Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Гигиенические аспекты микробиологии и биотехнологии очистки промышленных сточных вод при добыче и переработке высокосернистого углеводородного сырья Прикаспия

р ~

'' ^ ол

министерство здравоохранения " российской федерации

оренбургский государственный медицинский институт

На правах рукописи ЦИНБЕРГ Марк Беньяминович

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МИКРОБИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ вод ПРИ ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ВЫСОКОСЕРНИСТОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ПРИКАСПИЯ

(специальность 14.00.07 — гигиена)

Диссертация

на соискание ученой степени доктора медицинских наук в форме научного доклада

Оренбург, 1993

■

Работа выполнена в Волго-Уральском научно-исследовательском и проектном.институте Государственного предприятия «Оренбурггазнром» и научно-производственном предприятии «Экооиос».

Научные консультанты: — доктор биологических наук, профессор Гвоздпк П. И. — доктор медицинских наук, профессор Лебедева И. В.

Официальные оппоненты: — доктор медицинских наук, член-

корреспондент АМН России Новиков Ю. В.

— доктор медицинских наук Глоба А. И.

— доктор медицинских наук, профессор Боев В. М.

Ведущее учреждение — Научно-исследовательский институт

экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. II. Сысина РАМН

Защита состоится « » 1994 г.

в « -£,0 » часов на заседании Специализированного Совета Д 0°4 51.01 при Оренбургском государственном медицинском институте по адресу: 460014, г. Оренбург, ул. Советская, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке медицинского института по адресу: г. Оренбург, Парковый проспект 7, корпус 3.

Научный доклад разослан « 1993 г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета, кандидат медицинских наук, доцент

М. Н. Воляник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Газовая промышленность является одной из основных отраслей, определяющих высокие темпы развития народного хозяйства. В период 1970-1990 гг. в Прикаспийском регионе, отличающемся маловодностью, открыты и введены в разработку супергигантские высокосернистые нефтегазо-конденсатные месторождения (НГКМ), в том числе Оренбургское, Астраханское, Карачаганакское и Тенгизское.

При их эксплуатации выявился комплекс природоохранных и гигиенических проблем, связанных с защитой гидросферы от загрязнения высококонцентрированными промышленными сточными водами, рациональным использованием полных ресурсов, созданием систем замкнутого водоснабжения предприятий (Новиков, 1992).

Широко распространенный биохимический метод очистки промышленных сточных вод активным илом с традиционными элементами глубокой доочистки оправдал себя при обезвреживании хозбытовых или промышленных сточных вод. имеющих относительно стабильный состав и невысокие концентрации загрязнений. В связи с этим.актуачьными являются исследования, направленные на селекцию и изучение свойств микроорганизмов -деструкторов ксенобиотиков с последующей разработкой на их основе биотехнологии очистки промышленных сточных вод. Микробные биотехнологии рассматриваются нами, во-первых, как процессы, необходимые для локальной очистки высококонцентрированных промстоков; во-вторых, в качестве ресурса специализированных микробных биоценозов, которые, при необходимости, можно использовать в промысловой практике для решения проблем компонентоотдачи пластов.

К моменту выполнения настоящей работы подобных исследований в отношении объектов и предприятий газохимических комплексов Прикаспия не проводилось.

Диссертация выполнена в соответствии с программой ГКНТ СССР 0.04.05, общесоюзной программой ГКНТ СССР 0.48 "Охрана природы", Комплексной программой научно-технического прогресса стран - членов СЭВ до 2000 г., координационным планом АН СССР по комплексной проблеме "Микробиология", отраслевыми и институтскими программами.

Цель исследования. Формирование и разработка нового научного направления по гигиеническому обоснованию микробной деструкции органических соединений, а также решение важной народно-хозяйственной задачи по созданию и внедрению биотехнологии очистки и глубокой доочистки от ксенобиотиков промышленных сточных вод предприятий газохимических комплексов.

I /

Задачи исследования.

1. Обосновать источники формирования и химический состав промышленных сточных вод объектов НГКМ в аспекте их эк олого-гигиенической опасности.

2. Изучить токсичные и мутагенные свойства ксенобиотиков сточных вод по отношению к тест-объектам и биоценозу активного ила.

3. Получить путем селекции активных деструкторов метанола, moho-, диэтиленгликоля, диэтаноламина, метиддиэтаноламина в виде индивидуальных птаммов и сообществ микроорганизмов.

4. Исследовать деструктивную активность свободных и иммобилизовавшых клеток.

5. Разработать технологическую схему и аппаратурное оформление лабораторной, опытной, опытно-промышленной и промышленной установок и исследовать эффективность анаэробно-аэробной микробной очистки сточных вод газоперерабатывающего завода.

6. Провести исследования и разработать биотехнологию глубокой доочистки сточных вод ГПЗ. . .

7. Провести исследования и разработать биотехнологию повышения компо-ненюотдачи продуктивных пластов НГКМ на основе применения продуктов и отходов биотехнологий очистки сточных вод.

8. Внедрить по результатампромысовых и опытных работ комплекс экологических биотехнологий на объектах Оренбургского, Астраханского и Тенгиз-csoro НГКМ.

9. Разработать эколого-гигиеническую концепцию применения биотехнологий в общей системе разработки и эксплуатации высокосернистых НГКМ Прикаспия.

Научная новизна. Исследование химического состава высококонцентрированных сточных вод газоперерабатывающих предприятий и опыты по селекцго микроорганизмов-деструкторов позволили впервые показать возможность i гагиеническую целесообразность биологической очистки этих вод. Выделень высокоактивные штаммы культур - деструкторов этиленгликоля, диэтаноламина метанола и ассоциации бактерий, утилизирующих этиленгликоль и диэтанала' иин, установлены некоторые симбиотические отношения ассоциатов.

Показано, что дегвдрогеназная активность иммобилизованных деструкторо! превышает активность свободных, изучены изоферментные спектры дегидрогена: этиленгликоля. В периодическом режиме исследован процесс иммобилизацш клеток в биореакторе и предложен критерий их иммобилизации, основанный h¡

тенденции к повторному увеличению выхода биомассы свободноплавающих клеток,что свидетельствует о насыщении носителей биомассой микроорганизмов.

Предложены способы микробной очистки сточных вод газоперерабатывающих заводов от метанола, этиленгликолей и аминоспиртов, защищенные авторскими свидетельствами СССР и зарубежными патентами.

Рассмотрены и обоснованы варианты применения свободноплавающих и иммобилизованных микроорганизмов-деструкторов для очистки сточных вод от низкомолекулярных органических соединений.

Установлены особенности формирования пространственной сукцессии микроорганизмов и трофической цепи гидробиошов в многосекционном анаэробно-аэробном биореакторе. Впервые показано, что тест-организмом на присутствие в сточных водах этиленгликоля и диэтаноламина является равноресничная инфузория рода Со1рос1а.

Впервые обнаружено, что процессы анаэробной сульфатредукции и последующей аэробной минерализации взвеси активного ила, задержанной при фильтровании биологически очищенных сточных вод через слой, дробленой серы, протекают значительно интенсивнее, чем на фильтрах-, загруженных другими инертными материалами. Исследованы процессы микробной регенерации сгрной загрузки без промывки фильтра водой. Установлена зависимость эффективности биологической регенерации активного угля после доочистки сточных вод от его пористой структуры и разработана на основе этих исследований рациональная технология микробно-адсорбционной доочистки таких вод с биологической регенерацией адсорбента.

Впервые разработаны научные представления о целесообразности использования анаэробных сообществ, очищающих сточные воды, для создания микробиологического метода повышения компонентоотдачи продуктивных пластов. На основе полученных результатов впервые дано обоснование процессов биогенного восстановления твердых сульфатов геологических пород с использованием метанола в качестве субстрата анаэробных микроорганизмов.

Совокупность полученных данных представляет собой существенный и принципиально новый вклад в гигиеническое обоснование применения экологических микробных биотехнологий в системе природоохранных мероприятий при добыче,промысловой подготовке и переработке высокосернистого углеводородного сырья.

Практическая ценность работы. Создана коллекция штаммов - деструкторов метанола, этиленгликоля и диэтаноламина для практической микробной очистки промстоков. В аппарате интенсивного массообмена установки БВК опытного завода "Маема" (г. Доогобыч, Украина) проведены опытно-промышлен-

I •

I /

ные испытания метода микробной очистки от метанола газопромысловых сточных вод с использованием дрожжей Hausenula polymorpha и бактерий Methylomonas methanica.

В результате достигнута высокая эффективность (99,0-99,5%) очистки стоков от метанола и наработана опытная партия дрожжевой (52 кг АСВ) и бактериальной (500 кг АСВ) биомассы, содержащей более 60% общего белка, проведены успешные зоотехнические испытания данных препаратов БВК.

В промышленных условиях осуществлена оценка состояния активного ила по четырем категориям качества, послужившая .основой для составления рекомендаций по использованию гидробиологических показателей в производственном контроле очистки воды на Оренбургском, Астраханском и Тенгизском ГПЗ. Разработанный способ оценки состояния активного ила включен в регламент контроля на очистных сооружениях Оренбургского ГПЗ и ПО "Салаватнефтеор-гсинтез". Предложенный биохимический принцип регуляции подачи загрязнений в аэротенк, основанный на определении дегидрогеназной активности ила, позволил увеличить окислительную мощность промышленных сооружений в 1,21,6 раза, сократить время аэрации," увеличигь дозу ила с улучшением очистки в целом на биологических очистных сооружениях Оренбургского ГПЗ.

Процесс микробной очистки сточных вод газоперерабатывающего"завода от этиленгликсшя,'диэтаноламина и метанола прошел испытания в 1985-86 гг. на опытной установке производительностью 0,1 мЗ/сут, а в 1987-91 гг. и на опытно-промышленной установке производительностью 18 мЗ/сут. Очищенная вода пс физико-химическим показателям не уступает условно чистым промстокам v может в общем потоке с ними подвергаться дальнейшей очистке и использовать« в оборотной системе водоснабжения газзавода. Причем, установлено, что смешение очищенной воды с условно чистыми промстоками обогащает активный ш существующих биологических сооружений микроорганизмами, утилизирующим! основные загрязнители сточных вод газоперерабатывающих заводов, и способ ствует улучшению состояния активного ила.

Разработан и испытан в промышленных условиях способ биорегенерацю зернистого серного фильтра, позволяющий увеличигь длительность фильтроцик ла, снизить практически до нуля расход воды на промывку и исключить щламовьк сбросы. Использование разработанного процесса биорегенерации активного ут в опытно-промышленных установках адсорбционной доочистки БОСВ ПГ позволяет в 4 раза увеличить рабочий период адсорбционного фильтра. За сче этого снижена величина энергозатрат на восстановление адсорбционной актив ности угля и сокращены необратимые потери адсорбента в многоцикловом

процессе.

В реальных промысловых условиях Оренбургского ГКМ впервые проведены биообработки 7 скважин различными объемами и вариантами биосоставов на основе продуктов биотехнологии очистки воды. Во всех случаях были достигнуты: увеличение концентрации сероводорода (до 50%) и метана (до 1%) от их первоначального уровня в газовой фазе, рост статического устьевого давления, изменения фильтрационных свойств пласта, достоверное увеличение дебита скважины по газу и конденсату с одновременной внутригшастовой очисткой воды от метанола.

Внедрение результатов. Результаты проведенных исследований использованы при составлении и разработке следующей научно-технической и проектной документации: "Обосновывающие материалы проектирования бессточного водоснабжения предприятий ВПО "Оренбурггазпром" (Оренбург, 1984); "Технологический регламент на проектирование опытно-промышленной установки локальной микробиологической очистки сточных вод от диэтаноламина,этиленгликоля и метанола" (Оренбург, 1985); "Технологический регламент на проектирование опытно-промышленной установки доочистки сточных вод Астраханского ГПЗ" (Оренбург, 1983); "Технический проект опытно-промышленных испытаний микробиологического процесса повышения нефтегазоотдачи" (Оренбург,1986); "Рабочий проект опытно-промышленной установки локальной микробиологической очистки промстоков" (Оренбург,1986);"Обустройство Тенгизского нефтяного месторождения (1 очередь,опьггно-промышленная эксплуатация),корректировка т.1,кн.2,ч.Ш. Охрана гидросферы и почв" (Оренбург, 1987); рабочий проект "Опытнопромышленная установка глубокой доочистки сточных вод" 1032-01 ГПИ "Харьковский сантехпроект" (Харьков, 1987); рабочий проект "Опытная установка микробиологической очистки аминовых стоков. Обустройство Тенгизского нефтяного месторождения, объекты ЦПС" 47-1232-03-62/30ВК п.З. ВНИ-ПИГазпереработка (Краснодар, 1988); "Временный технологический регламент на эксплуатацию установки интенсивной биологической очистки сточных вод 1У очереди Оренбургского ГПЗ" (Оренбург, 1990); проектноконструкторская документация "Устройство микробной очистки сточных вод УМОС".-2.00.00.000.ПС (Краснодар,1989); "Рекомендации по применению продуктов и отходов биотехнологии очистки сточных вод для повышения компонентоотдачи сероводородсо-держащих нефтегазоковденсатных пластов" (Оренбург,1990).

По указанным проектам построены и при непосредственном участии автора пущены в эксплуатацию следующие установки: опытно-промышленная установка "Биод" глубокой доочистки БОСВ Оренбургского ГПЗ производительностью 50 мЗ/сут (1984); опытно-промышленная установка "Трофактор" микробной

очистки химзагрязненных промстоков Оренбургского ГШ производительностью 18 мЗ/сут (1987) и производительностью 250 мЗ/сут (1989); промышленная установка "Трофактор" микробной очистки промстоков Оренбургского ГПЗ производительностью 1400 мЗ/сут (1990); промышленная установка "Биод" биохимдоочистки промстоков Оренбургского ГПЗ производительностью 1400 мЗ/ сут (1991); промышленная установка "Трофактор" микробной очистки диэтаноламинсодержащих сточных вод Тенгизского ГПЗ (1991); два блок-бокса "Трофактор" микробной очистки сточных вод по 250 мЗ/сут каждый (1993).

