Биосенсоры для детекции сульфоароматических и фенольных соединий на основе бактерий родов comamonas и pseudomonas - деструкторов (стр. 7 )

Рис. 18. Калибровочная зависимость сенсора на основе активного ила БХО для фенола.

4.4.1. Деградация целевых соединений сточных вод иммобилизованными на колонке микроорганизмами установки биохимочистки сточных вод (БХО)

Одним из основных направлений направления современной биотехнологии является очистка промышленных сточных вод с помощью микроорганизмов. При этом важно подобрать микроорганизмы, обладающие требуемыми деградативными активностями. Один из наиболее распространенных методов очистки сточных вод с помощью микроорганизмов – очистка с помощью активного ила в аэробных условиях.

В частности, стандартная технологическая схема установки биохимочистки промышленных стоков включает в себя аэротенки, в которых происходит окисление целевых соединений с помощью микроорганизмов активного ила, и вторичные отстойники, в которых иловая смесь, состоящая из входящего стока и микроорганизмов активного ила, отстаивается, после чего очищенный сток идет на выход установки, а активный ил возвращается в систему. Принципиальная схема установки биохимочистки промышленных стоков нефтеперерабатывающего завода представлена на рис. 19.

Минерализаторы

Аэротенки

Рис. 19. Принципиальная схема установки биохимической очистки стоков нефтеперерабатывающего завода.

При работе установки биохимочистки должен проводиться постоянный контроль процесса очистки сточной воды. Кроме того, необходимо периодически производить отладку работы установки с целью оптимизации происходящих на ней процессов.

Для контроля и оптимизации работы установки биохимической очистки может быть успешно применен биосенсорный подход.

Так, одним из недостаточно решенных вопросов является контроль общего состояния активного ила, его деградирующей активности.

В рамках работы было проведено исследование деградирующей активности микроорганизмов, входящих в состав биоценоза активного ила установки биохимочистки стоков нефтеперерабатывающего завода.

Для этого был сконструирован аналог колоночного биосенсора, в котором микроорганизмы активного ила были иммобилизованы на активированном угле в соотношении ил:носитель – 1:5.

Принятое в работе соотношение ила и носителя 1:5 основано на том, что соотношение 1:10 было показано как оптимальное при создании микробного биосенсора для детекции п-толуолсульфоната, а в активном иле часть составляют живые микроорганизмы, а часть взвешенные вещества.

Полученные результаты по уменьшению концентрации фенола представлены на рис. 20.

Рис. 20. Уменьшение содержания фенола в ходе экспериментов.

На кривой 1 показано уменьшение концентрации фенола в ходе экспериментов на колонке без аэрации. На кривой 2 показаны результаты на колонках с аэрацией.

Полученные результаты позволяют предположить, что в экспериментах с колонкой без аэрации имеет место лимитирование процесса окисления целевых веществ по кислороду. Это предположение основано на том, что в колонках различного объема получены практически одинаковые результаты по степени разложения целевых веществ и степень деструкции была низкой.

В колонках с принудительной аэрацией такого не наблюдалось, получена почти прямая зависимость деградации веществ от объема колонки. Максимальная величина снижения концентрации веществ в колонке с принудительной аэрацией, тем не менее, ниже таковой величины, полученной при работе установки биохимочистки (92%).

Таким образом, для стоков нефтеперерабатывающих производств наиболее приемлемой является существующая схема очистки стоков в аэротенках.

В рамках эксперимента проводилось исследование активности микроорганизмов, выдержанных без сточных вод в режиме принудительной аэрации в течение 10 суток (активный ил, выведенный в минерализатор). Из данных, представленных в таблице № 10, можно увидеть, что активность ила снизилась по степени разложения аммонийного азота почти до контрольного значения. Отсюда можно сделать вывод о том, что применяемая в настоящее время регламентная схема минерализации активного ила работает успешно, ил практически теряет свои свойства и готов к утилизации на иловых картах. Анализ активности ила на иловых картах и после них не проводился.

Таблица № 10. Снижение концентрации аммонийного азота и фенола в экспериментах.

Эксперимент	% удаления NH4	% удаления фенола
Контроль	3	49
Колонка h = 30мм без аэрации	20	56
Колонка h = 60мм без аэрации	22	55
Колонка h = 90мм без аэрации	23	57
Колонка h = 30мм с аэрацией	26	59
Колонка h = 60мм с аэрацией	33	64
Колонка h = 90мм с аэрацией	39	69
Установка биохимочистки	88	96
Колонка h = 90 мм с илом из минерализатора	7	55

4.4.2. Использование полученных данных для оценки эффективности процесса очистки стоков в аэротенках установки биохимической очистки

Задачей данной части работы была оценка состояния аэротенков очистных сооружений нефтеперерабатывающего производства и, по возможности, оптимизация их работы.

4.4.2.1. Исходное состояние установки биохимочистки

ХПК исходного стока находилось на уровне 100 – 330 мг/л. ХПК биохимочищенной воды находилось на уровне 100 – 120 мг/л.

Концентрация растворенного кислорода в выходящей иловой смеси по аэротенкам первой очереди варьировалась в зависимости от ХПК и расхода исходного стока и составляла:

Для первого аэротенка от 0 мг/л до 3.63 мг/л

Для второго аэротенка от 4.42 мг/л до 6.6 мг/л

Для третьего аэротенка от 5.21 мг/л до 7.19 мг/л

Средняя концентрация кислорода по аэротенкам второй очереди 0 мг/л. По длине аэротенков наблюдаются скачки концентрации кислорода до 2 мг/л, за счет неравномерности подачи воздуха.

