Введение к работе
Актуальность проблемы. К числу важнейших социальных заказов, адресованных современной науке, относится разработка н промышленная реализация биотехнологических основ для решения нестандартных задач охраны окружающей среды от химического загрязнения промышленными отходами я выбросами. Одним из крупнейших нефтехимических предприятий России и Татарстана является Акционерное Общество "Нижнекаыскнефте-хим" (АО НКНХ), которое производит в больших объемах нефтехимическую продукцию широкого ассортимента: дивинил, изопрен, бутиловый и изопреновый каучуки, стирол, этилен, пропилен, гликолн, поверхностно -активные вещества н другие продукты. В качестве сырья используются нефть, бензины, пиролизные фракции и другие нефтепродукты и вспомогательные материалы. Производство нефтехимической . продукции неизбежно сопряжено с образованием того или иного количества сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов, содержащих сложные сочетания химических загрязнений, специфичных для конкретных производственных комплексов. Это и компоненты исходного нефтяного сырья, в продукты нефтепереработки, и отходы собственно нефтехимия.
В связи с повышением требований к экологизации нефтехимических производств возрастает актуальность исследований, направленных на совершенствование существующих н создание новых экономичных и доступных технологий обезвреживания выбросов.
Среди применяемых методов очистки промышленных стоков биологическая очистка является наиболее распространенной, а на практике в большинстве случаев единственно возможной. Характеризуя сообщества микроорганизмов как мощное орудие современной биотехнологии, Г.А. Заварзин справедливо отметил грандиозность масштабов "микробнологя-ческпх про- -изводств по очистке стоков" в сравнении с другими сферами использования микробных сообществ (Заварзин, 1987).
Для современной нефтехимии очень актуальна проблема отрицательного воздействия на воздушный бассейн урбанизированных территорий газовых выбросов, содержащих целый ряд специфичных поллютантов. В частности, процесс аэробной биологической очистки сточных вод традиционно осуществляется в открытых резервуарах, что сопряжено с выделением в атмосферу газообразных загрязнений, количество л состав которых зависят как от характера очищаемых сточных вод, так и от состояния очистных сооружений. В составе газов, выделяющихся при очистке промышленных сточных вод, могут присутствовать как летучие органические вещесва, входящие в состав очищаемой жидкости, так н летучие продукты
A-
метаболизма биоценоза, осуществляющего очистку.
Эволюция микрофлоры очистных систем химических и нефтехимических производств определяется особенностями формирования и функционирования биоценоза в условиях стрессовых воздействий токсикантов. Изучение популяционной структуры активного ила, метаболического потенциала и физиологических особенностей доминирующих групп микроорганизмов, выявление организмов с наиболее адекватными деструктивными способностями имеют первостепенное значение при создании базы для управления микробиоценозом очистных систем. В связи с этим, публикации, характеризующие тенденции развития исследований по проблеме обезвреживания отходов нефтехимии (Somerviller, 1985; Eckenfelder, 1988; Hamer et al., 1989; Артюшин с соавт., 1996; МаИ et al., 1997), свидетельствуют о необходимости изучения технологического аспекта функционирования очистных систем в сочетании с фундаментальным подходом к их биологической сущности.
Цель и задачи работы Цель настоящей работы - научное обоснование, разработка и внедрение усовершенствованной биотехнологии очистки нефтехимических сточных вод и сопутствующих ей газовых выбросов. Для достижения этой цели предстояло решить следующие задачи:
Изучить структуру микробиоценоза активного ила биологических очистных сооружений (БОС) АО НКНХ; выявить ее характерные изменения в различных условиях функционирования очистных сооружений.
Осуществить скрининг доминирующей микрофлоры на флокообра-зующую активность и способность к деструкции основных загрязнений изучаемых сточных вод. Создать банк специализированных штаммов микроорганизмов.
Используя полученные данные, изучить возможность интенсификации деструктивных процессов и улучшения технологических свойств активного ила промышленных очистных сооружений АО НКНХ.
Смоделировать усовершенствованный процесс очистки сточных вод в лабораторных условиях.
Разработать технологию очистки газовых выбросов, образующихся при функционировании БОС АО НКНХ.
Осуществить авторский надзор за внедрением новой биотехнологии очистки и обезвреживания жидких и газообразных отходов.
Научная новизна Впервые проведенное изучение популяционной структуры микробиоценоза активного ила БОС нефтехимического комплекса выявило ограниченный спектр родовой принадлежности доминирующей микрофлоры, что обусловлено, вероятно, длительным селективным прессом со стороны специфического сочетания устойчивых и токсичных компонентов сточных вод.
Создан банк штаммов микроорганизмов с разносторонним метаболическим потенциалом в отношении компонентов изучаемых сточных вод. У штамма Rhodococcus sp. НКЇ выявлено сочетание адекватных метаболических возможностей, флокулирующеи активности и токсикотолерантности. Продемонстрирована принципиальная возможность использования данного организма для оценки состояния и прогноза эффективности очистки, а также для интродукции в активный ил с целью активизации деструктивных процессов и управления седиментацией активного ила.
Создана стратегия адекватной коррекции технологии промышленного процесса очистки сточных вод на базе данных о структуре и свойствах микробиоценоза активного ила.
Практическая значимость Результаты данной работы положены в основу исходных данных при создании проекта реконструкции БОС АО НКНХ. ;
Внедрены в промышленных условиях:
усовершенствованная биотехнология очистки сточных вод, основанная на создании условий, способствующих реализации метаболического потенциала и флокулирующеи активности бактериального сообщества акпга-ного ила в промышленных очистных сооружениях и на управлении процессом очистки на основе биотестирования;
биотехнология очистки газовых выбросов, образующихся в процессе очистки сточных вод от летучих и токсичных загрязнений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на YII съезде Всесоюзного микробиологиче
ского общества (Алма-ата,1985), Всесоюзной конференции "Мониторинг
нефти и нефтепродуктов в окружающей среде" (Уфа, 1985), на IV Всесоюз
ной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов"
(Пущино, 1986), 14 Менделеевском съезде по общ. и прикл.химии (Минск,
1989), I Республиканской конференции по интенсификации нефтехимиче
ских процессов (Нижнекамск, 1990), Всесоюзном симпозиуме
"Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикас-
пия" (Оренбург, 1991), Всесоюзной конференции "Биотехнология и биофи
зика микробных популяций" (Алма-Ата, 1991), II Республиканской конфе
ренции по интенсификации нефтехимических процессов (Нижнекамск,
1992), 34th ШРАС Congress "Chemistry for 21 st Century", ( Beijing, China,
1993), 35th IUPAC Congress (Istanbul, Turkey, 1995), IV Республиканской
конференции по интенсификации нефтехимических процессов
(Нижнекамск, 1996), Итоговой научной конференции Казанского университета (Казань, 1997).
Публикации . По теме диссертации опубликованы 22 научные работы.
Получены три авторских свидетельства СССР, четыре патента РФ и два ев* детельства РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит в введения, обзора литературы, результатов собственных исследований, о суждения результатов, выводов, списка использованной литературы, соде; жащего 158 источников, из них 105 работ зарубежных авторов. Работа из ложена на 120 страницах машинописного текста, иллюстрирована 26 рису» ками и 11 таблицами.