Годовой экономический эффект (в ценах 1984 г.) от внедрения разработанной технологии доочистки 'сточных вод при проектировании Астраханского ГПЗ составил 1766 тыс.руб.;опытно-промышленной установки"Трофактор" микробной очистки химзагрязненных стоков Оренбургского ГПЗ -166,3 тыс.руб.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на: II Всесоюзн.конференции"Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды" (Пущино, 1979); Всесоюзн.симпозиуме "Аналитика воды-82" (Одесса,1982); 1 Всесоюзн.конференции "Микробиология очистки воды" (Киев, 1982); Всесоюзн.симпозиуме "Химический мутагенез в селекции технических культур" (Москва,1982); Всесоюзн.симпозиуме "Обобщенные показатели качества вод-83. Практические вопросы биотестирования" (Черноголовка,1983); УП съезде Всесоюзн.микробиологического общества (Алма-Ата, 1985); Всесоюзн.конференции "Биоценоз в природе и промышленных условиях". (Пущино,1985); Всесоюзн.конференции "Иммобилизованные клетки" (Пущино,1985); Всесоюзн.семинаре "Микробиология охраны биосферы", ИКХХВ АН УССР (Киев,1986); Всесоюзн.конференции "Микробиологические методы защиты окружающей среды" (Пущино, 1988); Всесоюзн.симпозиуме "Биотехнологические и химические методы охраны окружающей среды" (Самарканд, 1988);региональном совещании гидробиологов Урала "Водные экосистемы Урала, их охрана и рациональное использование" (Свердловск, 1988); ХП Международн.конферсндии по геохимическим проблемам разведки и добычи нефти и газа"Петролгеохим" (Ссшьнок, Венгрия,1988); Международн.конгрессе "Бактериология и микология" Интернационального союза микробиологических обществ (Осака,Япония, 1990); У1 съезде Всесоюзн. гидробиологического общества (Мурманск, 1991); Международн.симпозиуме "Проблемы токсикологии и прикладной экологии" (Москва-Пермь, 1991); Всесоюзн.симпозиуме "Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия"(Оренбург,1991); Международн.симпозиуме "Экология промышленных городов"(ОдессаД991);на ряде научно-технических совещаний в Мингазпроме, Миннефтегазпроме СССР

/

и Госкомприроде России. Доклад по материалам диссертации включен в пленарную программу Международной конференции Ассоциации инженеров-нефтяников и буровых подрядчиков (Новый Орлеан, США, 1992).

Материалы диссертации в составе экспоната "Новая технология глубокой очистки сточных вод и разработка системы замкнутого водоснабжения предприятий по переработке сернистых природных газов" были представлены в 1983-84 гг. на межотраслевой выставке "Очистка сточных вод и газовых выбросов в атмосферу" и отмечены серебряной и двумя бронзовыми медалями ВДНХ СССР. В 1985 г. экспонат "Новая биотехнология очистки сточных вод газохимических комплексов" был представлен'на Всемирной выставке достижений молодых изобретателен "Болгария-85" в Пловдиве и награжден золотой медалью и дипломом, а в составе экспозиции "Ученые Оренбуржья - народному хозяйству" в 1986 г. отмечен золотой золотой и бронзовой медалями ВДНХ СССР.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 115 печатных работах, в том числе: 6 обзорах, 19 журнальных статьях, 31 авторском свидетельстве СССР, 3 патентах Франции, 2 патентах Италии, 3 патентах Великобритании, 3 патентах Индии, 2 патентах Австрии, 1 патенте Германии.

Большинство экспериментальных данных, представленных в работе, получено диссертантом в соавторстве с группой сотрудников лаборатории биотехнешо-гических методов охраны окружающей среды ВолгоУралНИПИгаз и НПП "Экобиос", работавших под научным руководством автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами служили локальные сточные воды промысловых установок комплексной подготовки газа Оренбургского газопромыслового управления; установок регенерации этиленгликоля и диэтаноламина; условно чистые производственные сточные воды и активный ил окситекков Оренбургского и Астраханского ГПЗ; реальные диэтаноламинсодержащие сточные воды Тенгизского ГПЗ; эксплуатационные скважины Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ); биомасса микроорганизмов-деструкторов; культуральная жидкость; лабораторные, опытные, опытно-промышленные и промышленные биотех-нсшогические установки очистки сточных вод.

Токсичность метанола, этиленгликоля, диэтаноламина и сточных вод отдельных установок определяли ингибированием дегидрогеназной активности ила

(Парамонов и соавт., 1976), разработанным нами способом определения степени

-

I /

разрушения биомассы активного ила (Цинберг и соавт., 1981); биотест-реакцией с использованием Paramecium caudatum и измерительной системы "Биотестер". Мутагенные свойства ксенобиотиков исследовали в тесте Эймса, используя набор стандартных штаммов Salmonella typhimurium ТА97, ТА98, ТА100, ТА102, ауксотрофных по гистидину, каждый из которых содержит определенный тип мутационного изменения в гистидиновом опероне (Ames, 1983).

Микроорганизмы - деструкторы ксенобиотиков и их ассоциации селекционировали из активного ила окситенков, почвы, предварительно обработанной загрязняющими веществами, промысловых и заводских сточных вод в высоких концентрациях. Выделение аэробных культур проводили на синтетических средах, представляющих собой солевой фон с добавками ксенобиотика (Ненашева, 1989). Аэробные углеводородокисляющие бактерии культивировали на минеральной среде (Raymond, 1961) в присутствии гексадекана, нефти или углеводородного газового конденсата. Для выделения, культивирования и учета анаэробных бактерий использовали среды с восстановителями (Zeikus, 1977), микроэлементами и витаминами (Pfennig, 1965,1966). Сульфатвосстанавливаю-щие бактерии выращивали на жидкой среде, Видделя и Пфеннига (1981) с метанолом и лактатом, метанобразующие - на жидкой минеральной среде РВВМ (Kemaly, Zeikus, L988). Интенсивность метаногенеза определяли разработанным нами методом на'хроматографе "Intersmat" (Ивановская, Цинберг, Беляев, 1991). Количественный учет анаэробных бродильных бактерий осуществляли методом предельных разведений на жидкой среде (Feundrich, 1988). Все манипуляции при культивировании анаэробных бактерий проводили в атмосфере аргона. Таксономическую принадлежность микроорганизмов определяли, используя ряд тестов определителей (Bergey's, Manual, 1986, 1989).

При осуществлении селекции микроорганизмов-деструкторов учитывали основные положения, разработанные в отделе микробиологии очистки сточных вод ИКХХВ АН УССР.

Для иммобилизации микроорганизмов использовали нерастворимые в воде носители типа "вия" и "ерш". Накопительную культуру микроорганизмов-деструкторов получали методами проточного культивирования в среде, содержащей постепенно возрастающие концентрации субстрата, и периодического культивирования с дробным внесением ксенобиотика.

Деструктивную активность бактерий определяли в условиях периодического культивирования в колбах Эрленмейера объемом 500 мл с 200 мл среды на качалках (220 об/мин) при температуре 28...30 С, интенсивность роста оценивали по оптической плотности культуральной жидкости.

j

Для определения наличия изоферментов некоторых дегидрогеназ, собранные и отмытые от питательной среды путем центрифугирования клетки разрушали описанным ранее способом (Цинберг, 1978). Аналитический диск-электрофорез и энзимэлектрофорез в полиакриламидном геле проводили разработанными автором методами (Цинберг, 1978; Цинберг с соавт., 1980;1991).

Для идентификации простейших использовали определитель Курдса (1969) и "Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР" (1977).

Анализ сточной и очишенной воды осуществляли по общепринятым методикам химико-аналитического контроля (Лурье, 1984). Содержание этиленгликоля, метанола и диэтаноламина определяли методом газожидкостной хроматографии (Невинная, 1988) на хроматографе "Цвет-500" с пламенно-ионизационным детектором. Анализ газовой фазы на содержание метана, двуокиси углерода и сероводорода проводили методом газовой хроматографии на хроматографе 'ТгиегетаГ (Франция). Накопление биомассы микроорганизмов - деструкторов Этиленгликоля (ЭГ), диэтаноламина (ДЭА),- метанола (Ме) и исследование параметров роста биомассы проводили на лабораторном 5-ти литровом ферментере интенсивного массообмена, аппарате "АНКУМ-2" и опытно-промышленном аппарате объемом 2 мЗ с турбозжекционным аэратором конструкции СКБ "ВНИИсинтезбелок". •

Экспериментальные работы по исследованию процесса микробной очистки сточных вод ГПЗ проводили на лабораторных аэробном и анаэробном биореакторах объемом 0,1 мЗ и на опытно-промьгшленной установке объемом 18 мЗ оригинальной конструкции.

2. ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И СОСТАВА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ДОБЫЧИ, ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Изучение строения высокосернистых нефтегазоконденсатных месторождений Прикаспия позволяет сформулировать следующие геолого-промысловые особенности их эксплуатации с позиции микробиологии: продуктивные толщи приурочены к низкопроницаемым сульфатизированным карбонатным коллекторам; пластовые флюиды насыщены восстановленными элементами (сероводород, меркаптаны); пластовые воды сульфатно-хлоридного типа отличаются повышенной минерализацией и наличием метанола, постоянно нагнетаемого в скважины ( 1,5 г/мЗ газа) для предотвращения гидратообразования.

Таким образом, разрабатываемые нефтегазоконденсатные пласты представляют собой систему, достаточную по своим условиям для развития анаэробных

микробиологических процессов.

На установках комплексной подготовки газа после низкотемпературной сепарации пластовой смеси образуются метанолсодержащие газопромысловые сточные воды, не имеющие методов очистки и, в связи с этим, обезвреживаемые захоронением в подземные глубокие, поглощающие горизонты на специальных полигонах. Образованные в результате промысловой подготовки углеводородные потоки (сырой газ, нестабильный конденсат) транспортируются на газоперерабатывающий завод.

В настоящее время в странах СНГ эксплуатируются четыре завода, перерабатывающие сероводородсодержащее углеводородное сырье: Оренбургский, Му-барекский, Астраханский, Тенгизский. Технология переработки сырья на этих предприятиях однотипна и складывается из следующих процессов: абсорбционная очистка газа от кислых компонентов с применением в качестве абсорбента аминоспиртов, осушка газа с применением гликолей, получение серы по методу Клауса, фракционирование легких углеводородов ректификацией. Общность технологии производства определяет- аналогичную структуру их водопотребле-ния, а также качество и количество сточных вод, структуру и характер водоотведения. Анализ технологии предприятий позволил определить основные загрязнители сточных вод и их источники. Основными загрязнителями являются органические вещества: углеводороды С5-С10, аминоспирты, гликоли, метанол, компоненты ингибиторов коррозии, а также сероводород, элементная сера, нефтепродукты, меркаптаны. Большинство указанных соединений является ксенобиотиками и обладают высокой экологической и гигиенической опасностью для объектов биосферы. Сравнение качественного состава сточных вод свидетельствует о том, что на всех обследованных заводах они близки по составу (табл. 1). Таким образом, Оренбургский ГПЗ является типичным объектом для изучения и усовершенствования технологии очистки сточных вод на подобных предприятиях.

Сточные воды, образующиеся на Оренбургском ГПЗ, согласно действующему регламенту по степени загрязнения делятся на три категории: 1 - хозяйственно-фекальные и промышленные сточные воды для всех объектов ОГПЗ; П -промышленные сточные воды ТЭЦ, Ш - высококонцентрированные сточные воды ГПЗ. Для стоков 1 категории применяется традиционная биологическая очистка, стоки П категории после нейтрализации на ТЭЦ смешиваются с биологически очищенными сточными водами завода и откачиваются в емкость сезонного регулирования. Стоки Ш категории после механической очистки захороняют в глубокие поглощающие горизонты на специально оборудованном полигоне. Нами установлено, что сточные воды установок регенерации ЭГи ДЭА

■ I

; " /

Характеристика загрязнений неочищенных сточных вод

газоперерабатывающих заводов

Оренбургский Мубарек- Астрахапсгаш

(среднегодовые) сюш (проект)

Показатели Елш ¡шагомере-ши Слабозаг-рязненные сточные воды (смешан- Высоко-концентрированные Смешанный поток сточных вод Слабозаг-рязненные сточные воды (смешан- Высоко-копцешри-рованные

производственные сточные воды производственные сточные воды .

ный поток) ный поток)

РН 7.70 8.50 . '6.5-8.5 6.5-8.5 6-10

Взвешенные вещества мг/дмЗ 315.80 541.00 245.85 До 800

Сухой остаток мг/дмЗ 775.90 2009.40

Обшее солевое содержание мг/дмЗ 574.00 до 1000 400 • до 800

ХПК мг 0/дмЗ 381.00 до 30000 до 800 320 до 30000

БПК20 мгО/дмЗ 176.10 141.09

Сероводород и сульфиды мг/дмЗ 0.00 до 10 0 0.85 5.00

Фосфаты мг/дмЗ 0.20 11.43

Азот аммонийный мг/дмЗ 12.70 0.05 26.90

Нефтепродукты мг/дмЗ 4.00 до 1000 26.40 9.40 до 1000"

составляют 50% и более в суммарном потоке стоков III категории. Проведенный химический анализ этих сточных вод позволил отнести их к щелочным стокам с высоким содержанием таких растворенных органических веществ как этиленгликоль, диэтаноламин, метанол.

3. МИКРОБИОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МЕТАНОЛА, ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И ДИЭТАНОЛАМИНА

3.1. Токсико-гигиеническая и мутагенная характеристики изучаемых ксенобиотиков. Отмечено, что со сточными водами газовых промыслов и завода в окружающую среду регулярно поступают метанол,ЭГ,ДЭГ,ДЭА,МДЭА.

Установлено, что наиболее токсичные дозы для тест-культуры Paramecium caudatum соответствовали концентрациям веществ от 200,0 мг/л и выше, а индекс токсичности при этих дозах для всех токсикантов был максимальным - 1,0. При уменьшении концешрации вещества его токсичность для тест-культуры снижалась. При дозе ДЭА, соответствующей ПДК для водоемов (0,8 мг/л), индекс токсичности был равен 0,4. Для метанола предел проявления биотест-реакции находился в зоне 1,0 мг/л, индекс токсичности при этой дозе вещества составил 0,2, а для ДЭГ предел проявления биотест-реакции находился в зоне 10 мг/л, при индексе токсичности 0,2, что может говорить о малой токсичности веществ для тест-культуры.

Для МЭГ предел проявления биотест-реакции был выявлен в зоне 100 мг/л, индекс токсичности при этой дозе вещества составил 0,1. МДЭ А в концентрации 1 мг/л практически нетоксичен для тест-культуры инфузорий, индекс токсичности равен 0.

