носителя для создания биокатализатора.

3.2.1. Иммобилизация биопрепарата «Олеоворин» на носителях.

3.2.2. Сорбционные и технологические свойства носителей.

3.3. Исследование процесса иммобилизации «Олеоворина» на вазопрон

3.4. Биодеградация нефтепродуктов в водных средах с использованием биокатализатора.

3.5. Выводы.

Глава IV. Расчетные зависимости процесса биологической очистки нефтезагрязненных сточных вод в биофильтре на основе биокатализатора.

4.1. Кинетические зависимости процесса биологической очистки сточных вод.

4.2. Определение субстратной константы и максимальной скорости утилизации субстрата биомассой.

4.3. Расчет интегральной скорости потребления субстрата биопленкой

4.4. Расчет значений концентрации нефтепродуктов по высоте биофильтра.

4.5. Разработка конструкции биофильтра с использованием биокатализатора.

4.6. Влияние характера организации загрузки биофильтра на скорость биодеградации субстрата.

4.7. Методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов.

4.8. Выводы.

Глава V. Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами.

5.1. Разработка конструкции регулярного вазопронового фильтра.

5.1.1. Исследование различных способов организации фильтрующей загрузки.

5.1.2. Исследование оптимальной плотности набивки вазопронового фильтра и биофильтра.

5.2. Определение параметров эксплуатации регулярного вазопронового фильтра.

5.3. Исследование регенерации вазопронового фильтра.

5.4. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Разработка технологии очистки сточных вод от нефтяных загрязнений с использованием иммобилизованных микроорганизмов-биодеструкторов"

В связи с повышением требований к качеству очистки сточных вод, сбрасываемых в водоемы рыбохозяйственного назначения, актуальной задачей является практически полное удаление содержащихся в них растворенных и диспергированных нефтепродуктов.

Существующие системы очистки, включающие механические и физико-химические методы, не могут обеспечить достижения ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде (0,05 мг/л). Повышение качества воды теми же методами требует значительных дополнительных затрат. Применение биологической доочистки в комплексе с другими методами позволяет добиться практически полного удаления нефтепродуктов из сточных вод.

Большое количество нефтепродуктов поступает с поверхностными сточными водами. Очистка таких стоков является насущной проблемой, стоящей перед многими промышленными предприятиями.

Таким образом, создание системы очистки, основанной на комплексном применении физических, химических и биологических методов очистки и обеспечивающей достижение ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде, является насущной проблемой.

Целью настоящей работы является разработка технологии очистки стоков, загрязненных нефтепродуктами, с использованием биокатализатора на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата и аппаратуры для реализации данного процесса.

Для достижения поставленной цели представляется целесообразным решение следующих задач:

• исследование утилизации различными нефтеокисляющими биопрепаратами углеводородов нефти и выбор биопрепарата, отличающегося наибольшей активностью; 9

• подбор носителей, обеспечивающих иммобилизацию микроорганизмов биопрепарата и обладающих требуемыми эксплуатационными характеристиками;

• исследование кинетики адсорбционной иммобилизации биопрепарата на носителях;

• исследование кинетики утилизации нефтепродуктов биокатализатором в водных средах;

• разработка математической модели процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биофильтре;

• разработка конструкции биофильтра с использованием в качестве загрузки иммобилизованного биокатализатора;

• разработка принципиальной технологической схемы очистки нефте-загрязненного поверхностного стока, включающей стадию биологической очистки с использованием биокатализатора;

• разработка конструкции объемного регулярного вазопронового фильтра для предварительной очистки поверхностного стока от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

• Разработка биокатализатора на основе иммобилизованного нефтео-кисляющего биопрепарата «Олеоворин».

• Результаты исследования кинетики адсорбционной иммобилизации биопрепарата на носителях.

• Результаты исследования кинетики утилизации нефтепродуктов биокатализатором в водных средах.

• Математическая модель процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биофильтре.

• Методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов.

10

• Конструкция биофильтра с использованием в качестве загрузки биокатализатора на основе нефтеокисляющего биопрепарата «Оле-оворин».

• Принципиальная технологическая схема очистки нефтезагрязнен-ного поверхностного стока, включающую стадию биологической очистки с использованием биокатализатора.

• Конструкция объемного регулярного вазопронового фильтра для предварительной очистки поверхностного стока от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Научная новизна работы

Исследован метод адсорбционной иммобилизации нефтеокисляющего биопрепарата на синтетических полимерных носителях. Определены закономерности адсорбционной иммобилизации микроорганизмов биопрепарата в зависимости от длительности процесса.

