Способ предварительной очистки сточных вод, содержащих фенол и другие ароматические углеводороды

 

Изобретение относится к биотехнологии очистки сточных вод, содержащих высокие концентрации органических загрязнений, и может быть использовано для очистки сточных вод от фенолов и других ароматических углеводородов. Цель изобретения - снижение трудозатрат и повышение эффективности очистки за счет более полной утилизации фенолов и других ароматических углеводородов. В биореактор вносят биомассу штаммов бактерий Pseudomonas sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS 9,2 в концентрации не менее 3 г/л по сухой массе. В процессе очистки поддерживают оптимальную температуру, pH и концентрацию растворенного кислорода. 1 табл.

Изобретение относится к биотехнологии очистки вод, содержащих высокие концентрации органических загрязнений, и может быть использовано для очистки концентрированных фенолсодержащих промышленных сточных вод, в частности, на предприятиях нефтехимической и химической промышленности. Сточные воды производств химической и нефтехимической промышленности содержат сложный комплекс органических загрязнений: нефтепродукты, алифатические и ароматические углеводороды, фенолы, гликоли и другие, многие из которых, попадая в сооружения биологической очистки, в результате своей токсичности оказывают губительное воздействие на микрофлору и фауну активного ила. Вклад отдельных производств в загрязненность объединенных промышленных стоков нефтехимического и химического комплекса не одинаков. В то время как сточные воды одних производств содержат органические вещества в концентрациях до 1000 мг/л по ХПК, допустимых для сбросов на биологические очистные сооружения (БОС), содержание органики и других значительно превышает предельно допустимый для обработки на БОС уровень и составляет 10000-40000 мг/л по ХПК. Поступление на БОС сточных вод с высоким содержанием загрязнений вызывает отравление активного ила и снижает эффективность очистки в целом. Для устранения отрицательного воздействия на активный ил концентрированные сточные воды требуют предварительной очистки в локальных условиях до поступления в сооружения биологической очистки или уничтожения (например, путем сжигания). Известен способ очистки сточных вод, содержащих фенолы в концентрации до 3 г/л, путем введения в сточную воду штамма Nocardia sp.B-87, который добавляют в виде порошка в концентрации 10-3000 мл/л. Недостатком вышеуказанного способа, предусматривающего выращивание микрофлоры, отделение и высушивание биомассы, является сложность подготовки порошка сухих клеток шт. Nocardia sp. B-87. Известен способ биологической очистки сточных вод от фенолов с использованием штамма Pseudomonas putida P 8, иммобилизованного в полиакриламидном геле. Штамм при исходной концентрации фенола 3 г/л pH 5,0 в стерильных условиях полностью окислял фенол за 12 ч. Штамм способен окислять совместно фенолы и крезолы. Недостатком данного способа является сложность культивирования штамма в стерильных условиях и необходимость принудительной иммобилизации в полиакриламидном геле. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по очистке концентрированных фенолсодержащих сточных вод является способ биохимической очистки подсмольных сточных вод, содержащих фенолы до 20 г/л pH 9,8. Способ предусматривает разбавление подсмольной воды технологической водой в 4-4,5 раза, доведение pH до 5-6, удаление конкурирующей микрофлоры прогревом полученной смеси до 90-100^oC и выдержку ее при этой температуре, охлаждение до 25-30^oC, засев чистыми культурами дрожжей Candida tropicales или C.utilis, культивирование в ферментере в условиях аэрации. По завершении процесса ферментации биомасса отделяется на фильтр-прессе. Недостатками данного способа являются сложность и удорожание процесса очистки за счет необходимости удаления конкурирующей аспорогенной микрофлоры нагревом очищаемых вод до 90-100^oC, регулярной подготовки в стерильных условиях чистых штаммов