В соответствии с методикой Marón, Ames (1983) проведены испытания геноповреждающей (мутагенной) активности 6-ти препаратов, применяющихся в различных технологических процессах газодобычи и газопереработки и регулярно регистрирующихся в объектах внешней среды. В проводимые эксперименты включены 4 известных дефектных по утилизации гиствдина (His-) штамма Salmonella typhimurium (ТА97, ТА98, ТА100, ТА102). Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии мутагенного эффекта у всех изученных веществ в тесте Эймса. Достоверность полученных результатов подтверждается позитивным контролем, в котором число His+ ревертантов превышало спонтанный фон на 1-2 порядка. Кроме того, исследовано возможное мутагенное действие в тесте Эймса смеси изучаемых соединений (метанола, МЭГ, ДЭГ, ДЭА, МЭА, МДЭА). На основании полученных результатов можно сделать окончательный вывод об отсутствии мутагенного действия данных веществ, как для экспериментов с метаболической активацией (в присутствии S9), так и без нее.

В целях оценки возможности изучаемых соединений вызывать изменения ферментативного аппарата клеток, приводящего в отдаленном будущем к перестройке генов, осуществлена постановка SOS-хроматеста. В результате проведенных исследований получены отрицательные результаты, т.е. изученные вещества отдельно и в смеси не являются SOS-индукторами. Этот вывод имеет важное экологическое и гигиеническое значение, т.к. изученные ксенобиотики широко используются в различных промышленных технологиях.

3.2. Селекция, идентификация и изучение динамики роста культур -деструкторов этиленгликоля, диэтаноламина и метанола. Сложный состав исследуемой сточной воды, содержащей высок-ие концентрации ЭГ, ДЭА, Me, предполагает, по нашему мнению, несколько гипотетических вариантов обоснования поиска микроорганизмов-деструкторов. При этом могут существовать: один микроорганизм, обладающий ферментативными реакциями ко всем трем органическим соединениям; два микроорганизма, один из которых способен к трансформации одинаковых промежуточных продуктов метаболизма, образующихся при деструкции различных ксенобиотиков; три микроорганизма, каждый из которых трансформирует только строго определенный ксенобиотик. .

3.2.1. Селекция из природных источников, идентификация и динамика роста аэробных микроорганизмов - деструкторов этиленгликоля, метанола и диэтаноламина. При осуществлении селекции культур-деструкторов учитывали основные положения, разработанные Гвоэдяком П.И. (1982, 1985,1992), Илялет-диновым А.Н., Алиевой P.M. (i990), Куликовым Н.И. (1982).

Для прикрепления микроорганизмов использовали носители типа "ерш" и "вия". Селекцию культур-деструкторов через стадию получения накопительной культуры проводили методом проточного культивирования в среде, содержащей постепенно возрастающие концегпрации субстрата, и методом периодического культивирования с дробным внесением ксенобиотика, добавкой фосфатного биогена, при реальном pH сточных вод, иммобилизации на ершах (вии) и температурном интервале 25...30 С.

При определении родовой принадлежности выделенных культур к роду Pseudomonas отнесено 5 штаммов, к роду Arthrobacter - 6 штаммов, к роду Methylomonas - 3 штамма и по одному к родам Azotobacter и Bacillus. Идентификацию микроорганизмов до вида проводили для наиболее активных деструкторов (таблица 2).

Микроорганизмы - деструкторы ЭГ представлены в основном бактериями p.p. Pseudomonas, Arthrobacter и Azotobacter. .

Таблица 2

Микроорганизмы, утилизирующие этиленгликоль (ЭГ), диэтаноламин (ДЭА) и метанол (Ме)*

I

и

Ксенобиотик

HN

2 .

7.

10.

16

15 5

13 12

11

11 10

9 23

5 15

+ + +

18 10

+ + +

25 8 10

К=Дсут./Дисх. |Вариант

|-;-1-1-1-1-1 выделен.

Культура I ЭГ | ДЭА I Ма ! ЗГ | ДЭА | Ме | культуры

Azot-obacter vinelandii Pseudomonas aureofaciens ++ Arthrobacter picolinophilus ++ Arthrobacter 1 + Pseudomonas putida 1 +

Pseudomonas putida 2 +

Pseudomonas putida 3 +

Arthrobacter paraffineus + Arthrobacter terregens 1 +

Arthrobacter terregens 2 Pseudomonas 1 + Bacillus subtilis

Arthrobacter 2 -Methylomonas methanica Dg Hethylomonas 1 Methylomonas 2 -

l.

6.

s.

9.

++ - высокая деструктивная активность; + - средняя деструктивная активность; - - отсутствие деструктивной активности; К - коэффициент роста оптической плотности за 24 часа; * - концентрация ксенобиотиков в среде - 1 г/л.

/

Самым активным деструктором ЭГ из всех бактерий р. Pseudomonas является штамм P.aureofaciens. У него короткая лаг-фаза и за 24 часа культивирования оптическая плотность культуральной жидкости возросла в 16 раз. Эта культура является основной составляющей ЭГ усваивающей синтрофной ассоциации, которая будет рассмотрена далее.

Среди культур, усваивающих ЭГ, Azotobacter vinelandii обладает самой высокой деструктивной активностью по отношению к исследуемому ксенобиотику. Культура способна утилизировать ЭГ при различных источниках азота в среде. На среде с 1 г/л ЭГ при наличии аммонийного азота значительно увеличивается выход биомассы: оптическая плотность культуральной жидкости возрастает в 28 раз к 24 часам культивирования, при этом полностью потребляется субстрат, pH среды снижается с 8,2 до 6,15. Рост культуры в присутствии атмосферного азота незначительный: оптическая плотность культуральной жидкости увеличивается всего в 7-8 раз к 24 часам культивирования, количество ЭГ снижается только на 25%, pH снижается до нейтрального значения.

В связи с тем, что эта культура является активным деструктором ЭГ, представляло интерес изучить ее окислительные возможности по отношению к другим загрязнителям сточных вод ГПЗ, а именно к ДЭА и Me. Экспериментальные данные показали, что Az.vinelandii не утилизирует ни ДЭА, ни Me (рисЛ ). А на среде с ЭГ в присутствии ДЭА и Me культура ведет себя аналогично, как на среде ЭГ и атмосферным азотом. Таким образом, культура не усваивает органические формы азота (ДЭА), а последний и Me не ингибируют рост на ЭГ в присутствии традиционного источника азота.

Микроорганизмы - деструкторы ДЭА представлены в основном бактериями p. Arthrobacter (4 штамма), среди выделенных культур есть также бактерии p.p. Pseudomonas и Bacillus (по 1 штамму).

Рост штаммов Pseudomonas 1 и Bacillus subtilis на среде с ДЭА по экспериментальным данным ниже, чем у культур, относящихся к р. Arthrobacter. Поэтому поиск активного деструктора ДЭА проводился среди бактерий этого рода. Согласно тестам по идентификации один штамм этого рода относится к A.paraffineus, 2 штамма - к A.terregens и один - Arthrobacter sp., незначительно усваивающий ДЭА, определен до рода.

Динамика роста этих культур на среде с 1 г/л ДЭА проиллюстрирована на рис. 2. ДЭА в среде одновременно является источником и углерода и азота. Особый интерес представляет культура A.paraffineus с ярко выраженными деструктивными свойствами по отношению к ДЭА. У этого штамма короткая лаг-фаза, а на стационарную фазу роста культура выходит через сутки при увеличении биомассы в 23 раза. Опытным путем также было установлено, что штамм

I /

Динамика роста культуры — деструктора этиленгликоля А2ои>Ьас1ег Уше1ап<1П в зависимости от субстрата в среде

Д.ед.оптическхэй плотности

Концентрация ЭГ,мг/л:с10 3

Э1ЧДЭЛ к Ые

дея

эг

ЭГ+ДЭА ж Ые

Рис 1

Динамика роста культур р.Аг1ЬгоЬас1ег на среде с диэтаноламином

час

- ¿.рытИпии —А.|т*|аи I

-•- 1Ьт(Ш 2 -»- Лг<1ж>Ь«сиг «р.

Рис г

A.paraffineus способен утилизировать ЭГ и не усваивает Ме. Присутствие этих веществ в среде с ДЭА ингибирует рост культуры, выход биомассы снижается в 2,5 раза по сравнению с ростом культуры на одном ДЭА. Поведение остальных культур р. Arthrobacter аналогично по отношению к ЭГ и Ме.

Среди выделенных культур три штамма растут только на метаноле. Все они относятся к р. Methylomonas, наиболее активный штамм идентифицирован как M.methanica Dg. Эта культура имеет очень короткую лагфазу - 4 часа, а к 26 часам культивирования она достигает увеличения выхода биомассы в 25 раз, потребляя при этом весь субстрат, pH среды за это время снижается с 7,5 до 4,8. Экспериментально также установлено, что ЭГ и ДЭА не ингибируют рост культуры M.methanica.

Динамика роста бактерий в периодических условиях показывает, что макси- • мальная скорость размножения клеток отмечена в среде, содержащей 0,1-0,2% метанола, более высокие концентрации спирта ингибируют рост, существенно увеличивая лаг-фазу.

Для нас представляла интерес культура P.putida, поскольку у нее на среде с 1 г/л ЭГ в присутствии NH+ самая короткая логарифмическая фаза - 9 часов. Культура проявляет такую же активность и по отношению к ДЭА, который является одновременно источником углерода и азота. Присутствие в среде с ЭГ и ДЭА метанола не ингибирует рост культуры,хотя на среде с Ме культура практически не растет. Рост P.putida 1 на ЭГ и на ЭГ+ДЭА+Ме уже через 6 часов снижает pH с 8,5 до 7,0.

Результаты, полученные нами по селекции, идентификации и исследованию деструктивной активности культур, усваивающих ЭГ, ДЭА , Ме, сведены в табл. 2.

Наши рассуждения относительно обоснования поиска микроорганизмов -деструкторов ЭГ, ДЭА и Ме экспериментально подтвердились. В резуль тате удалось получить по 1 варианту, когда один микроорганизм способен утилизировать все три соединения, две культуры: Pseudomonas putida 1 и Arthrobacter picolinophilus. Согласно П варианту, при котором один микроорганизм усваивает два субстрата (ЭГ И ДЭА), получено 5 культур: три из них относятся к р. Pseudomonas, два штамма представлены бактериями р. Arthrobacter. По Ш варианту, когда каждое вещество индивидуально разрушается определенным микроорганизмом, выделено 9 культур: по три - на каждое соединение.

Следует отметить, что способность бактерий к разрушению различных сочетаний ксенобиотиков (одно вещество, два или все три) связана с пропорциональным уменьшением количества выделенных штаммов (9 шт., 5 шт., 2 шт.). Самой эффективной оказалась селекция по 1 варианту, когда из почвы в условиях

проточного культивирования при орошении насадки реальной сточной водой методом двойной селекции получены активные штаммы-деструкторы: Azotobacter vinelandii (ЭГ), Arthrobacter paraffineus (ДЭА), Methylomonas methanica (Me).

3.2.2. Исследование ассоциаций бактерий,утилизирующих этиленгликоль и диэтаноламин в условиях периодического и проточного культивирования. Из аэробного биореактора лабораторной установки микробной очистки сточных вод нами получена ассоциация бактерий Pseudomonas aureofaciens и Bacillus subtilis, утилизирующая ЭГ. На примере этой ассоциации представляло интерес рассмотреть возможные симбиотические отношения культур при утилизации одного соединения.

Полученные экспериментальные данные, свидетельствуют, что ассоциация в условиях периодического культивирозания потребляет ЭГ из среды быстрее, чем чистый деструктор ЭГ - P.aureofaciens. Второй ассоциат - B.subtilis не использует ЭГ в качестве единственного источника углерода. При выращивании ассоциации на среде,содержащей в качестве единственного источника углерода ДЭА, преимущества для развития получает B.subtilis деструктор ДЭА, а в среде обнаруживается ЭГ.

Для изучения механизма трансформации ЭГ ассоциаты P.aureofaciens и B.subtilis культивировали в периодическом режиме на жидких средах с веществами, которые могли быть продуктами'метаболизма ЭГ. Результаты показали, что P.aureofaciens утилизирует гликольальдегид, гликолевую кислоту, ацетат и глиоксилат. В ходе эксперимента также установлено, что B.subtilis растет только на средах с ацетатом и глиоксилатом, а ЭГ, гликольальдегид, гликонат, ацеталь-дегвд не утилизирует.

Таким образом, роль B.subtilis в ассоциации с P.aureofaciens при утилизации ЭГ заключается в том, что с образованием в среде ацетата и глиоксилата В .subtilis, усваивая эти продукты метаболизма ЭГ, создает оптимальные условия для роста деструктора ЭГ.

Другая бинарная ассоциация, усваивающая ЭГ и ДЭА, состоит из культур Azotobacter vinelandii и Arthrobacter paraffineus. С практической точки зрения в биотехнологии очистки сточных вод данная ассоциация имеет ряд преимуществ по сравнению с культурами других родов. Для большинства бактерий p.Azotobacter характерна стадия капсулирования, в которой клетки хорошо переносят неблагоприятные внешние воздействия.

Что касается бактерий p.Arthrobacter, то некоторые авторы (Квасников, Писар>чук, 1981) особо останавливаются на их способности переносить длительные периоды голодания и высушивания.

Как показали исследования, при наличии только одного субстрата (ЭГ) в

среде практически развивается одна культура - деструктор ЭГ -Аго1:оЬас1ег уте1апсШ. Показания оптической плотности культуральной жидкости в этих вариантах согласуются с данными выращивания культуры в периодическом режиме: оптическая плотность на среде с ЭГ в присутствии атмосферного азота 0,06-0,07, а на среде с ЭГ при наличии аммонийного азота - в 5 раз выше и составляет 0,30-0,32, рН среды смещается в область кислых значений. Следует отметить, что в этих условиях при отсутствии ДЭА даже при 9-12 кратной смене среды в культиваторе деструктор ДЭА - АпЬгоЬасГег рагаГйпеив не вымылся и на его долю приходилось в первом варианте 0,4-1,6%, во втором -1,8-3,7%. Вариант 3 представляет особый интерес, так как нами установлено, что при создакии благоприятных условий развития для обеих культур, а именно: наличие ЭГ и ИН С1 для Аг.уте1апсЫ и ДЭА - для А-рагаШпеив, соотношение этих ассоциатов в культуральной жидкости соответствует соотношению субстратов в среде. При отношении ЭГ.-ДЭА в среде 4:1 на долю Аг.уте1апсШ приходится 73,4-81,9%, на долю A.paraffineus соответственно 18,1-26,6%. При этом оптическая плотность культуральной жидкости поддерживается в интервале 0,32-0,35, а рН среды - 6,5- ■ 7,0.