Создан биокатализатор на основе нефтеокисляющего биопрепарата «Олеоворин», позволяющий проводить процесс биологической очистки нефтезагрязненных стоков.

Определены кинетические характеристики деструкции нефтепродуктов биокатализатором в водных средах.

Предложена математическая модель процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биофильтре на основе биокатализатора. Решение модели позволяет определять геометрические характеристики биофильтра при заданных параметрах процесса биофильтрации для достижения ПДК по нефтепродуктам в очищенной воде. Определены кинетические константы роста биомассы микроорганизмов биопрепарата «Олеоворин».

Предложена методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов, основанная на косвенном измерении концентрации нефтепродуктов в стоке.

11

Научно-практическая значимость работы

Предложена технологическая схема очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, включающая предварительную очистку фильтрацией на объемном регулярном фильтре и доочистку стока на биофильтре с использованием биокатализатора.

Разработана конструкция биологического фильтра, в качестве загрузки которого используется биокатализатор на основе иммобилизованного нефтеокисляющего биопрепарата.

Разработана конструкция вазопронового фильтра для проведения процесса предварительной очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Секционирование и правильная организация загрузки фильтра обеспечивает равномерную объемную фильтрацию. Определены характеристики и параметры эксплуатации вазопронового фильтра.

Предложенные в работе технологические решения и аппаратурное оформление заложены в проекты очистных сооружений поверхностного стока фирмы «Соркрис» г. Зеленоград, автобазы № 2 МГТС г.Москва, автозаправочной станции фирмы «Крокус» г. Москва. Часть проектов реализована, очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1999 г.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, приложений и списка литературы, содержащего 96 литературных источника. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 31 рисунок.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Копытина, Светлана Валентиновна

VI. Общие выводы и основные результаты работы

1. Разработана методика адсорбционной иммобилизации нефтеокисляю-щего биопрепарата «Олеоворин» на синтетические полимерные носители. Установлена высокая способность к иммобилизации биопрепарата «Олеоворин» на синтетических полимерных носителях.

2. Получен биокатализатор на основе нетканого материала вазопрон и биопрепарата «Олеоворин» с высокой концентрацией биомассы на носителе.

3. Исследована кинетика деструкции различных нефтепродуктов биокатализатором в водных средах. Получены высокие удельные скорости деструкции углеводородов биокатализатором.

4. Построена математическая модель процесса биологической очистки нефтезагрязненных стоков в биологическом фильтре на основе биокатализатора. Модель позволяет рассчитать технологические характеристики и конструктивные размеры биофильтра.

5. Показано, что эффективность процесса биофильтрации зависит от исходной концентрации нефтепродуктов в стоке, объемного расхода и способа организации загрузки биофильтра. Установлено, что биофильтр с секционированной загрузкой с возрастающей концентрацией биомассы в секциях по направлению движения потока обеспечивает наиболее эффективную очистку нефтезагрязненного стока.

6. Предложена методика определения эффективности работы биофильтра при низких исходных концентрациях нефтепродуктов, основанная на измерении скорости потребления растворенного кислорода в воде микроорганизмами биокатализатора и расчете концентрации нефтепродуктов в стоке.

7. Разработана конструкция биофильтра, секционированная загрузка которого обеспечивает наилучшие условия для деградации нефтезагрязне

114

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Копытина, Светлана Валентиновна, Москва

1. Кузубова Л.И., Морозов C.B. Очистка нефтесодержащих сточных вод. Новосибирск, 1992. - 71с.

2. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л.: Недра, 1983. - 263с.

3. Временные рекомендации по проектированию сооружений для очистки поверхностного стока с территории промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты. М.:ВНИИ «ВОДГЕО», 1983.

4. Под ред. Яковлева C.B. Очистка нефтесодержащих сточных вод. -М.: Знание. 1973.

5. Евзельман И.Б., Косолапова Н.В. и др. Способ очистки поверхностного стока от взвешенных веществ и нефтепродуктов// Патент РФ №2078049, БИ№10,1997.

6. Наедкин В.В., Нистратов Ю.А. и др. Способ очистки воды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов// Патент РФ №2079444, БИ №14, 1997.

7. Алексеев В.И. Фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод.// Водоснабжение и санитарная техника. 1992. - №10.

8. Лынкина Ж.К., Одинец Т.С., Правошинский И.А. Оценка эффективности очистки дождевого стока и талых вод при фильтровании через аглопирит// Водоотведение и оценка качества поверхностных вод. -М.:Наука и техника, 1983. 161с.

