Интенсивная биотермическая обработка осадков нефтесодержащих сточных ВОД (стр. 2 )

Рис. 4 Схема и общий вид лабораторной установки по компостированию ОНСВ 1 – биореактор; 2 – образец компостной смеси; 3 – расходомер; 4 – компрессор; 5 – автотрансформатор; 6 – дифференциальный манометр.

Параметры продувки определялись расходомером и манометром. Коэффициент воздухопроницаемости компостов на различных стадиях биодеструкции определялся по известной методике. Среднее значение коэффициента расхода воздуха Кр, используемое при дальнейших расчетах системы высоконапорной аэрации для штабеля инокуляции, кавальера биодеструкции, бурта дозревания составило соответственно 0,00063, 0,000483, 0,000349 кг/м2.

Результаты изменения воздухопроницаемости от перепада давления в компостных образцах представлены на рисунке 5.

Рис. 5 Экспериментальная зависимость воздухопроницаемости компостируемого материала от потерь давления

1 – Штабель инокуляции; 2 – Высоконагружаемый кавальер; 3 – Бурт дозревания

Лабораторные исследования по интенсивному компостированию ОНСВ показали целесообразность совместной биотермической обработки осадков нефтесодержащих сточных вод, а также шламов химводоочистки - корректоров реакции среды, избыточного активного ила – носителя основной нефтеразрушающей микрофлоры, а также шламов оборотного водоснабжения, как инокулирующей добавки, содержащей тионовые бактерии. Совместное использование добавок вспомогательных производств НПЗ для биотермической обработки нефтесодержащих осадков способствовало увеличению степени разложения нефтепродуктов за счет синергического эффекта коррекции рН и конверсии сернистых соединений, ингибирующих жизнедеятельность компостной микрофлоры.

Рекомендуемые массовые соотношения компонентов смеси составили: Компостируемый материал (НСО): Нефтеразрушающая добавка (ИАИ):Наполнитель – 3:1:6. Рациональный диапазон доз ШОВ, используемых в качестве инокулирующей добавки при компостировании нефтесодержащих осадков находился в пределах от 2,5 до 5% от исходной массы смеси. Это позволило снизить содержание органического углерода в 1,5–4 раза по сравнению с контрольным образцом.

Обработка экспериментальных данных позволила получить для математической модели, описывающей окисление углеводородов (формула 6) значение показателя степени n. Во всех случаях показатель степени имел значение n=2,02 и формула (4) принимает вид

(9)

Величина константы скорости окисления нефтепродуктов Кγ, в зависимости от состава компостной смеси изменяется в пределах от 0,0037 до 0,02 сут-1.

В четвертой главе представлены методика и результаты промышленных испытаний по интенсивному биотермическому компостированию ОНСВ с последовательным переносом компостируемого материала в функциональные зоны выделенных температурных фаз, а также использованием методов механической и пневматической аэрации и их сочетанием на основе теоретических представлений, изложенных в главе 2 и результатов лабораторных исследований (глава 3) .

В ходе промышленных испытаний основные технологические показатели принимались в соответствии с данными, полученными в лабораторном эксперименте. Отличительной особенностью являлось использование больших масс компостируемого материала, что дало возможность контроля разложения нефтепродуктов с использованием температурно-временной характеристики, как наиболее характерному и показательному параметру компостирования.

Промышленные исследования проводились на комплексе биотермической обработки осадков (май – август 2011 г), запроектированном и построенном на Михайловско-Коханском месторождении на территории Самарской области. Осадки, обрабатываемые на нем, имели сродство с ОСНВ нефтеперерабатывающих предприятий по компонентному составу, содержанию и соотношению биогенных элементов, микрофлоры – редуцента и инокулятора, реакции среды и порообразующей способности. На территории комплекса в границах площадки с твердым покрытием были сформированы 2 группы штабелей:

- группа 1 в составе 9 штабелей для исследования рациональных доз и компонентного состава исходной компостной смеси;

- группа 2 в составе 3 штабелей для исследования рационального режима перемешивания и аэрации смеси в процессе компостирования.

Компонентный состав исследуемых компостных смесей в штабелях формировался на основе лабораторного эксперимента и представлен в таблицах 2 и 3.

Отличительной особенностью компостов второй группы, формируемых на стадии промышленных испытаний выступили условия формирования, перемешивания и аэрации смеси, а также размеры штабелей (до 8 м). Для аэрации были использовано комбинирование механических и пневматических методов.

Таблица 2

Состав исследуемых компостных смесей (группа 1)

№	Состав смеси, % масс	Условия перемешивания
Нефте-содержа-щие осадки	Смесь ИАИ и агропромотходов	Смесь дол. муки и отходов деревообработки	Смесь шламов градирен и осадков ВОС
1	30±3	10±1	59,9±5	0,1	Гомогенизация с использованием грейфера; непрерывная аэрация от воздуходувки
2	29,9±3	9,9±1	59,7±5	0,5	-«-
3	29,7±3	9,9±1	59,4±5	1,0	-«-
4	29,5±3	9,9±1	59,1±5	1,5	-«-
5	29,4±3	9,8±1	58,8±5	2,0	-«-
6	29,2±3	9,8±1	58,5±5	2,5	-«-
7	28,5±3	9,5±1	57±5	5,0	-«-
8	27,7±3	9,3±1	55,5±5	7,5	-«-
9	27±3	9±1	54±5	10,0	-«-