Преимущества для развития при наличии 2-х субстратов получает деструктор ДЭА, так как ДЭА для АрагаШпеив является источником и углерода и азота. Причем даже при незначительном содержании ДЭА в среде, когда на него приходится всего 20%, А-рагаШпеив преобладает - 65,0-72,3%. По-видимому, это можно объяснить тем, что, во-первых,

деструктор ЭГ попадает в неблагоприятные условия по источнику азота, а для А-рагаШпеив ДЭА является источником и углерода и азота. Во-вторых, согласно экспериментальным данным, А-рагаШпеиз способен усваивать и ЭГ, в то время, как Аг.уте1апсШ ДЭА не утилизирует.

Увеличение содержания ДЭА в среде до 100% вызывает наибольшее развитие в ассоциации культуры А.рагаГПпеш, достигающее 94,9-96,8%.

Таким образом, ассоциаты Аг.уте1апс1и и А.рагаГйпеш могут быть использованы в очистке сточных вод с различным содержанием ЭГ и ДЭА и при различном их соотношении как без дополнительного источника азота, так и при наличии аммонийного азота. При наличии в среде ЭГ и ДЭА и аммонийного азота соотношение культур в ассоциации соответствует отношению органических субстратов в среде. •

Учитывая приведенные физиологические особенности Аглапе1апсШ Мд, мы на примере , данного штамма исследовали фракционный состав растворимых белков и характер распределения при диск-электрофорезе НАД и НАДФ-специфических изоферментов дегидрогеназ этиленптиколя в зависимости от

состава питательной среды. Как уже упоминалось, сведения по изучению микробной трансформации ЭГ немногочисленны, а для азотфиксаторов они практически отсутствуют.

На алектрофореграмме у клеток бактерий, выращенных на синтетической среде, обнаруживается меньшее количество белковых фракций (13), чем у клеток бактерий, культивируемых на полноценной питательной среде (18 фракций).

Активностью ЭгДГ обладали 12 из 13 белоксодержащих фракций бесклеточного экстракта бактерий, выращенных на синтетической среде, и 7 из 18 фракций у бактерий, культивируемых на полноценной питательной среде. Показана кофакторная (НАД и НАДФ) специфичность этиленгликсшьдегидрогеназ бактерий А.утеЫпсШ.выращсЕшых на синтетической и полноценной питательных средах. Можно заключить, что ЭгДГ А.уте1апсШ представляет собой множественные молекулярные формы ферментов,которые характеризуются значительной гетерогенностью. Разработанные методические приемы и подходы к интерпретации данных носят универсальный характер и могут быть использованы при изучении изоферментных спектров дегидрогеназ любых микроорганизмов -деструкторов ксенобиотиков.

33. Исследование процесса микробной очистки промышленных сточных вод от метанола, этиленгликоля, диэтаноламина. Для осуществления биотехнологии очистки сточных вод в лабораторных условиях с помощью микроорганизмов - деструкторов рассмотрены два варианта: очистка монокомпонентного высококонцентрированного стока в аэробных реакторах интенсивного массооб-мена свободноплавающими микроорганизмами и очистка поликомпонентного стока в прямоточных анаэробно-аэробных биореакторах иммобилизованными микроорганизмами.

3.3.1. Особенности очистки сточных вод от метанола метилотрофными дрожжами и бактериями в биореакторе непрерывного смешения. Образующиеся в результате добычи природного газа промысловые сточные воды содержат много метанола и из-за своей агрессивности и токсичности представляют большую опасность для человека,окруженного средой. Методов очистки этих стоков не существовало, и их закачивали в подземные поглощающие горизонты на захоронение, что экологически небезопасно.

В опытах использовали промышленную культуру дрожжей Натепи1а ро1и-тогйра "ВНИИГенетика"-МЛ-6, адаптированную к промысловым сточным водам. Дрожжи поддерживали и выращивали на агаре Сабуро, приготовленном на сточной воде.

Непрерывное культивирование Напвепик ро1утогрЬа проводили в "Анкум-2М" и аппаратах интенсивного массообмена с рабочим объемом 10 и 1500 л. К

!' ■

и . 1

/

сточным водам добавляли ортофосфорную кислоту до рН 3,9-4,0, сульфат аммония, тиамин, дестиобиотин, хлорид кобальта, молибденовокислый натрий, а также хлорид калия, сульфаты железа, марганца и меди. Количество вносимых добавок зависело от содержания метанола в сточной воде. Скорость протока сточных вод колебалась от 0,05 до 0,15 чл-1. Очистку сточных вод проводили до следовых количеств метанола.При этом наряду со значительным снижением концентрации углеводородов в очищаемой воде (на 90-95%),степень очистки воды по ХПК достигала 97-98%, одновременно происходило наращивание биомассы дрожжей, которая может представить практический интерес. Однако потребность дрожжей в витаминах и кофакторах ограничивает применение этих микроорганизмов для очистки метанолсодержащих сточных вод.Бактерии.как известно, способны потреблять метанол в качестве единственного источника углерода и энергии в отсутствие биостимуляторов и факторов роста.Целыо даной работы было выяснить возможность бактериальной очистки сточных вод от метанола с использованием селекционированного метилотрофа МеЛуклиопаБ теИттса.

Посевной материал М.теЛатса (500 л) для пуска производственного ферментера получали последовательным выращиванием бактерий в колбах Эрленмейера, затем в ферментерах объемом 5,0 и 10,0 л на овальной сточной воде. Микробную очистку осуществляли в аппарате интенсивного массообмена с турбоэжекциошшм аэратором рабочим объемом 1700 л.Сточная вода содержала до 70000 мг/л метанола и характеризовалась высокой минерализацией. Полная утилизация метанола сточных вод бактериальной культурой происходила при скорости разбавления 0,03 чл-1. При этом на фоне интенсивного потребления М.теЛатса азота и фосфора отмечено снижение концентрации минеральных компонентов промысловой воды (К+ - со 115 до 35 мг/л, Са+ - с 1480 до 1160 мг/л и Mg2+ - с 264 до 144 мг/л). При увеличении скорости разбавления до 0,05 чЛ-1 вода после очистки содержала до 200 мг/л метанола.После очистки от метанола бактериальную биомассу центрифугировали на бактбфуге непрерывного действия до сгущения по АСБ 10-12%.Сгущенную биомассу термически инактивировали при 90 С в течение 1 часа и высушивали на распылительной сушилке .Полученная сухая биомасса(150 кг)представляла собой порошок кремового цвета и содержала 45% сырого протеина, 2,5% липидов и 10-14% золы.

Как показали проведенные исследования,бактериальный метод очистки метанольных промысловых вод не требует дополнительного расхода ортофос-форной кислоты и внесения витаминов - дорогостоящих факторов роста.

33.2. Закономерности процесса очистки сточных вод от этиленгликоля, диэтаноламина и метанола иммобилизованными микроорганизмами в прямо-очном анаэробно-аэробном биореакторе. Рассматривается г -орой вариант

I I

./ ' /'

осуществления биотехнологии очистки сточных вод на примере многокомпонентного промстока ГПЗ, основанный на использовании иммобилизованных на инертном носителе микроорганизмов-деструкторов и прямоточного анаэробно-аэробного биореактора. Приводятся результаты (табл.3) изучения пространственной сукцессии основных групп микроорганизмов-деструкторов в анаэробной и аэробных секциях экспериментальной установки.

В анаэробной секции рассмотрено распределение анаэробных и аэробных, а в аэробных секциях - только аэробных иммобилизованных и свободноплавающих микроорганизмов-деструкторов. Оказалось, что в АнБР присутствует заметное количество деструкторов, способных расти в аэробных условиях, причем, их конценграция иногда равна, а в отдельных случаях даже превышает содержание анаэробных деструкторов. Указанное явление свойственно, например, свободноплавающим деструкторам ДЭА и МДЭА в 1 АнБР. Кроме того, полученные результаты свидетельствуют о том, что конценграция иммобилизованных деструкторов исследуемых ксенобиотиков превышает концентрацию свободноплавающих в абсолютном большинстве секций установки. Особенно заметно превышение биомассы иммобилизованных клеток (на 4 порядка) для анаэробных деструкторов Ме в 1 АнБР.

" " Таблица 3

Распределений сырой биомассы (г/л) анаэробных и аэробных свободноплавающих и '

Микроорганизмы Секции установки

1 АнБР 1 АБР 2 АБР 3 АБР

(анаэ) свободн. |обные) иммобнл. (аэро свободн'. 5ные) иммобнл. свободные имм( битс свободн. иммобнл. свободн. нммобил.

Деструкторы Ме 0,8 10Л-5 72 0,2 КГ-б 0,3 КУМ 0.21 3.30 1,0 ЮМ 0,8 ЮМ 0,5 10л-3 03 10л-2

Деструкторы ЭГ ' 0,1 10л-5 0,7 10л-3 ОД 10М 0,5 10М 0.75 3.60 1,1 10^-6 0,6 10Л-2 0,6 10л-2 ОД 10л-2

Деструкторы ДЭА 0,8 10л-7 0,18 10*-4 03 10л-5 0,1 1(^-4 0.14 1.10 ОД ЮА-5 ОД 10л-5 0,1 10^-3 0,4 10л-2

Деструкторы МДЭА 0,7 10л-7 0,18 10л-4 ОД 10"-5 ОД ЮМ 0.10 1.70 0,8 Юл-5 0,4 10л-4 ОД 1(^-2 0,1 10л-2

Из табл. 3 также следует, что наибольшее количество аэробных иммобилизованных и свободноплавающих деструкторов всех загрязнений приходится на 1 АБР (от 0,1 до 3,6 г/л), во 2 АБР количество деструкторов значительно ниже (от 0,1 10Л-3 до 0,1 г/л). Еще меньшее количество как аэробных, так и анаэробных деструкторов содержится в анаэробных секциях установки (от 0,5 10Л-7 до 1,0 10л-3 г/л). Исключением являются иммобилизованные деструкторы Ме, содержание которых достаточно велико и составляет 0,72 г/л.

Большей деструктивной активностью по отношению к Ме обладают иммобилизованные и свободноплавающие клетки из аэробных секций установки, чем из анаэробной. Средняя скорость роста сообществ микроорганизмов (Уср) и метаболический коэффициент (яср) в этих секциях наиболее высокие. Что касается сообществ микроорганизмов - деструкторов ЭГ, то свободноплавающие клетки из всех секций установки обладают большей деструктивной активностью, чем иммобилизованные (табл.3).

Иммобилизованные деструкторы ЭГ из 1 АБР и 2 АБР дают более высокий выход биомассы (экономический коэффициент 1,13 и 0,92 соответственно), но метаболический коэффициент ^ ср) для этих клеток невелик и они уступают в деструктивной активности свободноплавающим микроорганизмам.

Наиболее активными деструкторами Ме являются иммобилизованные и свободноплавающие микроорганизмы из 1 АнБР, причем, значение метаболического коэффициента оказалось выше у иммобилизованных клеток (табл. 4), чем у свободноплавающих. Результаты потребления этиленгликоля сообществом анаэробных деструкторов показали, что иммобилизованные клетки из анаэробных секций проявляли большую активность. Значение метаболического коэффициента q ср. для ЭГ-деструкторов превышает значение q ср. для анаэробных деструкторов Ме. Это, по-видимому, связано с тем, что при анаэробном росте на ЭГ образуется незначительное количество биомассы (У изменяется от 0,02 до 0,06), то есть, потребляемый субстрат используется главным образом как источник энергии.

Сравнение количества биомассы свободноплавающих и иммобилизованных деструкторов, как анаэробных, так и аэробных, во всех секциях установки показало, что концентрация иммобилизованных клеток в подавляющем большинстве случаев превышает концентрацию свободноплавающих. Таким образом, изучение распределения микроорганизмов по секциям установки микробной очистки химзагрязненных сточных вод' показало последовательную смену в пространстве одних микроорганизмов другими в зависимости от обеспеченности кислородом и питанием.

Таблица 4

Параметры роста сообществ анаэробных и аэробных микроорганизмов по секциям установки микробной очистки стоков (1=48 часов)

|Сек- |Микро| 1 ___ | Деструкторы Не 1 i Деструкторы ЭГ I

1 Ции 1орга-I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

|уста |низны| X 1 3 |Уср. | 1 x э 1 Уср.| 1 1

1 новк 1 1 | 1 (Г) (г) 1 1(г/ч)| 1 1 У Чср. | | (г) (Г) 1(г/ч)| | 1 У 1яср.| |

I 1 анаэробные

|АнБР своб. 0,14 0,4 0,003 0,35 0.Д2 0,02 0 ,3 0,0004 0,06 0,7 |

инноб. 0,18 1,0 0,004 0,18 о; 2 3 0,05 1 ,8 0,0001 0,03 1,5 |

аэробные

своб. 0,25 0,38 0,005 0,65 0,063 0,12 0 ,90 0,003 0,13 0,311

иммоб. о';2б 0,33 0,0005 0,78 0,052 0,21 0 42 0,004 0,5 0,09|

1 1 своб. 0,59 0,87 0,012 0,68 0,068 0,28 1 01 0,006 0,28 0,15 |

| АБР иммоб. 0,40 0,97 0,008 0,41 0,1 0,6 0 53 0,01 1,13 0,04 |

1 2 своб. 0,35 0,43 0,007 0,81 0,053 0,14 0 В5 0,003 0,16 0, 25)

1 АБР инноб. 0,28 0,38 0,006 0,74 0,056 0,33 0 5 0,006 0,66 0,07 |

1 .3 своб. 0,41 0,97 0,009 0,42 0,1 0,22 0 57 0,01 0,38 0,1 1

Г АБР иммоб. 0,33 0,78 0,007 0,42 0,1 0,37 0, 4 0,008 0,92 0,051

Исследована возможность управления процессом при переменных значениях концентрации загрязнителей и скорости протока. Данные, представленные в таблице 5, показывают, что на модельном стоке 1 при скорости протока 2 л/ч и общем содержании ксенобиотиков по ХПК на входе - 7200 мг О/л на выходе из установки ХПК снижается до 153-270 мг О/л при следовом остаточном содержании ЭГ, ДЭА, Ме.