9. Хайдин П.И., Роев Г.А., Яковлев Е.И. Современные методы очистки нефтесодержащих сточных вод. М.: ВНИИЭНГ, 1990.

10. Ю.Яковлев C.B., Воронов Ю.В. Биологические фильтры. М.: Строй-издат, 1975. - 136с.

11. П.Никоненко В.У., Чеховская Т.П., Федорик С.М. Биологическая деструкция фенола, формальдегида и нефтепродуктов в промышленных сточных водах.// Химия и технология воды. 1993. - т.5, №5.115

12. Андреев С.Ю., Федосеев JIM. О новых принципах доочистки сточных вод. //Материалы научно-практической конференции «Современные методы очистки сточных вод и утилизации осадков». Пенза, 1996.

13. Янкевич М.И., Шамолина И.И., Биттеева М.Б. и др. Способ очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов// Патент РФ № 2063386, БИ №19, 1996.

14. Н.Трифонова Т.В., Трифонова М.Е., Агапова Н.С. и др. Способ биологической очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений// Патент РФ №2083508, БИ №19, 1997.

15. Петров A.M., Маслов А.П., Якушева О.И. и др. Способ предварительной очистки сточных вод, содержащих фенол и ароматические углеводороды// Патент РФ №1686799, БИ №18,1997.

16. Arica M.Y. Construction of a bioreactor for the degradation of a carbonate pesticide. /Я8ЕВ'97 Meeting bioremediation, 1997.

17. Branyik T. Polyurethane as immobilization material for phenol degradation.//ISEB'97-Meeting bioremediation, 1997.

18. Яблокова M.А. и др. Установка для очистки сточных вод иммобилизованными микроорганизмами// A.c. №1574547, БИ №24, 1990.

19. Ненашева М.Н., Цинберг М.Б., Гвоздяк П.И. Способ очистки воды// Патент РФ №2067083, БИ №27, 1996.

20. Мурзаков Г.Б., Биттеева М.Б., Морщакова Г.Н. Биотехнология очистки нефтезагрязненных территорий: Обзорн. информ. М.: НИИСЭНТИ, 1992. - Вып. 3 - 36 с.

21. Pritchard Р.Н., Costa Ch.F. // Eviron. Sei. and Techniligy. 1991. - V. 25.-№3.

22. Kopp-Holturesche, Bettina// Biotechnology Forum Europe. 1992. -V.9. - № 6. - p. 366-368.116

23. Трифонова Т.В., Трифонова М.Е., Агапова Н.С. и т.д. Способ биологической очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений// Патент РФ №2083508, БИ №19, 1997.

24. Баратин В.И., Лемехов А.В., Петров JI.H. Препарат для биодеградации нефтепродуктов// Патент РФ №95118599/13, БИ №12, 1998.

25. S.M. Suprun. Application of hydrocarbon oxidative micromycets for the oil polluted soils purification.// ISEB'97 Meeting bioremediation.1997

26. Патент Японии 880907A2, 281523.

27. Под ред. Егорова Н.С. Промышленная микробиология. М.: Высш. школа. - 1989.- с. 688.

28. Синицин А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И., Спасов С.Д. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. М.: Изд-во МГУ. - 1994 -с,288.

29. Branyik Т. Polyurethane as immobilization material for phenol degradation. .// ISEB'97 Meeting bioremediation.1997

30. А.с. №1574547 (Россия)// БИ №24, 1990.

31. A.C. №1623982 (Россия)// БИ №4, 1991.

32. Рыбникова В.И., Тетакаева Е.А. Способ биохимической очистки сточных вод// Патент РФ №961064440/25, БИ №21, 1998.

33. Берке Ф., Кордоне Ж. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. М.:Химия.- 1997. - 288 с.

34. Гребцов В.А., Тройнин В.Е., Котов В.В., Цыков П.А. Установка для двухступенчатой биологической очитки сточных вод// А.с. № 4917888/26 (Россия), БИ №2, 1993.

35. A.J.Smith. Improvements in biological aerated filters// Патент №9619933.6 (UK).

36. A.J. McDonald. Biological treatment of effluent// Патент №9108645.4 (UK).117

37. Янкевич М.И., Шамолина И.И. и др. Способ очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов// Патент РФ № 93032685/13, БИ №19, 1996.

38. Биттеева М.Б., Бирюков В.В., Щеблыкин И.Н., Капотина JI.H. Способ очистки сточных вод и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами// Патент РФ № 2038333, БИ №18, 1995.