микроорганизмов при периодическом процессе очистки. Кроме того, данный способ не обеспечивает очистку сточных вод от фенола в присутствии ацетофенона, стирола и других ароматических углеводородов. Цель изобретения снижение трудозатрат и повышение эффективности очистки концентрированных сточных вод за счет более полной утилизации фенола и других ароматических углеводородов. Поставленная цель достигается тем, что, с целью снижения трудозатрат и повышения эффективности очистки за счет более полной утилизации фенола и других ароматических углеводородов, обработку сточной воды осуществляют штаммами микроорганизмов Pseudamonas sp. KS-11, Rhodococcus sp. KS-9,2 при концентрации микроорганизмов не менее 3 г/л по сухой массе. Описание штаммов микроорганизмов. Pseudomonas sp. B-3893 (Pseudomonas sp. KS-11). Штамм получен путем селекции на реальных сточных водах, содержащих фенол, стирол и ацетофенон, в АНКУМ-2М из бактериальной ассоциации активного ила и почв нефтехимического производства. Штамм выделен в ноябре 1986 г. и идентифицирован в декабре 1986 г. Штамм Pseudomonas sp. KS-11 при непрерывном культивировании (Д=0,05 м^-1) pH= 6,5·7,8, t= 28^oC, концентрация биомассы 3-6 г/л по сухой массе, PO₂=2-3мг/л) в составе сообщества утилизирует фенол до 3,5 ацетофенон до 1,2 и стирол до 0,12 г/л, ХПК в результате окисления снимается на 70-88% Содержание вышеуказанных компонентов снижается на 88-100% Культивирование в условиях принудительной аэрации (120 об/мин) t=28^oC в течение 20 сут. Состав среды, г/л: (NH₄)₂SO₄ 0,5; MgSO₄ · 7H₂O 0,5; KH₂PO₄ 0,4; Na₂HPO₄ · 12H₂O 1,75; CaCl₂ · 2H₂O 0,1; FeSO₄ · 7H₂O 0,25; NaMoO₄ · 2H₂O 0,005; MnCl₂ · 4H₂O 0,02, дистиллированная вода 1л. Источники углерода фенол 0,7-1,4 или ацетофенон 0,5-0,7. Фенол, ацетофенон, стирол определяли хроматографически на хроматографе типа ЛХМ-8МД с плазменно-ионизационным детектором. Использовали 2 колонки из нержавеющей стали длиной 1 м каждая, диаметром 3 мм. Газ-носитель азот, очищенный от органических примесей. Твердый носитель порохром 1 фр. 0,26-0,315 мм. Температура термостатических колонок 95^oC, испарителя проб 125^oC. Вегетативные клетки. МПБ, 28^oC, рост в 0,25 л колбах с 50 мл среды при 120 об/мин 1-3 сут. Палочки одиночные, подвижные, размер (1,5-2) х (0,5-1,0)мкм. Способны образовывать мелко-зеленый пигмент. Грамотрицательны. Образование специализированных клеток. Нет. Характеристика колоний на плотной среде. 1. МПА, t 28^oC, 2 сут, рост на чашках Петри размер 3-5 мм. Круговые, выпуклые, края ровные, слизистые (S-форма), могут образовывать желто-зеленый флуоресцирующий пигмент. МПА+фенол (1 г/л), t 28^oC, 3 сут. Рост на чашках Петри размер 3-5 мм. Круглые, выпуклые, края ровные, могут образовывать желто-зеленый флуоресцирующий пигмент (S-форма). 3. Сточная вода, г/л: ХПК_исх. 5; t=28^oC, 5 суток; рост на чашках Петри; размер 1-3 мм. Круглые, край ровный, полупрозрачная поверхность гладкая, S форма. Рост в жидкой среде. Среда, г/л: фенол 1,5; (NH₄)₂SO₄ 0,5; MgSO₄ · 7H₂O 0,5; KH₂PO₄ 0,4; Na₂HPO₄·12H₂O 1,75; CaCl₂ ·2H₂O 0,1; MnCl₂·4H₂O 0,02; FeSO₄·7H₂O 0,025; Na₂MoO₄ ·2H₂O 0,005; вода дистиллированная 1л, t=28^oC, возраст 2-3 сут, рост в 0,25 л колбах с 50 мл среды, перемешивание 120 об/мин. Характеристика роста помутнение. Можно выделять в среде желто-зеленый флуоресцирующий пигмент. Физиолого-биологические свойства. Хемогетеротроф Тип катаболизма дыхание. Отношение к кислороду аэроб; температура оптимальная 28-30, максимальная 37^oC; pH минимальная 6,5; максимальная 7,8; оптимальная 6,8-7,3. Источники углерода. В качестве источника углерода усваивает сахарозу, рамнозу, глюкозу и арабинозу. Источники азота. Усваивает неорганический азот в виде аммонийных солей. Растет на среде с нитратами. Другие характерные физиологические особенности обмена. Разжигает желатин и не гидролизует крахмал, не образует сероводород и индол. Каталазная и оксидная реакция положительны. Сведения о наличии патогенных свойств: не патогенен. Номенклатурные