На модельном стоке 2 при увеличении концентрации загрязнителей в два раза и снижении скорости протока в два раза на выходе из установки обнаружены тоже лишь следовые количества веществ, но ХПК в 1,5-3,0 раза выше, чем на модельном стоке 1, вероятно, за счет продуктов метаболизма. Анализ эффективности процесса микробной очистки от ЭГ, ДЭА и Ме по снижению ХПК показал, что во всех случаях степень очистки высокая - на уровне 96-98%.

Исследованы по секциям АБР удельная и общая дегидрогеназная активности (ДА) аэробных свободных,иммобилизованных клеток и бесклеточной жидкости.Результаты исследований свидетельствуют (табл.6), что удельная ДА прикрепленных бактерий во всех случаях в 4-8 раз превышает ДА свободных клеток в 1 секции, куда непосредственно внесены аэробные микроорганизмы -

деструкторы загрязняющих вещеетв.Общая дегидрогеназная активность клеток во всех вариантах остается на одном уровнеЛЗо П и Ш секциях удельная и общая ДА снижается, хотя удельная ДА иммобилизованных клеток по-прежнему превышает активность свободных клеток (в 1,3-1,5 раза).Следует отметить,что при большей скорости протока клетки с высокой ДА сосредоточены, в основном, в 1 секции, а при снижении скорости протока в 2 раза ДА распределяется в секциях АБР равномерно.

Таблица 5

Сравнительные показатели очистки модельных и химзагрязненных

сточных вод в лабораторном анаэробно-аэробном биореакторе

1 (CKO- 1 1 Показатели на «кода ■ 1 секцию Т 1 1 Показатели на вихода из последней 1

i сток Ipo- 1 1 1 анаэробного биореактора (кг/л) 1 секции аэробиого биореактора (яг/л) ( 1 [

1 ICTb 1- Т-----1 1 1 | 1 ill 1 1

1 Ipaa- 1 1 1 I I - |остат.со| | -э | 1 1

1 !бав- 1 эг | ДЭА 1 На | ХПК | Р04 1NH4* рН|держ.ЭГ,|ХПК 1 Р04 1 НН4+ 1 рН 1

1 |лан. 1 1 1 1иго/л| 1 |ДЭА,Н» 1 ЯГО/л 1 1 1 1

1 |чае. ■ t 1 III 1 III 1 1 . 1 Ксуииа) III II 1 ' 1 1 i-i |

1 Модальный 1 0,2 2000 800 2000 7200 140 9.2 0-10 153-270 52-57 0-1,2 7,5-7,б|

|модальний 2 0,1 4000 1600 4000 14400 300 ' - 9,2 0-10 420-450 12,6-45,8 0-0,52 7,3-7,51

|хинэагряэн. ■ •I

|с установки

1 регенерации

1 ЭГ и ДЭА 0,1 | 3750 2800 3500 17000 300 ДО 10 10,0 0-10 410-500 15,3-72 38,5-182 в,3-8.51

Таблица 6

Дегндрогеназная активность свободных и иммобилизованных клеток при очистке модельных и хозбытовых стоков в лабораторном аэробном бнореакторе

--г-I I-1-:-1

|с*о- | | Концентрация | Дегидрогенаэнак активность, ДА |

|рость| ХПК, |клеток, С |-:-1-1-1

|прото| |-1-1 | • 1 секция | п секция | а секция |

ток |ка, |кгО/л| 1 | П | В | удельная I об«»« | удельная | общая I удельная | обцая I I I Iсак.|сак.loan.|(яг/г чао)| (яг/л) |(яг/гч«с)| (иг/л) |(иг/гчас)| (нг/л) | I (л/ч)) Ir/Л |г/л |г/л |своб|иияоб| клатIб/кл|своб|ияяоб|клат|б/кл|своб|ияиоб|клетIO/kjiJ -1--1-1_I_' '_I_' i_I_' '_t ' i i i ■ t t I

дальний 1 2 7200 4,6 3,9 J,1 2,04 17,1 4,7 0 . 0,9 1,2 1,8 О 0,5 0,85 0,« 0 |

дальний 2 1 14400 4,6 4,3 4.0 2,0 10,79 4,2 0 5,93 6.15 1,6 0 4,5 4,85 0.9 0 I

чэагряэ- |

1НЫЙ ' 1 17000 1,72 1,70 1.66 2,58 8,91 4,8 0 3.4 5.01 3,3 0 1.8 3,18 1,5 0 I

Таким образом, полученные результаты согласуются с мнением авторов, утверждающих, что ферментативная активность иммобилизованных клеток выше активности свободных.

В основу теории микробной очистки сточных вод от растворенных органических веществ иммобилизованными микроорганизмами положена идея о пространственной сукцессии микроорганизмов - деструкторов по разделенной в пространстве трофической цепи гидробионтов, что даст возможность очищать воду и ог бактерий, осуществивших очистку от растворенных органических веществ. При осуществлении процесса микробной очистки сточных вод от ЭГ, ДЭА, Ме з АБР нами установлено, что в 1 секции, где суммарная остаточная концентрация загрязняющих веществ может достигать 300-600 мг/л, обнаруживаются единичные формы простейших p. Colpoda, относящиеся к подотряду Trichostomata. На выходе из установки при следовых количествах ксенобиотиков развиваются простейшие других родов: Amphileptus и Chilodon, относящиеся к подотряду Cymnostomata. Кроме того, при работе на модельном стоке 1 на выходе из АБР обнаружено много цист и зеленых всшьвоксовых водорослей- Полученные результаты свидетельствуют, что в очистном сооружении формируется трофическая цепь второго уровня, где отношения между микроорганизмами носят характер "хищник-жертва": Бактерии - деструкторы ЭГ, ДЭА, Ме, относящиеся к p.p. Arthrobacter, Azotobacter, Pseudomü- ñas и Methylomonas, являются питанием для простейших p. Colpoda, которые одновременно являются индикаторами основных загрязнений.

4. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Проведенная нами селекция сообществ и индивидуальных деструкторов метанола,этиленгликолядиэтаноламина и других загрязнений изучаемых сточных вод ГПЗ в условиях, приближенных к реальной экологической ситуации очистного сооружения, обеспечила наличие у микроорганизмов необходимых технологических свойств. В экспериментах на лабораторной установке были отработаны и проверены основные принципы биотехнологии очистки промышленных сточных вод ГПЗ: наличие анаэробной (1) и аэробной (П) стадий, применение носителей типа "вия" и "ерш", прямоточное движение очищаемых стоков, отсутствие возврата избыточной биомассы.

4.1. Опытно-промышленные испытания установки микробной очистки от этиленгликоля, метанола и диэтаноламина сточных вод ШЗ. Разработаны технологическая схема и конструкция установки, состоящей из цилиндрического анаэробного биореактора (Vp = 2 мЗ) и трех последовательно соединенных

- // -

прямоугольных в плане аэробных биореакторов по б мЗ рабочего объема каждый. Таким образом, общий рабочий объем установки составлял 18 мЗ. В трех аэробных биореакторах осуществляется эрлифтное перемешивание очищаемой воды, для иммобилизации микроорганизмов использованы насадки типа "вия" и "ерш".

Согласно технологической схеме (рис.3) стоки из усреднителыюй емкости полаются на фильтр для задержания механических примесей, затем проходят теплообменник, анаэробный и аэробные биореактор?.' и сбрасываются в голову действующего аэротенка.

Пуск установки микробной очистки сточных вод предполагает наличие определенного "стартового" количества биомассы микроорганизмов-деструкторов в качестве посевного инокулята. Основные этапы пускового периода: культивирование в колбах Эрленмейера; культивирование в фермеотерах; сепарация жизнеспособной биомассы; внесете и иммобилизация анаэробных микроорганизмов в АнБР и аэробных в 1 секции АБР; заполнение стоками П и последующих секций АБР с иммобилизацией спонтанной микрофлоры; вывод установки на проточный режим. Предложен критерий достаточности иммобилизации клеток, основанный на повторном увеличении выхода биомассы свободноплавающих клеток и свидетельствующий о насыщении носителя биомассой деструкторов. При пуске в АБР," где в • качестве носителя для клеток используются "ерши", выход биомассы иммобилизованных клеток всеща превышают выход биомассы свободных и на долю иммобилизованных клеток приходится от 57,4 до 79,1% (табл.7). Следует отметить, что большая часть микроорганизмов закрепляется в первые 6 суток, а затем с увеличением времени контакта степень адсорбции клеток резко снижается. К концу 1-х суток количество иммобилизованных клеток (ИК) не меняется, прирост биомассы осущесгвляется свободными клетками (СК). В течение последующих 5-ти суток наблюдается активный рост ИК и коэффициент иммобилизации (табл.7) возрастает с 1,29 до 3,46. Затем внесение последующих порций субстрата уже не вызывает роста И К, коэффициент иммобилизации сжижается до 1,41. Таким образом, за 13 суток в 1 секции аэробного биореактора опьггно-промышленной установки в периодическом режиме закрепилось 23,67 кг ( 24 кг) биомассы микроорганизмов-деструкторов. В целом, в анаэробном биореакторе насыщение ершовой насадки составило 1 кг/мЗ, в 1 секции АБР -10 кг/мЗ. Поданным Куликова Н.И. (1982), предельное аэробное насыщение ершовой насадки составляет 15 кг/мЗ.

Показатели эффективности очистки сточных вод, приведенные в табл. 8, свидетельствуют о том, что эффективность очисг:и по ХПК достигает 95,9%, по основным загрязнителям - 997с, причем, в анаэробной части разрушается около 50% ксенобиотиков.

Технологическая cxeua опытно—промышленной установки иикробкой очистки сточных вод

1 - усреднительнаж емкость 2 - фильтр-отстойник сточны» »оды

3 - телгаобыенкнх 4 - аэробный Оиореактор

6 - емкость йиогг.ккызс добавок в — аэрстеьк

7 - насос ЙОО'Д-36 6 - компрессор 0 — анаароЗыиЯ Сиораак?ор I - гочхж отбора проб р g

Таблица 7

Рост биомассы свободных и иммобилизованных клеток в аэробном биореакторе при пуске опытно-промышленной установки

,-1-1-

I- |Кол-во | Биомасса сухая, X (кг)

I Время | потреб-1-,-,—--,-,-

I | ленного | прирост | свободы, кл. |иммоОил. кл. |Кимм. -| общий вы

|час. |субстра|биомассы |-------'----|-----------1 Х2 ¡ход X •

I. (та | X | XI | X | Х2 | % I -- ктеорет) I I КГ. Б 1(5x0,43) |факт. | |теор. | | XI ЦООГ.

|-1-1-1-1_I_I_1_I_

1 0 0 0 4 100 0 0 0 4

1 з. 5.5 2.37 1,33 20,9- 5.04 79,1 3,79 6,37

1 24 5.5 2,37 3,81 43,6 4.93 56.4 1,29 8,74

I 48 11.0 .4,73 4.0 29,7 9.47 70.3 2.38 13,47

1 72 11.0 4.73 4.48 24,6 13,72 75.4 3,06 18,20

1 144 11.0 4,73 . 5.14 22.4 17.79 77.6 3,46 22,93

1 216 11,0 4.73 10.48 37,9 17,18 62,1 1,64 27,66

1 240 11.0 4.73 13,81 42,6 18,58 57,4 1,35 32,-39

1 312 | 18,7 8,04 16,76 41,6 23,67 58,5 { 40,43

- /У -

Таблица 8

Показатели качества и эффективности очистки сточных вод в опытно-промышленной установке

1 1 Биореак- Метанол Этиленгликоль 1 1Диэтаноламин 1 ХПК 1

I NN торы и _______

I пп се к ции не/л ! эффект кг/л эффект. 1 НГ/Л эффект нг 0/л|эффект 1

1 | установ. 1 оч. ,Х оч. ,Х |оч..Х ОЧ..Х 1

1 1 Сточные воаы 1050,0 950,0 1300,0 4 840,0

1 2 Анаэроб-

ный 3 36 . 0 54,0 637,0 51 ,0 2275,0 53,0 1

I 3 Аэробный

1 секция 231,0 78,0" 76,0 92,0 221,0 83,0 1258,0 74,0 1

| 4 Аэробный

П секция 94,5 91,0 19,0 98,0 130,0 90,0 629,0 87,0 1

I 5 Аэробный

| Ш секция 6 , 3 99, 4 8,5 99. 1 9,1 99,3 198,4 95,9 1

Микробиологический анализ смешанной бактериальной популяции показал, что в АнБР и 1 секции АБР преобладают иммобилизованные деструкторы изучаемых ксенобиотиков над со свободными. Причем среди всех анаэробных деструкторов в АнБР существенно преобладают метанольные, особенно иммобилизованные, а среди аэробных (1 секция) - этиленгликольразрушающие. Общее количество иммобилизованных и свободных аэробов, утилизирующих ЭГ и ДЭА в Ш секции в 1000 раз, а метанольных культур в 100 раз меньше, чем в 1 секции АБР. Химический анализ подтверждает, что в АнБР разрушается преимущественно метанол, в 1 секции АБР - этиленгликоль, а в Ш секции АБР - диэтаноламин.

Гидробиологический анализ биоценоза микроорганизмов свидетельствует о формировании трофической цепи в аэробном биореакторе. Так, в 1 секции АБР наблюдался только бактериальный состав ценоза,а в Ш секции обнаруживались различные формы простейших, в том числе равноресничные игопеша, Со1рос1а и прикрепленные круглоресничные инфузории рр.Уогисе11а,Орегси1аг1а,СагсЬе5шт. При нарушении режима эксплуатации установки и увеличении ХПК очищенных стоков до 1500 мг О/л в Ш секции АБР исчезают все инфузории и появляются в большом количестве жгутиковые.

Результаты испытаний опытно-промышленной установки очистки х им загрязненных сточных вод Оренбургского ГПЗ нашли практическое применение в разработке регламентов на проектирование и проектно-конструкторской документации стационарного и модульного вариантов установок очистки сточных вод.

