Способ очистки концентрированных сточных вод

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к очистке промышленных сточных вод, и может быть использовано в химической и нефтехимической отраслях промышленности. Способ очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, пероксиды и альдегиды, включает аэробную обработку штаммами бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892, при этом перед стадией аэробной обработки проводят предварительную очистку сточных вод путем последовательных этапов обработки сточных вод раствором щелочи до величины рН не менее 9,5. Дальнейшей разгонкой обработанного потока при температуре куба колонны не менее 98°С и времени пребывания не менее 0,2 часа, причем на стадию аэробной обработки направляют кубовый продукт колонны, а верхний продукт колонны направляют на утилизацию. Способ позволяет эффективно очищать концентрированные сточные воды, содержащие ароматические углеводороды и их производные, а также пероксиды и альдегиды.

 

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод и может быть использовано в химической и нефтехимической отраслях промышленности.

В химическом и нефтехимическом синтезе на стадиях дегидратации, дегидрирования, окисления органических соединений при удалении реакционной воды или отмывке реакционной массы водой могут образовываться концентрированные сточные воды, содержащие токсичные кислородсодержащие соединения, в том числе пероксиды, низшие альдегиды, органические кислоты, фенолы и другие производные ароматических углеводородов, плохо отделяемые от воды, в том числе, не поддающиеся гравитационному разделению из-за близких значений плотностей составляющих компонентов и разных температурных коэффициентов в изменении плотностей.

Концентрированные сточные воды подобного состава плохо поддаются биологической очистке из-за высокого уровня загрязнений (химическое потребление кислорода (ХПК) до 60 г/л) и присутствия таких компонентов, как пероксиды, низшие альдегиды и ароматические соединения, которые, поступая в очистные сооружения, в результате своей токсичности создают стрессовые ситуации и оказывают губительное действие на микрофлору (Илялетдинов А.Н., Алиева Р.М. "Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод". Алма-Ата, Гылым, 1990, стр.17-23).

Известен способ биологической очистки пероксидсодержащих сточных вод, включающий этап ферментативной предобработки, на которой уменьшают основное количество пероксидов, две стадии анаэробной обработки: 1) гидролиз, где разрушаются остатки пероксидов, 2) метановую ферментацию и заключительную аэробную стадию. Источником ферментов, в частности каталазы, является активный ил аэробной стадии, который после отделения от сточной воды путем седиментации насосом подается на стадию ферментативной обработки, где бактерии погибают под воздействием пероксидов, а выделившиеся при этом ферменты, в частности каталаза, разрушают пероксиды, при этом мертвые бактерии утилизируются на стадии метановой ферментации (Патент США 4663043, С 02 F 003/28, опубл. 1987). Недостатками способа являются большие затраты времени на его осуществление, особенно на метановой стадии - 3-5 дней, невозможность применения его для обработки сточных вод, содержащих наряду с пероксидами высокие концентрации органических веществ, включая фенол и другие производные ароматических углеводородов, из-за плохих седиментационных свойств высоконагруженной микрофлоры, осуществляющей очистку, поскольку известно, что высокие концентрации фенольных соединений (>880 мг/л) нарушают структуру микрофлоры, переводя ее из состояния флокул в диспергированное состояние (Bieszkiewicz E., Kuczynska A. Effect of Phenolic Tar on the Work of Activated Sludge, ACTA Microbiologica Polonica, 1987, Vol.36, No 1/2, pp.143-149), что делает невозможным подачу активного ила со стадии аэробной очистки на стадию ферментации после его отделения седиментацией.

Наиболее близким из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий биологическую, аэробную обработку в биореакторе сложных по составу концентрированных сточных вод, содержащих фенолы и другие ароматические углеводороды, введение в биореактор микроорганизмов с повышенной деструктивной активностью по отношению к фенолам и другим ароматическим соединениям - штаммов Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892, поддержание оптимальных для жизнедеятельности микроорганизмов условий по температуре (28-30°С), рН (6,5-7,5), концентрации растворенного кислорода (не менее 2 мг/л), концентрации биогенных веществ (из расчета биологическое потребление кислорода (БПК_П):N:Р=100:5:1,3) (Патент РФ №1686799, С 02 F 3/34, опубл. 1992). Эффект очистки сточных вод, содержащих фенолы и другие ароматические соединения, характеризующихся по общему уровню загрязнения по ХПК до 30 г/л, данным способом составляет 83,7%. Недостатком способа является его низкая эффективность при обработке сточных вод, содержащих пероксиды и низшие альдегиды, являющихся токсикантами для бактерий.

Задачей изобретения является разработка способа биологической очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, а также пероксиды и альдегиды.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе биологической очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, пероксиды и альдегиды, включающем аэробную обработку штаммами бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892 и поддержание условий их жизнедеятельности по рН, температуре, растворенному кислороду и содержанию биогенных веществ, перед аэробной обработкой осуществляют предварительную стадию обработки сточных вод для удаления пероксидов и альдегидов. Стадия предварительной обработки сточных вод для удаления пероксидов и альдегидов включает этап регулирования рН щелочью до величины не менее 9,5 и этап разгонки при следующих условиях: температура в кубе колонны не менее 98°С, время пребывания сточных вод в колонне не менее 0,2 часа. Кубовую жидкость колонны предварительной обработки после охлаждения до температуры 30-35°С и с рН, скорректированным до величины 7,0-8,5, подают на стадию аэробной биологической очистки, использующей специализированное микробное сообщество, где в качестве микроорганизмов используют штаммы бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892, а верхний продукт колонны разгонки направляют на утилизацию.