данные Pseudomonas sp. B=3892, Rhodococcus sp. KS-9,2. Происхождение. Штамм получен путем селекции на реальных сточных водах, содержащих фенол, стирол и ацетофенон, в лабораторных установках непрерывного культивирования микроорганизмов из бактериальной ассоциации активного ила и почв нефтехимического производства. Биотехнологические характеристики. Штамм Rhodococcus sp. KS-9,2 при непрерывном культивировании (Д=1,05 ч^-1, pH 6,5-7,8, t 28^oC, концентрация биомассы 3-6 г/л по сухой массе, концентрация растворенного кислорода 2-3 мг/л) в составе сообщества утилизирует фенол до 3,5, ацетофенон до 1,2 и стирол до 0,12 г/л. ХПК в результате окисления снижается на 70-88% Содержание вышеуказанных компонентов снижается на 88-100% Культивирование в условиях принудительной аэрации (120 об/мин, t 28^oC в течение 20 сут). Состав среды, г/л: (NH₄)₂SO₄ 0,5; MgSO₄· 7H₂O 0,5; KH₂PO₄ 0,4; Na₂HPO₄·12H₂O 1,75; CaCl· 2H₂O 0,1; FeSO₄·7H₂O 0,025; MnCl₂ 0,02; дистиллированная вода 1 л. Источники углерода фенол 0,7-1,4 или ацетофенон 0,5-0,7. Фенол, ацетофенон, стирол определяли хроматографически на хроматографе типа ИХМ-8МД с пламенно-ионизационным детектором. Использовали 2 колонки из нержавеющей стали длиной 1 м каждая, диаметром 3 мм. Газ-носитель азот, очищенный от органических примесей. Твердый носитель порохром 1 фр. 0,25-0,315 мм. Температура термостата колонок 95^oC; испарителя проб 125^oC. Вегетативные клетки. МПБ, 37^oC, рост в 0,25 л колбах с 50 мл среды при встряхивании (120 об/мин). В ранней стадии ветвящиеся палочки, в возрасте 3-5 сут распадаются на палочки и кокковидные элементы. Размер (1,0-12,0)·(0,4-0,6) мкм. Грамположительные, кислотоустойчивые, неподвижные. Морфолого-культуральные свойства. Характеристика колоний на плотной среде. 1; МПА, t 37^oC, 2 сут, рост на чашках Петри. Диаметр 1-2 мкм. Круглые, выпуклые, матовые, поверхность неровная, S- или R-формулы. Поверхность и обратная сторона розовые. 2. МПА + фенол (1 г/л), t 37^oC, 5 сут, рост на чашках Петри. Диаметр 1-2 мм, круглые, выпуклые, матовые, розовые, край неровный, S- или R-формы. 3. Суточная вода, г/л; ХПК 5; (NH₄)₂SO₄ 0,95; KH₂PO₄ 0,24; MgSO₄·7H₂O; агар 2% t 37^oC, 7 сут, рост на чашках Петри. Диаметр 1 мм. Край ровный, круглые, выпуклые, матовые, поверхность и обратная сторона слегка розовые, при эксплуатации на свету быстро краснеют; S-или R-форма. Рост в жидкой среде. Среда, г/л; фенол 1,0; (NH₂)SO₄ 0,5; MgSO₄·7H₂O 0,5; KH₂PO₄ 0,4; Na₂HPO₄·12H₂O 1,75; CaCl₂ ·2H₂O 0,1; MnCl₂·4H₂O 0,02; FeSO₄·7H₂O 0,025; Na₂MоO₄ ·2H₂O 0,005; вода дистиллированная 1 л, t 28^oC, возраст 28 ч. Рост в 0,25 л колбах с 50 мл среды при встряхивании 120 об/мин. Помутнение. Физиолого-биохимические свойства. Хемогетерограф Дыхание. Отношение к кислороду аэроб, температура оптимальная 37^oC, максимальная 40^oC; pH минимальная 6,6; оптимальная 7,3-7,6, максимальная 8,2. Усваивает глюкозу, маннозу, цитрат, сукцинат. Используют нитраты и аммонийные соли в качестве единственного источника азота. На разжижает желатин, не гидролизует крахмал, не образует сероводород и индол. Содержит миколовые кислоты. Непатогенен. Способ осуществляют следующим образом. Концентрированные сточные воды, содержащие фенол и другие ароматические углеводороды, вводят в биореактор. Туда же вносят предварительно подготовленную биомассу штаммов Pseudomonaz sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS-9,2, поддерживая при этом оптимальные для жизнедеятельности микроорганизмов условия (температура 28-30^oC, pH 6,5-7,5, концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л, концентрация биогенных веществ в сточной воде из расчета БПКп N: P=100:5:1,3). Процесс ведут в условиях хемостата с возвратом биомассы при D=0,05 ч^-1. Пример 1. Предварительно до начала процесса осуществляется наращивание биомассы селекционированных штаммов. В ферментер вносят концентрированные сточные воды, содержащие фенол и другие ароматические углеводороды в концентрации, оцениваемой по показателю