4.2. Описание основных узлов стационарных и модульного вариантов установок "Трофактор". Технология очистки сточных вод, включающая анаэробно-аэробную стадию, иммобилизацию микроорганизмов на нерастворимых в воде носителях, обеспечивающую пространственную сукцессию микроорганизмов и трофическую цепь гидробионтов, а также устройства для ее реализации обозначены нами термином "Трофактор".

В настоящее время разработаны три варианта промышленных установок "Трофактор": стационарный вариант 1, реализованный для очистки диэтанола-минсодержащих сточных вод Тенгизского ГПЗ (проект ВНИПИгазпереработка, 47-1232-03-62/30 ВК пЗ, Краснодар, 1988); модульный вариант (проект СУ "Оргремгаз", УМОС-2.Ш.ОО.ООО ПС, Краснодар, 1989) для очистки промышлен-' ных и бытовых сточных вод от растворенных органических веществ; стационарный вариант П для очистки условно чистых промстоков ГПЗ (проект ВТК СП "ЭЛКОМ", Оренбург, 1990, 1991).

Рассмотрим основные элементы стационарной установки микробной очистки диэтаноламинсодержащих'стоков ТГТ13.

Анаэробный биореактор батарейного типа состоит из 76 последовательно соединенных между собой секций, режим_ движения жидкости - самотечный. Секция биореактора представляет собой вертикальную трубу <1=200 мм (материал - пластмасса),высотой 3,5 м. В каждой секции установлен носитель типа "ерш" из стекловолокна или синтетического волокна. В верхней части блоков N 1,2 смонтированы газоотводные коллекторы, которые соединены с секциями реактора (рис. 4). Для улучшения условий жизнедеятельности бактерий и соответственно улучшения эффекта очистки стоков в аэробные биореакторы (кроме первых и последних секций) предусмотрена подача воздуха от воздуходувок для насыщения (аэрации) стоков кислородом воздуха. Подача воздуха осуществляется в эрлифтную зону каждой секции через перфорированные трубопроводы. Эрлифтной зоной в биореакторах являются пространства между стенками биореакторов и защитными щитами, выполненными из листового полистирола. Насыщенные кислородом стоки циркулируют через рабочие зоны биореакторов и очищаются бактериями, иммобилизованными на волокнистых носителях.

Аэрация первых секций аэробных биореакторов осуществляется за счет эжекции воздуха из атмосферы и отходящих газов анаэробных биореакторов. Эжекция осуществляется циркуляционными насосами Н-3 и Н-4, которые забирают стоки из первых секций реакторов и туда же их подают (через эжекторы).

I ■ ■ ' •

|! !1

Принципиаьная технологическая схема установки ТРОФАКТОР

минеральная подкормка

сжатый воздух

1 - теплообменник; 2 - анаэробный биореактор; 3 - аэробный биореактор;

4 - насос; 5 - секция АБР; 6 - носитель.

Рис

Для регенерации носителей осуществляется подача воздуха в любую из секций аэробных биореакторов (кроме первой и седьмой секций) через перфорированные трубопроводы, проложенные в три ряда на расстоянии 50 мм от дна биореакторов.

На щит оператора установки выведены следующие показатели: температура стоков на входе в анаэробные биореакторы; значения рН среды на входе и выходе анаэробных и аэробных биореакторов; концентрации растворенного кислорода (р02) на входе и выходе аэробных биореакторов; значение окислительно-восстановительного потенциала (ЕЙ) от трех точек анаэробного биореактора (1,38 и 76 секций); ситализация о работе насосных агрегатов станции; сигнализация уровней жидкости в емкостях. Очищенная вода после аэробных биореакторов АБР-1, АБР-2 (вторых ступеней очистки) собирается в отсеки-накопители и самотеком поступает в насосную очищенных стоков.

В феврале 1991 г. на площадке канализационных очистных сооружений Тенгиз-ского ГПЗ в отдельном здании венгерской фирмой "Ведепсед" были завершены строительно-монтажные работы 2-х стационарнцх установок "Тро-

фактор" с проектной производительностью 120 мЗ/сут. каждая для локальной очистки диэтансшаминсодержащих стоков завода. В мае-июне 1991 г. лабораторией биотехнологии ВолгоУралНИПИгаз под руководством автора были проведены пуско-наладочные работы с выводом одной установки на проектный режим с достигнутой эффективностью очистки по ДЭА - 97,2% и ХПК - 94,1%.

Впервые в практике создания очистных сооружений биотехнология "Трофак-тор" реализована в блочно-комгшектном устройстве (БКУ), являющемся продукцией экологического машиностроения. БКУ представляет собой комплекс, состоящий из нескольких модульных блок-контейнеров, содержащих основные узлы установки микробной очистки (УМО) и вспомогательные установки реагентного хозяйства (УРХ). Количество блокконгейнеров (модулей) микробной очистки определяется объемом сточных вод, подвергаемых очистке, и концентрацией загрязнений в них.

УМО представляет собой комплекс оборудования, состоящий из анаэробного биореактора, аэробного биореактора, функциональных трубопроводов, систем терморегуляции, контрольно-регулирующей аппаратуры, отопления, электроосвещения, вытяжной вентиляции. Анаэробный биореактор состоит из 16 последовательно соединенных пластмассовых труб, в каждой из которых закреплен носитель типа ""ерш". В каждой секции предусмотрен патрубок для отвода" биогаза. Аэробный биореактор представляет собой прямоугольный металлический резервуар, разделенный перегородками на б секций, в каждой из которых выделены рабочая зона и зона аэрации. В рабочей зоне установлены контактные рамки с носителем "вия", воздух в рабочую и аэрационную зоны подается через специальные аэрационные рукава Куликова Н.И.

Производительность УМО при очистке высокотоксичных промышленных сточных вод составляет до 200 мЗ/сут., а при очистке хозяйственно-бытовых стоков - до 400 мЗ/сут.

УРХ представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для приготовления раствора биогенных добавок и обеспечения воздухом микробного процесса в аэробном биореакторе. Одна УРХ может обеспечить эксплуатацию 4 модулей УМО, общие габариты каждого УМО и УРХ составляют 12,3x3,2x3,9 м.

В 1992 г. НПП "ЭКОБИОС" (г.Оренбург) построены два первых очистных модуля "Трофактор" в блочно-комплектном исполнении, которые смонтированы на площадке биологических очистных сооружений Оренбургского ГПЗ и пущены в эксплуатацию в 1993 г.

5. РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ДООЧИСГКИ СТОЧНЫХ вод (на примере Оренбургского газоперерабатывающего завода)

Основными загрязнителями биологически очищенных сточных вод газоперерабатывающих заводов являются в основном растворенные органические и взвешенные вещества. Значение ХПК этих вод колеблется в пределах 60-100 мг О/дмЗ, концентрация взвешенных веществ 40-80 мг/дмЗ. Следовательно, технология доочистки биологически очищенных сточных вод (БОСВ) газоперерабатывающего завода должна обеспечить снижение ХПК и концентрации взвешенных веществ до 10-15 мг О/дмЗ и 5 мг/дмЗ соответственно для того, ч'тббы предохранить ионообменные смолы от отравления и избежать кольматации ионообменных фильтров в процессе умягчения воды.

Наиболее эффективными для этого считаются процессы, включающие стадию фильтрования на зернистых загрузках для удаления взвешенных веществ и последующую сорбцию остаточных растворенных органических веществ истивными углями (первый вариант). Новым ■ подходом в решении проблемы качественной водоподготовки БОСВ является создание технологии биохимической доочистки с_ использованием носителей типа "ерш" или "вия" (второй вариант).

По первому вариа[ггу биотехнологии доочистки в процессе фильтрования БОСВ были испытаны различные традиционные фильтрующие загрузки: дробленый антрацит,речной песок,керамзит,гранитная крошка и новая оригинальная, предложеная нами, зернистая загрузка - некондиционная комовая сера.Основные преимущества новой загрузки связаны с ее низкой стоимостью (отходы ГПЗ) и оригинальным способом регенерации.

5.1. Исследование механизма микробной регенерации фильтрующей загрузки из комовой серы при глубокой доочистке сточных вод ГПЗ. В отличие от традиционных методов регенерации зернистых фильтров разработанный способ не требует затрат воды на промывку и утилизации продуктов регенерации. Способ основан на двухстадийном микробном разложении органических загрязнений и биомассы активного ила в анаэробных условиях в присутствии серы (1 стадия) с их последующим аэробным окислением до конечных продуктов (2 стадия).

В первые сутки регенерации наблюдается снижение ОВП за счет удаления остаточного кислорода тионовыми бактериями. Таким образом создаются благоприятные условия для жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий, приводящие к полному разложению органических веществ и биомассы активного ила. В присутствии серы тионовые бактерии сохраняют жизнеспособность и на второй

I ]

ступени регенерации активно включаются в окислительный процесс. В течение первых суток наблюдается снижение ОВП до -220-240 мв и последующая стабилизация значений в пределах + 10 мв. Прекращение снижения ОВП через 2-3 суток свидетельствует о завершении процесса сульфатредукции, поскольку к этому времени в замкнутом объеме все окисленные соединения серы (804л2- ) восстанавливаются, а в их отсутствии деятельность сульфатредуцирующих бактерий становится невозможной.

На второй стадии регенерации после дренирования воды в условиях интенсивной аэрации происходит полная минерализация веществ до конечных продуктов и, кроме того, окисление тионовыми бактериями восстановленных форм серы до сульфатов.

Для контроля процесса регенерации из зоны измерения периодически отбиралась вода, в которой определяли окисленные (504) и восстановленные (Б2) соединения серы (рис. 5).

Динамика окисленных и восстановленных форм серы при микробной регенерации фильтрующей загрузки

час

Сульфат —•— сульфид Рис.5

Результаты анализов подтверждают достоверность описанных ранее микробиологических процессов, происходящих при регенерации серного фильтра. Необходимым условием для осуществления процесса биорегенерации серного

фильтра является обязательное наличие в поступающей на фильтрование БОСВ определенного количества сульфатредуцирующих ( 10л5 кл/мл) и тионовых бактерий ( 10л2 кл/мл) соответственно.

По нашему мнению, процесс микробиологической регенерации серной загрузки, заключающийся в минерализации накопленной биомассы активного ила, проходит по следующей суммарной схеме: So

S,H.O,NS ------ H„S + СО, + SO, + Н,0 + NO,

592 2 2 42 3

(активный ил) 2

и подтверждается данными химического анализа.

В результате комплекса исследований определены оптимальные параметры процесса регенерации серной загрузки: длительность первой стадии составляет 12-14, второй - 7-9, фильтроцикла - 50-80 часов.

Проведений таких же операция с другими исследованными загрузками (антрацит,песок,гранитная крошка,керамзит) не приводит к восстановлению первоначальных свойств фильтра, т.е. загрузка из комовой серы является необходимым и обязательным условием биорегенерации фильтра.

5.2. Исследование биорегенерации активного угля при доочистке БОСВ. Для тонкой доочистки'ог растворенных органических веществ БОСВ, прошедшие через серный фильтр, подают на адсорбционные колонны с активным углем. После испытания адсорбционных и технологических характеристик активных углей АГ-3, АР-3, СКТ, ДАК, БАУ предпочтение было отдано углю марки АГ-3. При исследовании изотерм адсорбции загрязнений из БОСВ на АГ-3 было установлено, что динамическая емкость превысила равновесную на 13,2-24,5%. Такое явление возможно только при условии, что адсорбционный процесс очистки сточных вод совпадает с одновременной деструкцией части адсорбированных веществ. Было высказано предположение, что эту функцию выполняют микроорганизмы активного ила, попадающие со сточной водой в толщу адсорбционного слоя. Для доказательства приводим следующие результаты. При адсорбционной очистке стоков, из которых предварительно были удалены микроорганизмы, биорегенерация исключалась, а динамическая емкость, как следствие, заметно снижалась и составляла только 70% от статической. Эффект биорегенерации возможен только при взаимодействии ферментов микроорганизмов с молекулами адсорбированного вещества. Для проверки этого заключения была проведена серия опытов с непористым сорбентом -ацетиленовой сажей, которую подвергали последовательно многократному насыщению и биорегенерации. Установлено, что адсорбционная емкость сажи уже после суточной аэрации восстанавливалась на 50-70%, а за 4-5 сут. аэрации - полностью. Следовательно,

адсорбированные молекулы, доступные микроорганизмам или их экзоферментам, подвергаются биохимической окислительной деструкции, в результате которой поверхность адсорбента освобождается. Биорегенерация основного сорбента АГ-3 приводила к восстановлению лишь 30% порового пространства при аэрации до 10 суток. Предположив, что доступные для микроорганизмов молекулы адсорбированы только в мезопорах, но не в микропорах угля и, учитывая, что удельная поверхность мезопор активного угля АГ-3 составляет 122 10Л3 мЗ/кг, количество окисленного адсорбированного вещества пересчитали на 1 м2 сажи. Эти данные подтверждают, что полнота биорегенерации адсорбента после доочистки БОСВ зависит прежде всего от доступности адсорбционного пространства для ферментов микроорганизмов, вследствие чего разрушаются вещества, адсорбированные только на поверхности мезопор активных углей. Поскольку скорость диффузии молекул в адсорбционном пространстве микропор существенно меньше, чем в мезопорах, адсорбционное равновесие на поверхности последних устанавливается быстрее. Поэтому целесообразно проводить биорегенерацию в промышленных условиях через короткие промежутки времени (6-8 часов).

На оснований полученных результатов на Оренбургском ГПЗ были проведены опытно-промышленные испытания двухстадийной технологии глубокой доочистки БОСВ на установке производительностью 48 мЗ/сут сточных вод. Основные параметры технологии включали: скорость фильтрования 10 мЗ/м2 час, производительность фильтра 2 мЗ/час, время биорегенерации серного фильтра 1923 час, снижение ХПК сточных вод после серного фильтра за счет биоокйсления 15-27%, скорость адсорбции 5 м/час, производительность адсорбера 1 мЗ/час. Результаты представлены в табл. 9.

Разработанный процесс биохимической доочистки БОСВ газоперерабатывающего завода получил наименование "Технология БИОД". Она реализована в проектах промышленных установок глубокой доочистки ((£ = 12 тыс.мЗ/сут) для Оренбургского и Астраханского ГПЗ, а также в регламентах на проектирование 1 стадии технологии фильтрования на серном фильтре для Мубарекского и Тенгизского ГПЗ.

