Биосорбционная технология обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей

Актуальность проблемы. Проблемы связанные с загрязнением окружающей среды являются актуальными и обусловлены продолжающимся ростом антропогенного воздействия, определяемого увеличением объемов промышленных отходов, в том числе и высокотоксичных. Попадание этих отходов в водоемы сопровождается перестройкой биоценоза и приводит к нарушению экологического равновесия.

Крупнейшими источниками загрязнения водной среды на сегодняшний день являются предприятия машиностроительной, химической и нефтехимической промышленности. Основными отходами машиностроения являются шлаки, компоненты образующиеся и сопровождающие механическую обработку металлов. Примером таких отходов являются отработанные смазочные охлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ представляют собой водную эмульсию минерального масла, стабилизированную ПАВ и различными органическими добавками, предназначенными для предотвращения преждевременного старения эмульсии. В процессе использования СОЖ теряет свои технологические свойства и нуждается в замене свежей [1]. Отработанная СОЖ относится к 3 классу опасности, ПДК одного из основных компонентов СОЖминерального масла в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 5 мг/мЗ, ЛД 50 =7000 мг/кг.

Республика Татарстан является крупнейшим машинои авиастроительным центром РФ (КамАЗ, КАПО им. С. П. Горбунова, Казанский вертолетный завод и др.).

Актуальной является проблема обезвреживания отработанной СОЖ. В настоящее время наиболее распространенными являются физико-химические и термические методы обработки отработанной СОЖ. Однако, с экологической точки зрения, данные методы не являются оптимальными, так как при их использовании образуются вторичные отходы, требующие дополнительной очистки. Так на ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (ОАО КМПО) образуется около 550 м³ отработанных СОЖ в год. Образующаяся после их реагентной обработки сточная вода, составляющая 95% первоначального объема, поступает на биологические очистные сооружения с ХПК около 300 мг/л. Оставшиеся 5% отходов подвергаются захоронению в виде высокотоксичных шлаков.

Существующие традиционные биологические методы обработки в аэробных условиях не позволяют обезвреживать высококонцентрированные сточные воды, содержащие трудно окисляемые органические вещества. Поэтому повышение эффективности и надежности биологических методов очистки сточных вод является важной экологической задачей. Одним из способов повышения эффективности биологической очистки является внедрение биофизикохимических методов, в частности биосорбции, основанной на совместной во времени и пространстве биологической и адсорбционной очистки сточных вод.

В данной диссертации исследована возможность биосорбционной обработки отработанной СОЖ ОАО КМПО в анаэробных условиях.

Диссертационная работа выполнена в соответствии со следующими комплексными программами и исследовательскими проектами «Программа по развитию приоритетных направлений науки в Республике Татарстан на 2001;2005 год» по направлению «Экологическая безопасность Республики Татарстан».

Цель работы состоит в разработке биосорбционной технологии обработки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести исследование параметров отработанных СОЖ;

2. Исследовать характеристики и свойства адсорбентов, используемых для биосорбционного способа обработки отработанных СОЖ;

3. Исследовать эффективность различных адсорбентов при биосорбционном способе обработке отработанных СОЖ;

4. Изучить кинетику и динамику процессов адсорбционной и биосорбционной обработки отработанных СОЖ;

5. Разработать технологические рекомендации для промышленного внедрения биосорбционного метода обработки отработанных СОЖ;

6. Разработать и реализовать алгоритм математического описания процессов биосорбционной обработки отработанных СОЖ в анаэробных условиях.

Научная новизна.

1. Впервые исследован биосорбционный способ обработки отработанных СОЖ, позволяющий достичь показателей, удовлетворяющих требованиям нормативов для сброса в водоемы;

2. Впервые проведены систематические исследования по биосорбционной обработке отработанных СОЖ с использованием промышленных адсорбентов и адсорбционных материалов отходов производств;

3. Экспериментально установлены оптимальные параметры процесса биосорбционной обработки отработанных СОЖ;

4. Впервые разработана математическая модель анаэробного биосорбционного процесса обработки отработанных СОЖ.

Практическая значимость.