ХПК, до 20 г/л. В сточную воду добавляют биогенные вещества в виде сульфата аммония и однозамещенного фосфата калия из расчета БПКп:N:P=100:5:1,3. Затем в ферментер вносят активный ил, взятый из промышленных очистных сооружений, и разбавленную техническую воду, чтобы ХПК сточной воды составила 10 г/л при концентрации ила в воде 4 г/л (сухая масса). Смесь интенсивно перемешивают 2 ч, а затем создают оптимальные условия культивирования селекционированных штаммов: pH 6,5-7,5, температура 28-30^oC, концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л. В ферментер вносят биомассу штаммов Pseudomonas sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS-9,2 в количестве около 0,4 г/л и проводят культивирование в течение 24-48 ч. В биореактор с рабочим объемом 10 л вводят сточную воду нефтехимического производства, имеющую следующую характеристику, г/л; ХПК 30; БПКп 24,3; фенол 3,5; ацетофенон 1,175; стирол 112 мг/л; этилбензол 70 мг/л, сухой остаток 12; pH 10,0. Туда же вносят предварительно подготовленную биомассу штаммов Pseudomonas sr. KS-11, Rhodococcus sp. KS-9,2 в количестве 0,6 г и активного ила промышленных очистных сооружений в количестве 29,4 г/л. В биореакторе поддерживают оптимальные для жизнедеятельности микроорганизмов условия: температура 28^oC, pH 7,3, концентрация растворенного кислорода не менее 2 мг/л, концентрация биогенных веществ в сточной воде: (сульфат аммония, однозамещенный фосфат калия) из расчета БПКп:N:P=100:5:1,3. Процесс очистки ведут в условиях хемостата с возвратом биомассы при D=0,05 ч^-1. Пример 2. Проводят как в примере 1 за исключением того, что биомассу штаммов Pseudomonas sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS-9,2 (в массовом соотношении 90:10) вносят без активного ила в количестве 30 г по сухой массе. Пример 3. Проводят как в примере 2 за исключением того, что биомассу вышеуказанных штаммов вносят в количестве 20 г (сухая масса). Пример 4. Проводят как в примере 3 за исключением того, что биомассу штаммов Pseudomonas sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS-9,2 вносят в количестве 50 г (сухая масса) при их массовом соотношении 10:90. Результаты примеров 1-4 представлены в таблице. Как видно из приведенных данных, применение селекционированных штаммов Pseudomonas sp. KS-11 и Rhodococcus sp. KS-9,2 для очистки концентрированных сточных вод приводит к повышению эффективности очистки за счет более полной утилизации фенола и других ароматических углеводородов. При этом снижаются трудозатраты на проведение способа за счет исключения стадии удаления из сточных вод аспорогенной конкурирующей микрофлоры. Проведение процесса очистки сточных вод с использованием биомассы штаммов в смеси с активным илом и с использованием только биомассы селекционированных штаммов позволяет получить высокие и близкие между собой значения эффективности. Однако отмечено технологическое преимущество применения биомассы чистых культур без активного ила из-за меньшего пенообразования и лучшего отделения биомассы от очищенной воды. Это делает предпочтительным применение для процесса очистки биомассы штаммов без процесса очистки биомассы штаммов без активного ила. Проведение процесса очистки сточных вод при концентрации биомассы меньше 3 г/л приводит к снижению эффективности очистки.

Формула изобретения

Способ предварительной очистки сточных вод, содержащих фенол и другие ароматические углеводороды, предусматривающий введение сточных вод в биореактор, внесение в биореактор биомассы микроорганизмов, поддержание оптимальных для жизнедеятельности микроорганизмов температуры, pH, концентрации растворенного кислорода, отличающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат и повышения эффективности очистки за счет более полной утилизации фенола и других ароматических углеводородов, в качестве микроорганизмов используют штаммы бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892 в концентрации не менее 3 г/л по сухой массе.

РИСУНКИ

Рисунок 1