В образце №1 второй группы аэрация в штабелях инокуляции осуществлялась непрерывно в течение 1-2 недель. Параметры аэрации для штабелей инокуляции составили: удельный расход воздуха (воздухопроницаемость) G=0,97 кг/(м2·ч), перепад давления ΔР=4800 Па при высоте продувки 3 метра. После начала термогенеза производилось перемещение компостируемого материала из инокулирующих штабелей в высоконагружаемый кавальер биодеструкции. Аэрация в кавальере биодеструкции осуществлялась периодически по 2 часа в течение 5-6 недель. Параметры аэрации компостной смеси в кавальере биодеструкции составили: удельный расход воздуха (воздухопроницаемость) G=0,87 кг/(м2·ч), перепад давления ΔР=6400 Па при высоте продувки 4 метра (продувалась нижняя часть до высоты 4 метра, верхняя часть аэрировалась путем механического перемешивания). Затем компостная смесь перемещалась в бурт дозревания, где аэрации не производилось. В образце №2 аэрация осуществлялась только путем механического перемешивания. В третьем образце второй группы аэрации не производилось, доступ воздуха осуществлялся исключительно естественным путем. Температурно-временные характеристики исследуемых промышленных штабелей второй группы компостируемых смесей представлены на рисунке 6.

Таблица 3

Состав исследуемых компостных смесей (группа 2)

№	Состав смеси, %	Условия перемешивания
Нефте - содержа-щие осадки	ИАИ и агропромотходы	Порообразующие, инокулирующие и корректирующие добавки
1	30±5	10±1	60±5	Гомогенизация с использованием грейфера; непрерывная аэрация от воздуходувки в зоне инокуляции
2	30±5	10±1	60±5	Гомогенизация и периодическая аэрация с использованием грейфера
3	30±5	10±1	60±5	Послойная укладка без гомогенизации

3

Рис. 6 Температурно-временная характеристика штабелей №№1-3 компостируемого материала группы 2 (таблица 3)

1 - Гомогенизация с использованием грейфера; непрерывная аэрация от воздуходувки

2 - Гомогенизация и периодическая аэрация с использованием грейфера

3 - Послойная укладка без гомогенизации

I – фаза быстрого роста температур; Iа – первая переходная область; II – фаза высоких температур; IIа – вторая переходная область; III – фаза медленного падения температур

Рис. 7 Степень окисления нефтепродуктов в штабелях №№1-3 компостируемого материала группы 2 в зависимости от условий аэрации (таблица 3)

1, 2, 3 – то же, что на рис. 6

Установлено, что диктующим критерием процесса биообработки выступает температурно-временная характеристика, а также ее взаимосвязь с распадом нефтепродуктов (см. рис. 7) и накоплением гумуса в компосте (рис. 8). Зная характер изменения температур по времени, можно управлять ходом процесса, регулируя подачу воздуха, интенсивность перемешивания, степень увлажнения, дополнительное внесение многофункциональных добавок. По соответствующим анализам определялись основные технологические тестовые показатели компостных штабелей №1-3 второй группы, по которым определялась эффективность окисления осадков в зависимости от условий аэрации (табл. 4).

Рис. 8 Изменение содержания гумуса в штабелях №№1-3 компостируемого материала группы 2 (таблица 3)

1, 2, 3 – то же, что на рис. 6

Промышленный эксперимент показал, что комбинация методов аэрации (механической и высоконапорной пневматической) на различных температурных фазах, использование дробного компостирования с переносом компоста в соответствующие технологические зоны, а также введение инокулирующих добавок (ШОВ), содержащих тионовые бактерии, позволяют обеспечить высокие значения термогенеза (с температурами выше 60оС), удалить токсичные продукты и ускорить деструкцию нефтепродуктов.

В температурно-временных характеристиках наряду с основными микробиальными фазами выделяются переходные области (см. рис. 6), которые увеличивают срок компостирования. Наличие этих областей связано с явлениями конкуренции при смене популяций микроорганизмов (сначала с мезофильной на термофильную, затем с термофильной на мезофильную). Дробное биотермическое компостирование ОНСВ позволяет снизить продолжительность их обработки за счет сокращения областей перехода между температурными фазами и подавления антагонизма конкурирующих популяций микроорганизмов при смене фаз.

Таблица 4

Тестовые технологические показатели компостных штабелей группы 2

Показатель	Ед. изм.	№ штабеля
1	2	3
Продолжительность компостирования:	сут.	80	80	80
В т. ч.:
- фаза нарастания темпер.	сут.	15	17	22
- фаза высоких температур	сут.	33	40	―
Максимальная температура	оС	73±5	62±5	42±5
Снижение влажности	%	27±2,5	21±2,5	17±2,5
Степень распада нефтепродуктов:	%	75±5	56±5	33±5
Содержание гумуса	%	6±0,5	4,5±0,5	4,0±0,5
Коли-титр	мл	10	10-1	10-3

Интенсивная биотермическая обработка ОНСВ позволила получить компост, обладающий свойствами грунто - и почвоподобных рекультивационных материалов. Так, содержание гумуса в готовом компосте составляет до 6±0,5% масс с приростом к исходному значению в 2–3 раза; распад нефтепродуктов – до 75%. Компост, подвергнутый термогенному воздействию с температурой более 60оС в течение 40-60 сут, практически не содержит патогенной микрофлоры (яиц гельминтов). Значение коли-титра приближается к значениям природных почвогрунтов.