Разработана технология биосорбционного процесса обезвреживания отработанных СОЖ, позволяющая эффективно заменить традиционные методы их переработки.

Проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии для утилизации отработанных СОЖ ОАО Казанского моторостроительного производственного объединения, метод рекомендован для внедрения на данном предприятии. При этом суммарный экономический эффект от внедрения предлагаемой биосорбционной технологии обезвреживания отработанной СОЖ, включающий капитальные, эксплуатационные затрат и предотвращенный эколого-экономический ущерб составил 993 117 руб/год при использовании ГАУ СКТ-3 и 1 027 517 руб/год при использовании диатомита.

Предложено использование в качестве адсорбентов продукта, полученного в результате процесса пиролиза изношенных шин и резиновых отходов, для утилизации отработанных СОЖ биосорбционным методом. I.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: 1-ом Международном конгрессе «Биотехнологиясостояние и перспективы развития» (Москва, 2002, 2003, 2005), конференция Академии наук РТ «Актуальные экологические проблемы РТ» (г. Казань, 2003, 2004), «Новая Геометрия Природы (Казань, 2003), научно-практической конференции «Экологические технологии в нефтепереработке и нефтехимии» (Уфа, 2003), международной научной конференции «Contaminated Soil 2003 «(Gent, Belgium 2003), I Всероссийская конференция «Актуальные проблемы защиты окружающей среды» (Улан-Удэ, 2004), научная конференция «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань, 2004).

Публикации.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 7 статьях и 9 тезисах докладов.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка, включающего 101 наименование. Работа проиллюстрирована 23 рисунками и 19 таблицами. Приложение занимает 11 страниц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящее время наиболее распространенными методами обезвреживания отработанной СОЖ являются физико-химические методы, которые имеют существенные недостатки. Поэтому повышение эффективности и надежности методов очистки сточных вод является важной экологической задачей.

Биосорбционный способ имеет ряд преимуществ, сочетая в себе два процесса — физической адсорбции загрязнений и их билогической утилизации. Этот метод может эффективно заменить традиционные методы утилизации отработанной СОЖ, при этом снизить эксплуатационные расходы и избавиться от большого количества вторичных отходов.

К основным выводам по результатам настоящей диссертации можно отнести следующие:

1. Исследование параметров отработанных СОЖ машиностроительного предприятия г. Казани показал, что состав их зависит от их промышленной ¦ «¦ марки, но не имеет принципиальных отличий, при этом практически любая СОЖ может подвергаться полному биоразложению. В настоящее время не существует метода их наиболее полной утилизации и переработки.

2. Исследованы адсорбционные свойства ГАУ СКТ-3, диатомита, ТОП-Н, ТОП-ЗО и ТОП-50 к основным компонентам СОЖ. Показаны преимущества ТОП-ЗО и ТОП-50 при адсорбции составляющих СОЖ. При адсорбции отработанной СОЖ показано, что наиболее эффективными адсорбентами являются активированный уголь, ТОП-50 и диатомит.

3. Биосорбция позволяет достичь нормативных значений по ХПК на.

• ¦ «¦ выходе при более высокой нагрузке до 1500 мг/л. Микроорганизмы лучше переносят «залповые» нагрузки до 4400 мг/л за счет адсорбции загрязнений и иммобилизации микроорганизмов на поверхности адсорбентов.

4. Использование анаэробных микроорганизмов в значительной мере решает сложную проблему избыточного ила за счет невысокого прироста анаэробного ила (околр 14% за 50 суток эксперимента), при реагентной обработке образуется около 30 т токсичных отходов, требующих дополнительной утилизации;

5. Разработана технологическая схема обработки отработанных СОЖ биосорбционным методом.

6. Построена математическая модель биосорбционного процесса и выполнена ее программная реализация, которая показала совпадение с экспериментальными данными.

7. При внедрении данного метода предотвращенный эколого-экономический ущерб, наносимый окружающей среде составит 315 278,6 руб/год. Экономический эффект с учетом капитальных и эксплуатационных затрат при использовании ГАУ СКТ-3 составит 684 137 руб/год, диатомита -718 537 руб/год, по сравнению с ныне эксплуатируемой реагентной обработкой.