39. Под ред. Селибера Г.Л. Большой практикум по микробиологии. -М., 1962, с.110.

40. ГОСТ 28178-89. Дрожжи кормовые. Методы испытаний.

41. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И. Химический анализ производственных сточных вод. М.: Химия, 1974. - 290 с.

42. Мосичев М.С., Складнев A.A., Котов В.Б. Общая биотехнология микробиологических производств. М.:Легкая и пищевая пром-сть, 1982.-264с.

43. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. -М.: Химия, 1975. -250 с.

44. Яковлев C.B., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1985. -335 е.

45. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения// Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1998. - 72 с.

46. Чепанов В.В., Усова A.B., Яковенко Н.И. Ковалентная иммобилизация в полимерных гидрогелях// Иммобилизованные клетки в биотехнологии. Пущино, 1987. - с. 114-123.118

47. Кощеенко К.А. Живые иммобилизованные клетки как биокатализаторы процессов трансформации и биосинтеза органических соединений// Прикл. биохим. и микробиол. 1981. - т. 18. - №4.

48. Под ред. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1973.-376 с.

49. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1972. -т. 1,2.

50. Chemical marketing reporter. USA 1996. - No. 15

51. Патент РФ №5031873/13, 1992.54.А.С. №1076446Ф, 1984.

52. Тарнопольская М.Г., С.А. Байкова, А.С. Бочаров, И.Б. Ковалева. Очистка ливневых вод от нефтепродуктов // Водоснабжение и сантехника. 1991. - № 11.

53. Казарян В.А., Залетова Н.А, Арцимович П.М. Очистка поверхностного стока с территории больших городов» // Обзорная информация. Вып. 20.-М., 1980.

54. Журба М.Г. Пенополистирольные фильтры. М.: Стройиздат, 1992. -176 с.

55. В.Е. Rittmann and P.L. McCarty. Model of steady-stste-biofilm kinetics //Biotechn. Bioengin., vol. XXII, pp. 2342-2357, 1980.

56. B.E. Rittmann and P.L. McCarty. Variable-order model of bacterial-film kinetics // J. Environ. Eng. Div., pp. 889-900, EE5, 1978.

57. L.-S. Fan, R. Leyva-Ramos, K.D. Wisecarver, B.J. Zehner. Diffusion of Phenol through a biofilm grown on activated carbon particles in a draft-tube three-phase fluidized-bed bioreactor // Biotechn. Bioengin., vol. 35, Pp. 279-286, 1990.

58. С. Дж. Перт. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. -М.: «Мир», 1978.

59. Ch. Т. Skowlund, D. W. Kirmse. Simplifies Models for packed-bed biofilm reactor // Biotechn. Bioengin., vol. 33, pp. 164-172, 1989.119

60. Z. Lewandowski, G. Walser, W. G. Characklis. Reaction kinetics in biofilms // Biotechn. Bioengin., vol. 38, pp. 877-882, 1991.

61. Бирюков В.В., Кантере В.M. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. -М.: Наука, 1985.

62. Миронова Р.И., Носкова В.П., Расулова Г.Е., Холоденко В.П. Биодеградация и биосорбция плавающей нефти природными микроми-цетами // Биотехнология. 1996. - №7.- с.44-48.

63. Уонг Д., Кооней Ч., Демайн А. и др. Ферментация и технологияферментов: Пер.с англ. М.:Легкая и пищевая пром-сть, 1983.

64. Сидоров Д.Г., Борзенков И.А., Милехина Е.И., Беляев С.С., Иванов М.В. Микробиологическая деструкция мазута в почве при исользо-вании биопрепарата деворойл // Прикладная биохимия и микробиология. 1998. - т. 34, №3. - с. 281-286.

65. Алексеева Т.П., Бурмистрова Т.И., Терещенко H.H., Стахина Л.Д., Панова И.И. Перспективы использования торфа для очистки нефте-загрязненных почв // Биотехнология. 2000. - №1. - с. 58-64.

66. Лукашенко В.М., Лозовский Д.С., Юдина И.В. Экономическая оценка напорного фильтрования сточных вод через пенополиуретан с целью их повторного использования. // Методы и сооружения для локальной очистки производственных сточных вод. М., 1983.

67. Яковлев C.B., Кучеренко Д.И., Волхович В.А. Доочистка производственных сточных вод автозавода на синтетических фильтрующих материалах. // Физико-химические методы очистки сточных вод. -М.: Знание, 1975.