На основе разработанных новой биотехнологии очистки гликолеаминомета-нольных сточных вод "Трофактор" и глубокой доочистки БОСВ "Биод" разработана схема замкнутого водоснабжения ГПЗ с многократным повторным использованием очищенных стоков в промводоснабжении предприятий (рис. 6). Внедрение схемы только на Оренбургском ГПЗ позволит сократить потребление свежей речной воды на 2,5 млн.мЗ в год.

Использование микробиологических технологий на об'ектах газохимических комплексов

Уеел селррации

Стоприм" *Троф актор"

промстоки

Б и ос ос тал для повыше км . кокпокекто отдач*

¿чшцешш« проистеки

ял* ППД

пластовая

смесь

Стадии мокрОЛ ! ОЧИСТКИ I

еыроЛ га:

юлЛ кок денсат

Сепара ГПЗ

ЦИЯ

промводо снабжение ПК

сероочист ка газа

ДЭА ЫДЭА

осушка газа

стоки ЫЭГ

Локальная очистка *Троф актор"

обмеаа | водекие 1 Биологические очистные сооружения (окситенки аэротемки Трофактор*

I категории

технический БОК ^Лцомарк^р)

XI.

Х'им в '|Л"ОЧ 1И1 кп

Глубока« биокимдоочметка 'Риод*

скважина Н23 СНЧ

РИГ. ()

Таблица 9

Показатели качества технической воды и доочищенной БОСВ на опытно-промышленной установке

1 1 Едини- Исход- 1 - (вода по- i 1Доочи- |технич. т--------- 1 |Требования|

1 Показатели ца из- ная |сле эер- 1 ценная 1 вода с |ВНИИВОДгео|

! мере- вода 1нистых | вода Черноре- |к качеству!

! ! 1 ния 1фильт- 1ров р 1 1 | ченского водозаб. |техничес- | |кэй воды | | |

1 I рН 7,5-8,5 7,5-8,5 7,5-8,5 7,5-8,5 6,5-8,5 1

1 Взвешен.в-ва иг/л 25-130 0-20 0-5 10-20 50 1

1х П К мг О/л 35-120 22-50 0-20 15-20 200 |

1 БПК5 мг О/л 12-50 2-8 0-5 5,6-6,6 1

1 сухой остат. иг/л 747-886 730-855 708-837 505-705 1300-2000 |

1 ХЛОрИД!! иг/л 127-170 156-170 160-170 95-160 150-300 |

1 Сульфаты иг/л 138-190 139-195 134-200 115-180 350-500 |

¡Щелочность

1 общая иг -экв/л 3,5-5,6 3,2-5,5 3,2-5,6 4,8-5,5 3-4 " 1

1Жесткость

1 общая мг -экв/л 3,0-7,6 2,9-7,2 2,8-7,6 6,8-6,9 7 1

¡Азот аммо-

1НИЙНЫ& иг/л 3-10 2-10 2-10 5,0 6 1

1 Нитриты I иг/л 0-0,52 0-0,5 0,05-0,86 0,01 |

& ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ДНЯ ПОВЫШЕНИЯ КОМПОНЕНТООТДАЧИ ПЛАСТОВ И СКВАЖИН НА СЕРОВОДОРОД СОДЕРЖАЩИХ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ К настоящему времени микробиологические методы повышения нефтеотдачи пластов разрабатываются во многих странах мира (Yen, 1990; Moses,1982), в том числе и России (Иванов,Беляев,1989; Розанова,Назина,1982; Розанова, 1991). Они основаны на закачке в скважины микробных продуктов или активизации микробиологических природных процессов,происходящих в пласте. Необходимо отметить, что указанные подходы реализованы в промысловых условиях только на бессернистых, высокопроницаемых нефтяных месторождениях и практически не использованы в условиях высокосернистых нефтегазоковденсатных месторождений. Рассмотрим особенности подобных геологических образований на примере Оренбургского газоконденсатного месторождения (ОГКМ) с позиции возможности разработки микробиологического м года повышения компонента

I

j

отдачи. К ним относятся: наличие трехфазной системы пластовых флюидов -нефть-газоконденсат-газ; насыщенность пластовых флюидов сероводородом (1,54,5 об%); расположение продуктивной толщи в низкопроницаемых сульфатизированных карбонатных пластах. Технологической особенностью добычи углеводородного сырья является постоянное нашетание в скважины и призабойную зону метанола для борьбы с гидратообразованием и внесения ингибитора коррозии. Анализ указанных геолого-промысловых особенностей месторождений типа ОГКМ позволяет нам сформулировать следующие принципы создания для них микробных методов обработки: использование ассоциации анаэробных микроорганизмов, способных к метанольн'ым сульфатредукции и метаногенезу; осуществление процесса сульфатредукции за счет вовлечения твердых сульфатов геологических пород с образованием биогенного сероводорода; определение конечных результатов микробной обработки в виде прироста сероводорода и метана в газовой фазе, замещения сульфатов пород карбонатами, изменения фильтрационных свойств пластов, увеличения дебита скважин и снижения загрязнения пластовых вод метанолом.

Разработанная нами и практически реализованная биотехнология очистки сточных вод газохимических комплексов сопровождается образованием следующих продуктов: биомассы аэробных, метанолусваивающих дрожжей (Н.ро1утотрЬа) и бактерий (М.теЛатса) при очистке газопромысловых сточных вод; биомассы сообщества анаэробных микроорганизмов, включающего сульфатвосстанавлива-ющие, метаногенные, бродильные бактерии; сточных вод ГПЗ, очищенных в анаэробных условиях от органических соединений и содержащих восстановленные элементы в виде сульфидов.

В связи с разработкой концепции создания микробиологического метода повышения компонентоотдачи пластов для месторождений типа ОГКМ, было проведено изучение обоснованности использования для этих целей вышеназванных продуктов биотехнологии очистки сточных вод. Предварительно, с целью выявления пластовых микробиологических процессов на ОГКМ была проведена микробиологическая съемка наиболее обводненной центральной части месторождения (зоны ГТ1 2,3,6,7,8). Установлено отсутствие в пластовых водах углеводородокисляющих, сапрофитных, сульфатредуцирующих и метанобразую-щих бактерий.

Для доказательства способности микроорганизмов анаэробного сообщества к функционированию в пласте проведены эксперименты по их культивированию в галофильных условиях (до 100 г/л по КаС1), при повышенных концентрациях метанола (0,5-1,0%) и наличии добавок нерастворимых сульфатов в среде. Результаты свидетельствуют об интенсивных процессах сульфатредукции и

' I

/ I

метаногенеза, активизируемых внесением биогенных элементов. Микробное восстановление твердых сульфатов становится заметным после 3-х недельного периода адаптации и на 80 сутки разрушается более 40% гипса, внесенного, в среду. Методами химического и рентгеноструктурного анализа доказано, что при этом происходит превращение части сульфата кальция в кальцит, доступный кислотному воздействию. Исследовали влияние указанной ассоциации на пористость и проницаемость образцов кернов из сульфатизированных карбонатных пород ОГКМ. После закачки образцы помещали в среду и выдерживали 21 день в условиях, описанных ранее. Как видно из приведенных данных, обработка сульфатизированного керна ассоциацией микроорганизмов приводит к увеличению проницаемости и пористости образцов. Химические анализы подтверждают убыль твердых сульфатов керна и продукцию газообразного сероводорода.

С целью получения окончательных доказательств вовлечения твердых сульфатов в процесс биогенной сульфатредукции при проведении промысловых испытаний на ОГКМ были исследованы стабильные изотопы твердых сульфатов, находящихся в форме ангидрита вмещающих пород и сероводорода газовой фазы.

В связи с этим на ОГКМ для биообработки была выбрана необводненная скважина ЛЧ 2004/, чтобы исключить контакты растворенных в пластовой воде сульфатов с микроорганизмами биосостава.

Исследования изотопного состава серьГ (Бзч) показали, что после биообработки в сероводороде добываемого газа возрастает доля "тяжелой серы", за счет Бзч серы сульфатов вмещающих пород.

Таким образом, увеличение доли Бзч в добываемом газе после биообработки свидетельствует о безусловном вовлечении в процесс биогенной сульфатредукции твердых сульфатов вмещающих пород. Кроме того, косвенным доказательством растворения твердых сульфатов породы и улучшения фильтрации пластовых флюидов в призабойной зоне является постепенное возрастание статического давления на устье скважины с 0 до 85 атмосфер в последующие три месяца после биообработки.

За период с 1984 по 1991 гг. на ОГКМ было обработано 7 скважин (КИ 603, 611, 652, 503, 3002, 2028, 2004) биосоставами, включающими сообщество анаэробных микроорганизмов (до 10л10 кл/мл), биогены и добавки биомассы аэробных метилотрофных микроорганизмов.

Закачка биосоставов производится агрегатами, используемыми на промыслах при проведении различных геолого-технических мероприятий.

Во всех случаях через 2-3 недели после биообработки в газовой фазе наблюдалось увеличение концентрации сероводорода (до 50%об) и метана (до 1%об) от их первоначального уровня, рост статического'устьевого давления,

изменение кривой восстановления давления. В двух случаях было отмечено кратковременное увеличение дебита скважин по газу и конденсату.

Полученные результаты позволяют дополнить имеющиеся сведения о генезисе сероводорода на нефтяных и газовых месторождениях представлениями о возможном участии микроорганизмов в процессах сульфатредукции из твердых сульфатов геологических пород. Кроме того, показана перспективность применения техногенных сообществ анаэробных микроорганизмов для улучшения коллекторских свойств низкопроницаемых сульфатизированных карбонатных пластов и увеличения текущей компонентоотдачи по сероводороду.

В заключение приводим разработанную автором общую концепцию применения безотходных микробиологических технологий в системе природоохранных мероприятий, обеспечивающих надежность экологической безопасЕюсти объектов газохимических комплексов (рис. 6). Она сводится к следующему: сепарированные на УКПГ из пластовой смеси метанолсодержащие газопромысловые сточные воды очищаются двумя вариантами. Согласно первому, процесс идет в аппаратах интенсивного массообмена и конечными продуктами являются сырая иди сухая дрожжевая (бактериальная) биомасса метилотрофов и очищенные промстоки. Сухие клетки используются в качестве, биомаркеров сообщаемости пластов и скважин, сырая биомасса в качестве добавок для приготовления составов биообработки скважин, очищенные стоки для поддержания пластового давления в системах добычи нефти. Сточные воды, образующиеся при сероочистке и осушке углеводородных потоков на ГПЗ, подвергаются локальной анаэробно-аэробной микробной очистке "Трофактор".

Анаэробные сообщества из биореактора очистки воды используются при приготовлении биосоставов для промысловой обработки скважин с целью повышения их компонентоотдачи, в том числе по сероводороду и метану.

Очищенные в локальном процессе "Трофактор" промстоки проходят дальнейшую интенсивную биологическую очистку в прямоточных биореакторах с иммобилизованным активным илом, глубокую биохимдоочистку на установках "Биод" и ионообменную корректировку,что обеспечивает гигиеническую и технологическую возможности их повторного использования в промводоснабже-нии газоперерабатывающего завода и промысла.

ВЫВОДЫ

1. На основании проведенных экспериментов предложены и гигиенически обоснованы способы микробной очистки сточных вод промысла от метанола, а газоперерабатывающих заводов от метанола, этиленгликолен и аминоспиртов, защищенные авторскими свидетельствами СССР и зарубежными патентами. Рассмотрены и обоснованы варианты применения свободноплавающих и иммобилизованных микроорганизмов-деструкторов для очистки сточных вод от низкомолекулярных органических соединений. Впервые показано, что дегидро-геназная активность иммобилизованных клеток превышает активность свободных, а среди иммобилизованных обнаружены, в-основном, микроорганизмы-деструкторы. Установлены особенности формирования пространственной сукцессии микроорганизмов и трофической цепи гидробионтов в многосекционном анаэробно-аэробном биореакторе. Впервые показано, что тест-организмом на присутствие в сточных водах этиленгликоля и диэтаноламина является равнорес-ничная инфузория рода Colpoda.

2. Из природных экосистем выделены высокоактивные, гигиенически не опасные, штаммы аэробных, микроорганизмов - деструкторов этиленгликоля (Äzotobacter vinelandii), диэтаноламина (Ärthrobacter paraffineus), метанола (Meth-ylomonas methanica) и ассоциации бактерий, утилизирующих этиленгликоль и диэтаноламин: Äzotobacter vinelandii-Ärthrobacter paraffineus, Pseudomonas aure-ofaciensBacillus subtillis. Установлены симбиотические отношения ассоциатов.

3. Ассоциация культур Äzotobacter vinelandii и Ärthrobacter paraffineus является стабильной при наличии в среде этиленгликоля и диэтаноламина или одного из этих субстратов. Показано, что ассоциат Äzotobacter vinelandii обладает способностью расти при более низких, чем Ärthrobacter концентрациях растворенного кислорода в среде.

Методом диск-электрофореза в ПААГ изучена алектрофоретическая подвижность белков бесклеточного экстракта иммобилизованных клеток A.vinelandii, установлено наличие изоферментов ЭгДГ и определена их кофакторная специфичность. При выращивании на синтетической среде обнаружены одна НАДФ-зависимая и четыре НАД-зависимые индуцибельные молекулярные формы ЭгДГ, рассмотрены возможные пути метаболизма этиленгликоля у A.vinelandii.

4. Исследование видового состава простейших позволило охарактеризовать структуру гидробионтов, их качественную, количественную изменчивость в процессе очистки промышленных сточных вод газоперерабатывающего завода. Разработан новый способ определения степени разрушения биомассы активного

ила под влиянием токсичных компонентов сточных вод по так называемому "белковому индексу". Впервые проведено изучение токсичности и мутагенности ряда ксенобиотиков,, специфичных для технологии добычи и переработки природного газа.

5. Процесс микробной очистки сточных вод ГПЗ от этиленгликоля, диэтано-ламина и метанола прошел испытания в 1985-86 гг. на опытной установке производительностью 0,1 мЗ/сут в лабораторных условиях и в 1987-91 гг. - на опытно-промышленной установке производительностью 18 мЗ/сут на территории биологических очистных сооружений Оренбургского газоперерабатывающего завода. Полученные результаты по эффективности процесса микробной очистки свидетельствуют, что очищенная вода по физико-химическим и гигиеническим показателям не уступает условно чистым промстокам и может в общем потоке с ними подвергаться дальнейшей очистке и использоваться в оборотной системе водоснабжения газзавода.