Как правило, неудовлетворительная степень очистки при биохимическом окислении может быть обусловлена следующими причинами:

1.Недостаточная продолжительность процесса, которая определяется концентрацией поступающих загрязнений (нагрузка по ХПК), химической природой загрязнений, дозой активного ила.

2.Неблагоприятные условия обитания активного ила: недостаточное снабжение кислородом, биогенными веществами (азот, фосфор, калий), температура среды, отклонение рН от оптимальных значений.

Проведенный анализ позволил выделить наиболее возможные причины неудовлетворительной очистки промышленного стока:

1. Резкое изменение химического состава промышленного стока вследствие залповых сбросов сернистых стоков с установок предприятия.

2. Недостаточное снабжение кислородом в ряде аэротенков.

Для подтверждения выдвинутых предположений был проведен экспресс-анализ с помощью кислородного электрода Кларка. Схема аэротенка и мест отбора проб показаны на рис. 21.

Рис. 21. Схема аэротенка и точек отбора проб.

Геометрические размеры аэротенка составляют:

Длина – 39 м

Ширина – 15 м

Рабочий уровень – 3.2 м

Объем – 1860 м3

Как видно из приведенных в таблице № 11 данных, распределение кислорода по аэротенкам происходит неравномерно, что приводит к снижению качества очистки стоков в целом по сооружениям БХО.

Так, по аэротенку №1 результаты соответствовали нормальной работе очистных сооружений. Аэротенки №2 и №3 работали с перерасходом воздуха по вторым коридорам, который оценивали по формуле:

К = ((ср – 2.5)/(ср – с))100%, где ср – равновесная концентрация кислорода, которая составляет 9.3 мг/л при 30оС, с – измеренная концентрация кислорода, 2.5 – рекомендуемая концентрация кислорода.

Для аэротенка №3 перерасход воздуха для первого коридора составлял 130%, для второго коридора – 300%. Аэротенки второй очереди были полностью перегружены.

Основными причинами неравномерности концентрации кислорода по аэротенкам являлись:

1.  Невозможность оперативного определения растворенного кислорода в силу отсутствия измерительных средств.

2.  Невозможность перераспределения потоков сточной воды по конкретным аэротенкам.

3.  Отсутствие нормального распределения воздуха на аэротенки вследствие неудовлетворительного состояния системы аэрации.

4.  Залповые выбросы сточных вод.

Указанные недостатки приводят к ухудшению качества очистки сточных вод.

Таблица № 11 . Исследования состояния аэротенков первого блока.

Точка отбора пробы, м	Аэротенк № 1	Аэротенк № 2	Аэротенк № 3
	Дата	Дата	Дата
	26.06	26.06	26.06
0	0	0	0
10	3.49	0.55	0.15
20	4.77	0.68	0.66
30	5.50	4.06	1.96
40	5.36	5.01	2.62
40	5.43	5.46	3.27
50	6.86	6.42	4.92
60	7.20	6.60	5.08
70	7.73	7.17	4.61
80	7.19	6.60	3.63

С целью устранения выявленных недостатков были изготовлены регулирующие устройства по входу стоков и установлены в аэротенках первого блока.

4.4.2.2. Результаты проведенных технических и технологических мероприятий на сооружениях БХО

Основным показателем сбалансированности работы аэротенков является равномерность распределения кислорода. Поэтому эффективность всех проводимых мероприятий подтверждалась измерением концентрации растворенного кислорода.

Для определения точного времени отклика системы «исходный сток – активный ил – воздух», предварительно был перекрыт расход исходного стока на аэротенк № 3, что привело к росту нагрузки на оставшиеся три аэротенка. Концентрация растворенного кислорода измерялась через 0.5, 2 и 4 часа после изменения параметров работы. Кроме того, был проведен контрольный замер после окончательной стабилизации протекающих биохимических процессов через 24 часа. Время отклика системы составляло 2 – 3 часа. Поэтому, последующие измерения концентрации кислорода проводились через 4 часа после изменения параметров системы.

Установка оптимальных расходов стоков

С целью снижения нагрузки с аэротенка № 1 и увеличения нагрузки аэротенков № 2 и 3 регулировалось количество подаваемого стока, пока не было достигнуто равномерное распределение кислорода.

Оптимальные расходы составили:

На аэротенке № 1 – 24 м3/час

На аэротенке № 2 – 49 м3/час

На аэротенке № 3 – 70 м3/час

На аэротенке № 4 – 60 м3/час

Эти расходы отвечают равномерной нагрузке на активный ил по ХПК, что подтверждается равномерностью распределения растворенного кислорода по аэротенкам. Данные по концентрации растворенного кислорода представлены в таблице № 12.

Таблица № 12. Концентрация растворенного кислорода по аэротенкам первого блока на 26.09.02 и 27.09.02, мг/л.

Точка замера	Аэротенк № 1	Аэротенк № 2	Аэротенк № 3	Аэротенк № 4
26.09.	27.09.	26.09.	27.09.	26.09.	27.09	26.09.	27.09
0	0	0	0	0	0	0	0	0
10	0	1.05	0	0.73	0.6	0.14	0.55	0.91
20	1.34	2.75	0.06	2.37	3.8	0.49	1.23	2.35
30	2.76	3.91	2.29	4.76	3.9	4.38	1.83	2.85
40	2.41	3.57	3.87	5.11	3.82	3.44	2.57	3.63
40*	2.69	3.36	3.24	4.81	4.55	5.08	3.03	381
50	3.50	3.70	4.38	5.28	5.75	5.78	4.90	4.68
60	3.80	3.89	5.22	4.05	5.83	5.75	3.72	4.47
70	5.25	4.67	6.07	3.82	6.42	6.07	3.9	3.92
80	5.59	4.88	5.88	2.65	5.70	4.88	3.15	3.53

*- начало второго коридора