68. Филиппов В.И., Лурье Л.Д. Унифицированные фильтрующие аппараты для очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов с повторным использованием воды. // Физико-химические методы очистки сточных вод. М.: Знание, 1975.120

69. К. Williamson, P.L.McCarty. A model of substrate utilization by bacterial films // Journal of water pollution control federation, vol. 48, No.l, p. 19, 1976.

70. Лурье Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984.

71. Справочник по очистке природных и сточных вод М.: Высшая школа, 1994. - 336 с.

72. Пальгунов П.П., Варюшина Г.П., Калицун В.И., Николаев В.Н., Пальдяева Н.П., Малинина И.В., Вайсфельд Б.А. Способ очистки сточных вод // Патент РФ №95112826/25, БИ №14, 1997.

73. Куклинский В.В. Фильтрующий элемент // Патент РФ № 5002641, БИ №22, 1994.

74. Шепельский Ю.Л. Фильтрующий элемент объемного типа. // Патент РФ № 3719204/23-26, БИ№33, 1985.

75. Тройнин В.Е.Патент Фильтр для очистки жидкостей.// РФ № 5051162/26, БИ№ 24, 1995.

76. Караваев И.В., Кожушко А.Ю. Объемный модуль загрузки биофильтров. // Патент 92011342/26, БИ №20, 1996.

77. Караваев И.В., Кожушко А.Ю. Загрузка для биофильтров. // Патент 94000686/26, БИ№16, 1996.

78. Капотина Л.Н., Морщакова Г.Н. Биологическая деструкция нефти и нефтепродуктов, загрязняющих почву и воду // Биотехнология, №1, 1998.-с. 85-92.

79. Ермоленко З.М., Чугунов В.А., Герасимов В.Н., Мартовецкая И.И., Холоденко В.П. Влияние некоторых факторов окружающей среды на выживаемость внесенных бактерий, разрушающих нефтяные углеводороды // Биотехнология, №5, 1997. с. 33-38.

80. Киреева H.A. Биодеструкция нефти в почве культурами углеводоро-докисляющих микроорганизмов // Биотехнология, №1, 1996. с.51-54.im

81. Козлов Г.В., Гарабаджиу A.B., Соколов B.H., Гинак А.И., Кочетков f В.В., Оседлин Ю.С. Исследование процесса микробной деструкцииполиароматических углеводородов в составе древесины // Биотехнология, № 4, 1999. с.63-67.

82. Киреева H.A. Использование биогумуса для ускорения деструкции нефти в почве//Биотехнология, №5-6, 1995. с.32-35.

83. Пономарева Л.В., Крунчак В.Г., Торгованова В.А., Цветкова Н.П., Осипов А.И. Биоремедиация нефтезагрязненной почвы с использованием биопрепарата «Биосэт» и пероксида кальция // Биотехнология, №1, 1998. с.79-84.

84. Коваленко Г.А., Кузнецова Е.В., Ленская В.М. Углеродминераль-ные носители для адсорбционной иммобилизации нерастущих бактериальных клеток // Биотехнология, №1, 1998. с.47-56.

85. Сужко Л.Ф. Очистка природных и сточных вод от нефтезагрязне-ний иммобилизованными углеводородокисляющими микроорганизмами // Автореф. дис. канд. техн. наук. Спб: «Синтез», 1999.

86. Морщакова Г.Н., Биттеева М.Б., Мурзаков Б.Т., Капотина Л.Н. Оптимальная питательная среда для углеводородокисляющих бактерий Acinetobacter // Биотехнология. 1991. - № 6. - с. 67-69.

87. Щеблыкин И.Н., Биттеева М.Б., Бирюков В.В., Янкевич М.И. Биовосстановление загрязненной нефтью почвы при ликвидации последствий аварии на магистральном нефтепроводе Лисичанск-Тихорецк // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - № 3. - с. 1928.

88. Бирюков В.В., Биттеева М.Б., Щеблыкин И.Н. Биоремедиация нефтяных загрязнений // IX Междун. симпозиум. Лейпциг, 1997. -с.23-25.

89. Биттеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Мурзаков Б.Г., Изюмский В.П. Способ очистки воды, почвы и поверхностей от загрязнений нефтью и нефтепродуктами // Патент РФ № 1809822, БИ № 14, 1993.

90. Биттеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Морщакова Г.Н., Хамроев О.Ж., Капотина JI.H. и др. Способ очистки воды и почвы от нефтепродуктов // Патент РФ № 2014286, БИ № 11, 1994.