Предварительная обработка сточных вод, включающая регулирование рН и разгонку, позволяет снизить содержание пероксидов до величины менее 0,001% и низших альдегидов до величины менее 200 мг/л и осуществить затем эффективную аэробную биологическую очистку с использованием специализированного микробного сообщества, адекватного высоким нагрузкам по фенолам и другим производным ароматических углеводородов.

Отличительным признаком предложенного способа является дополнительная стадия предварительной обработки сточных вод для удаления пероксидов и альдегидов и условия ее осуществления, при этом она включает этап регулирования рН исходных сточных вод щелочью до величины не менее 9,5 и этап разгонки обработанных щелочью сточных вод, осуществляемый в колонне при следующих условиях: температура в кубе колонны не менее 98°С, время пребывания сточных вод в колонне не менее 0,2 часа, после чего кубовую жидкость колонны предварительной обработки после охлаждения до температуры 30-35°С и с рН, скорректированным до величины 7,0-8,5, подают на стадию аэробной биологической очистки сточных вод, а верхний продукт колонны разгонки направляют на утилизацию.

Наличие отличительных от прототипа признаков показывает соответствие заявляемого способа критерию патентоспособности "новизна", а достижение эффекта от введения существенных отличительных признаков, не имеющихся в аналогичных способах, соответствие критерию "изобретательский уровень".

"Промышленная применимость" подтверждается примером, приводимым ниже.

Пример 1

В сточную воду, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 60,0; фенол 3,5; метилфенилкарбинол (МФК) 1,5; ацетофенон (АФ) 3,5; пропиленгликоль (ПГ) 3,4; гидропероксид этилбензола (ГПЭБ) 9,4; пероксид водорода 4,7; этаналь 3,0; пропаналь 1,5; рН 4,0 добавляют 25%-ный раствор натриевой щелочи, контролируя и доводя рН смеси до 9,5. Сточную воду, обработанную щелочью, подают в куб колонны разгонки, температуру в кубе колонны поддерживают 98°С, время пребывания сточной воды в колонне 0,2 ч, давление в верхней части колонны атмосферное, пары, выходящие из верхней части колонны в количестве 10% от питания колонны, конденсируют, и дистиллят, имеющий следующую характеристику, г/л: ХПК 250,0; фенол 2,0; МФК 16,0; АЦ 60,0; ПГ отс.; этаналь 28,0; пропаналь 14,9; ГПЭБ отс.; пероксид водорода 0,1; рН 5,6, отправляют на утилизацию. Кубовую жидкость, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 30,7, фенол 3,3; МФК 3,3; АЦ 2,5; ПГ 3,7; ГПЭБ отсутствие; пероксид водорода 0,01; этаналь 0,19; пропаналь 0,01; рН 9,6, охлаждают до температуры 30°С и подают в биореактор на всас циркуляционного насоса, куда также добавляют кислоту в количестве, обеспечивающем рН в биореакторе 7,0-8,5, и биогенные вещества из расчета БПК_П.:N:Р=100:5:1,3. Вносят в биореактор биомассу штаммов бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892. Смесь в биореакторе аэрируют, обеспечивая концентрацию растворенного кислорода не менее 2 мг/л. Процесс очистки ведут с возвратом биомассы при D=0,05 ч^-1. Эффективность снижения концентрации загрязнений на стадии аэробной очистки в биореакторе следующая, %: по ХПК 83,8; по фенолу 98,8; по МФК 98,0 по АЦ 97,5 по ПГ 85,0.

Пример 2

Способ осуществляют так же, как описано в примере 1, но рН сточной воды доводят до 10,5. При этом эффективность снижения загрязнений на стадии аэробной очистки в биореакторе следующая, %: по ХПК 84,0; по фенолу 98,9; по МФК 98,2; по АЦ 97,5; по ПГ 85,0.

Пример 3

Способ осуществляют так же, как описано в примере 1, но время пребывания сточной воды в колонне составляет 0,4 часа. При этом эффективность снижения загрязнений на стадии аэробной очистки в биореакторе следующая, %: по ХПК 84,5; по фенолу 98,9; по МФК 98,2; по АЦ 97,5; по ПГ 85,0.

Пример 4

Способ осуществляют так же, как описано в примере 1, но температура куба колонны составляет 104°С. При этом эффективность снижения загрязнений на стадии аэробной очистки в биореакторе следующая, %: по ХПК 85,0; по фенолу 99,0; по МФК 98,4; по АЦ 97,9; по ПГ 85,0.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность очистки концентрированных сточных вод, содержащих наряду с ароматическими углеводородами и их производными такие микробные токсиканты, как пероксиды и альдегиды, специальным микробным сообществом, упростить технологию биологической очистки и снизить затраты при очистке указанных сточных вод.

Обработка сточных вод при температуре в кубе колонны менее 98°С, или при времени обработки сточных вод менее 0,2 часа, или до рН менее 9,5 приводит к существенному снижению эффективности разложения пероксидов и снижению эффективности аэробной стадии очистки.

Способ очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, включающий аэробную обработку штаммами бактерий Pseudomonas sp.ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp.ВКЛМВ-3892, отличающийся тем, что перед стадией аэробной обработки проводят предварительную очистку сточных вод от пероксидов и альдегидов путем последовательных этапов обработки сточных вод раствором щелочи до величины рН не менее 9,5, разгонки обработанного потока при температуре куба колонны не менее 98°С и времени пребывания не менее 0,2 ч, причем на стадию аэробной обработки направляют кубовый продукт колонны, а верхний продукт колонны направляют на утилизацию.