91. Биттеева М.Б., Щеблыкин И.Н., Изюмский В.П., Бирюков В.В., Мурзаков Б.Г. Способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами // Патент РФ № 2007372, БИ № 3, 1994.

92. Морщакова М.Б., Биттеева М.Б., Тюрин B.C., Капотина JI.H., Лысенко A.M., Никитин Д.И., Мурзаков Б.Г. Аэробные коккобациллы, выделенные из почв нефтеносных районов // Микробиология. -1994. т.63. - вып. 1. - с. 90-99.

93. Проект очистных сооружений поверхностного стока с территории фирмы «Соркис», г. Москва. Проект реализован, очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1999 г.

94. Проект реконструкции очистных сооружений поверхностного стока автобазы №2 МГТС, г. Москва. Реконструкция произведена, очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1999 г.

95. Телефон: 202-03-09 Ф а к с :202-Н-10

96. Начальнику УМТ ОАО "МГТС" Жабину В.П.

97. Россия, 113545, Москва, 1-ый Дорожный проезд, 3-Б

98. ЗАКЛЮЧЕНИЕ на проект реконструкции очистных сооружений ливневых сточных вод автобазы N 2 АО УМТ "МГТС"

99. Москомприрода рассмотрела проект реконструкции очистных сооружений ливневых сточных вод автобазы N 2 АО УМТ "МГТС", представленные руководством заказчика (УМТ ОАО "МГТС") 04.08.98 (вх. N 29-746) в еле-., дующем составе.

100. Проект реконструкции сооружений по очистке поверхностных сточных вод, поступающих с территории автобазы N 2, выполненный ТОО ПКФ "Бигор" (ФЛЦ N 003026, ЛМКП N 000473). . " f

101. Согласование проекта реконструкции Центром Госсанэпиднадзора в г.Москве N 22-15/360 от 09.07.98. " .

102. Согласование проекта реконструкции МОБВУ N 3-253 от 04.06.98.

103. Задание на проектирование от 27.04.98.

104. Краткие сведения об объекте по представленным материалам.

105. Автобаза N 2 УМТ АО "МГТС", расположенная в CAO г.Москвы по адресу: Лихоборская набережная, 13, осуществляет транспортные перевозки и ремонт автомобилей. ■

106. Предприятие занимает площадь 2,6856 га согласно договору краткосрочной аренды земельного участка N М-09-502664 от 02.04.97-(4 года).1019, Москва, ГСП-2 .Новый Арбат, дом II- 2

107. Предприятие имеет два комплекса очистных сооружений.

108. Очистные сооружения N 1 от мойка машин (грязеотстойник, фильтрыдоочистки древесная стружка) последовательно соединенные с очистными сооружениями N 2, предназначенными для очистки ливневых стоков (аналогичны сооружениям N 1).

109. Вода после очистных сооружений I 1 поступает в оборотную систему мойки, а излишки (если образуются) сбрасываются на сооружения N 2.

110. На сегодняшний день концентрация загрязнений в очищенном ливневом стоке (нефтепродукты 0, 58 мг/л) превышает нормы сброса в водоем ры-бохозяйственного назначения.

111. Представленным проектом предусматривается реконструкция существующих ливневых сооружений с доведением качества очищенной воды до требований сброса в водоем рыбохозяйственного назначения.

112. Характеристика очищенных ливневых стоков, сбрасываемых в р.Лихо-борка, следующая:- 8,0 мг/л, 0,05 мг/л,- 200 мг/л,- 110 МГ/Л,- 38,6 мг/л, 3,52 мг/л,что соответствует нормам сброса в водоем рыбохо?яйственного назначения

113. Неблагоприятным для биофильтра является снижение температуры, поэтому в осеннее время производится чистка отстойника и заправка труднорастворимого удобрения.

114. Весной, после паводка, производится иммобилизация препарата "Олеоворин" на биофильтре.

115. Эксплуатация проектируемых сооружений (очистка отстойника, выгрузка осадка, промывка фильтров) осуществляется периодически с интервалом 2-3 месяца специалистами фирмы "Гамма-Трейдинг" (МЖИЛ N 001871 от 28.03.97; Москомприрода N 10-053 от 26.02.98).'

116. Контроль за работой очистных сооружений осуществляется специалистами фирмы "Бигор".

117. Считывая изложенное, Москомприрода согласовывает проект реконструкции очистных сооружений ливневых сточных вод автобазы N 2 АО УМТ "МГТС".

118. Заместитель председателя Москомприрода