6. Впервые обнаружено, что процессы анаэробной сульфатредукции и последующей аэробной минерализации взвеси активного ила, задержанной при фильтровании биологически очищенных сточных вод через слой дробленой серы, протекают значительно интенсивнее, чем на фильтрах, загруженных другими инертными материалами. Исследованы процессы микробиологической регенерации серной загрузки без промывки фильтра. водой. Установлена зависимость эффективности биологической регенерации активного угля после доочистки сточных вод от его пористой структуры и разработана на основе этих исследований рациональная технология и гигиенические параметры микробно-адсорбци-онной доочистки таких вод с биологической регенерацией адсорбента.

7. Разработан и испытан в промышленных условиях способ биорегенерации зернистого серного фильтра, позволяющий увеличить длительность фильтроцик-ла, снизить практически до нуля расход воды на промывку и исключить шламовые сбросы. Использование разработанного процесса биорегенерации активного угля в опытно-промышленных установках адсорбционной доочистки БОСВ ГПЗ позволяет в 4 раза увеличить рабочий период адсорбционного фильтра. За счет этого снижена величина энергозатрат на восстановление адсорбционной активности угля и сокращены в 4 раза необратимые потери адсорбента в многоцикловом процессе.

8. В соответствии с разработанными научно-техническими решениями построены и пущены в эксплуатацию следующие установки: опытно-промышленная установка "Биод" глубокой доочистки БОСВ Оренбургского ГПЗ производительностью 50 мЗ/сут (1984); опытно-промышленная установка "Трофактор"

микробной очистки химзагрязненных промстоков Оренбургского ГПЗ производительностью 18 мЗ/сут (1987) и производительностью 250 мЗ/сут (1989); промышленная установка "Трофактор" микробной очистки промстоков Оренбургского ГПЗ производительностью 1400 мЗ/сут (1990); промышленная установка "Биод" биохимдоочистки промстоков Оренбургского ГПЗ производительностью 1400 мЗ/сут (1991); промышленная установка "Трофактор" микробной очистки диэтаноламинсодержаших сточных вод Тенгизского ГПЗ (1991); два блок-бокса "Трофактор" микробной очистки сточных вод по 250 мЗ/ сут каждый (1993).

Технические решения защищены 31 изобретением СССР и 14 патентами 6 стран (Франции,Италии,Великобритании,Австрии,Индии,Германии).

Годовой экономический эффект (в ценах 1984 г.) от внедрения разработанной технологии доочистки сточных вод при проектировании Астраханского ГПЗ составил 1766 тыс.руб.; опытно-промышленной установки "Трофактор" микробной очистки химзагрязненных стоков Оренбургского ГПЗ - 166,3 тыс.руб.

9. Впервые разработаны научные представления о целесообразности использования анаэробных сообществ сульфатредуцирующих, бродильных и метаноген-ных бактерий установок очистки сточных вод для создания микробиологического -метода' повышения компонентоотдачи продуктивных пластов. На основе полученных результатов впервые дано обоснование биогенных процессов восстановления • твердых сульфатов геологических пород с использованием метанола в качестве субстрата анаэробных микробиологических процессов.

В реальных промысловых условиях Оренбургского ГКМ впервые проведены биообработки 7 скважин различными объемами и вариантами биосоставов на основе продуктов биотехнологии очистки воды. Во всех случаях были достигнуты: увеличение концентрации сероводорода (до 50%) и метана (до 1%) от их первоначального уровня в газовой фазе, рост статического устьевого давления, изменения фильтрационных свойств пласта, в двух случаях увеличение дебита скважины по газу и конденсату.

10. Впервые разработана концепция применения безотходных микробиологических биотехнологий в системе природоохранных и гигиенических мероприятий, обеспечивающих надежность экологической безопасности объектов газохимических комплексов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Цинберг М.Б. Изоферментный спектр дегидрогеназ аланина, аспарагино-вой и глутаминовой кислот у дрожжей Candida albicans // Микробиология. -1978, т.47, в.5. -С. 915-918.

2. Цинберг М.Б., Сулейманов К.Г., Олифсон J1.E. Дегвдрогеназы аспартата, аланина, глутамата, маната и глюкозо-б-фосфата у Candida albicans // Микробиология. -1980, т.49, в.4. -С. 578-583.

3. Цинберг М.Б., Сургина Т.А., Пастухова Г.В. Ферментативное усвоение аминоспиртов сточных вод газоперерабатывающего завода//В кн."Микробиология очистки воды". Тезисы докл. 1 Всесоюзн.конференции. -Киев, 1982. -С. 208.

4. Цинберг М.Б., Устинова Г.И., Ненашева М.Н., Требин И.С. Очистка и перспективы использования сточных вод в промышленном водоснабжении при добыче и переработке природных газов // Обз.информ. Сер."Природный газ и защита окружающей среды". -М.: ВНИИЭГазпром. -1985, в.З. -С. 2-37.

5. Цинберг М.Б., Политыкина М.А., Коробкина О.В. Применение анаэробных микроорганизмов для обработки сульфатизированных карбонатных газовых пластов // В кн."Достижения микроб.практики". Тезисы УП съезда ВМО.АН СССР. Алма-Ата.-1985, т.б..-С. 191.

6. Устинова Г.И., Цинберг М.Б., Когановсхий A.M. Биорегенерация активного угля после доочистки биологически очищенных сточных вод газоперерабатывающих заводов // Ж."Химия и технология воды". -1986. N 6, т.8. 'С. 57-59.

7. Гвоздяк П.И., Денис А.Д., Могилевич Н.Ф., Цинберг М.Б., Грищенко Н.И., Ерзикова О.Н. Бактериальная очистка сточных вод от метанола // Ж. "Химия и технология воды". -1986. N 5, т.8. -С. 95-97.

8. Цинберг М.Б., Сургина Т.А., Пастухова Г.В., Гвоздяк П.И. Диэтаноламин - источник азота при биологической очистке сточных вод газоперерабатывающего завода // Ж. "Химия и технология воды". -1986. т.8, N 4. -С. 79-80.

9. Гвоздяк П.И., Цинберг М.Б., Денис А.Д., Ерзикова О.Н. Очистка дрожжами .метанолсодержащих сточных вод // Ж."Химия и технология воды". -1986. Т. 8, N 3. -С. 93-94.

10. Перепеличенко В.Ф., Цинберг М.Б., Гвоздяк П.И., Коробкина О.Г., Ивановская И.Б. Повышение компонентоотдачи при разработке нефтегазокон-денсатных пластов микробиологическими методами // Ж. Газовая промышленность. Обзор.инф. Сер."Передовой опьгг в газовой промышленности". М.: ВНИИЭГазпром. -1986. В. 4. -С. 1-37.

J

11. Цинберг М.Б., Устинова Г.И., Маслова О.Г. Биологически очищенные сточные воды - ресурс водоснабжения ГПЗ // Ж. Газовая промышленность. Обзорн.инф. Сер."Природный газ и защита окруж.среды". М.: ВНИИЭГазпром. -1988. -В. 2. -С. 1-25.

12. Цинберг М.Б., Могилевич Н.Ф., Ненашева М.Н., Краснов И.А., Романова Е.А. Биотехнология очистки промстоков газоперерабатывающих заводов. Тездокл.Всесоюз.конф."Микробиологические методы защиты окружающей среды". -Пущино, 1988. -С. 124.

13. Цинберг М.Б., Ивановская И.Б. Микробиологические методы повышения коКшонснтоотдачи при разработке нефтегазоконденсатных месторождений // В кн."Разработка и эксплуатация", т. Ш. Докл.мсждун.конф."Петролгеохим-ХП", Solnok (ВНР). -1988. -С. 435-443.

14. Tsinberg M., Nenasheva M. Selections and study of microorganisms destructives of ethylenglycol, diethanolamine and methanol // IUMS congress: Bacteriology-mycology. Osaka, Japan, 1990. -P. 100.

15. Цинберг M.Б., Добрынина Л.Ф., Ненашева М:Н., Могилевич Н.Ф. Множественные молекулярные формы дегидрогеназ этиленглйколя Azotobacter vinelandii в зависимости от состава питательных сред // Mикробиол.журнал. -1991. -Т. 53, в.4. -С. 40-43. .

16. Цинберг М.Б., Пастухова Г.В.,. Ненашева М.Н., Добрынина Л.Ф. Трофическая цепь гидробионтов в очистке сточных вод ГПЗ // В кн."Сборник трудов 6-го Всесоюзн.съеэда гидробиологов" 41. -Мурманск, 1991. -С. 209-210.

17. Ненашева М.Н., Цинберг М.Б. Токсико-экологическая модель ксенобиотика этиленгликоля // Problems of Environ toxicol. Abst.of Paper for Intern. Symposium L.VNII I. -1991. -P. 212.

18. Маслова О.Г., Цинберг М.Б. Исследование механизма микробиологической регенерации фильтрующей загрузки из комовой серы при глубокой доочистке сточных вод ГПЗ // В кн."Микроб.охраны биосферы в регионах Урала и Сев.Прикаспия". Тездокл.Всесоюзн.симп. ВМО АН СССР. -Оренбург, 1991. - С. 74-75.

19. Ненашева М.Н., Краснов И.А., Цинберг М.Б. Стационарная установка очистки сточных вод "Трофактор" // Там же. -С. 87-88.

20. Сургина Т.А., Цинберг М.Б. Селекция метанолусваивающих сульфатре-дуцирующих бактерий из сточных вод ОГКМ//Гам же.-С.117-118.

21. Цинберг М.Б., Краснов И.А., Скопинцев A.A. Блочно-комплектное устройство для биотехнологии очистки сточных вод // Там же. -С. 127-128.

22. Tsinberg M., Iwanowskaya I., Nazina Т. Microbiological decomposition of sulfate depositions in carbonate formations, annular space and production wells // Conf.on Microb. in the Oil Indust.and Lubricat.Sopron. Hungary. -1991. -P. 282.

23. Ивановская И.Б., Цинберг М.Б., Беляев C.C. Применение газохроматог-рафического метода для определения интенсивности бактериального метанооб-разования //Микробиология, 1991. -Т.60, В.2.-С.383-386.

24. Могилевич Н.Ф., Гвоздяк П.И., Цинберг М.Б., Романова E.H. Активность свободных и иммобилизованных клеток Azotobacter vinilandii - деструктора этиленгликоля //Микробиология, 1992. -Т.61.

25. Цинберг М.Б., Ненашева М.Н., Добрынина'Л.Ф., Маслова О.Г. Микробиологическая очистка сточных вод от низкомолекулярных органических веществ при добыче и переработке сероводородсодержащего углеводородного сырья. Обз.инф. Сер.Природный газ и защита окружающей среды. -М.: ВНИИ-Эгазпром, 1992, 61 с.

26. Добрынина Л.Ф., Цинберг М.Б., Гвоздяк П.И., Могилевич Н.Ф. Изучение пространственной сукцессии микроорганизмов в установке микробной очистки химзагрязненных сточных вод / Химия и технология воды, 1993, т.15, N 1, -С. 50-59.

27. Tsinberg М., Ivanowskaya I., Surgina Т. Microbiol.waste decomplsition in drilling pits_ at the Oil-gas-condensate fields // Society of Petrol.Engineers.Drilling Conference." -New Orleans, USA. -1992. -P.689-693.

28. A.c. 835969 СССР МКИз C02F 3/02. Способ биологической очистки сточных вод /Цинберг М.Б. -1981. -Бюл. 21.

29. A.c. 870357 СССР МКИз C02F 3/02. Способ контроля процесса биохимической очистки сточных вод /Цинберг М.Б., Ерзикова О.Н., Шварцман И.М., Пастухова Г.В. -1981. -Бюл. 37.

30. A.c. 952956СССР МКИз C12W 1/16. Питательная средадля выращивания дрожжей /ЦинбергМ.Б., ДылдинВ.А., Серов В.М., Гвоздяк П.И., Шварцман И.М. -1982. -Бюл. 31.

31. A.c. 945171 СССР МКИз C12W 1/16. Питательная средадля выращивания ассоциации дрожжей /Цинберг М.Б., Денис А.Д., Рябов H.A., Шварцман И.М., Гвоздяк П.И -1982. -Бюл. 27.

32. A.c. 963960 СССР МКИз C02F 3/34. Способ микробиологической очистки метанолсодержащих сточных вод/ЦинбергМ.Б., Денис А.Д., Швец В.А., Щугорев В Д., Гвоздяк П.И., Эскин A.M. -1982. -Бюл. 37.

33. A.c. 1204581 СССР МКИз C02F 5/04. Способ обработки воды систем оборотного водоснабжения /Цинберг М.Б., Гендель ГЛ., Гальперин Б.М., Грун-вальд В.Р., Устинова Г.И. -1986. -Бюл. 2.

i i / ' /

34. A.c. 1332736 СССР МКИз C02F 5/04. Способ очистки сточных вод от трудноокисляемых органических веществ /ЦинбергМ.Б., Устинова Г.И., Гальперин Б.М. -ДСП.

35. А.с.1334612 СССР МКИз BOl 20/34. Способ регенерации активного угля, загрязненного биодеструктивными органическими веществами /Цинберг М.Б.,Устинова Г.И.,Молчанов А.Ф., Немков В.В., Маслова О.Г. -ДСП.

36. A.c. 1269439. СССР МКИз C02F 3/34. Способ биологической очистки сточных вод газоперерабатывающих заводов, содержащих диэтаноламин /Цинберг М.Б.,Сургина Т.А., Гвоздяк П.И. -1986. -Бюл. C02F 3/34. ■

37. A.c. 1192436 СССР МКИз Е21В 43/22. Состав для обработки нефтегазового пласта и способ его приготовления /Цинберг М.Б., Перепеличенко В.Ф.; Швец В .А., Гвоздяк П.И., Денис А.Д. -ДСП.

38. A.c. 12891121 СССР МКИз Е21В 43/22. Состав для обработки продуктивного пласта и способ его приготовления /Цинберг М.Ю., Полгггыкина М.А., Швец В.А., Гвоздяк П.И. -ДСП.

39. A.c. 1161546 СССР МКИз C12N 1/16. Питательная среда для выращивания микроорганизмов /Цинберг М.Б., Сургина Т.А., Пастухова Г.В. -1985. -Бюл. 22.

.40. A.c. 1500621 СССР МКИз C02F 1/28. Способ доочистки биологически очищенных сточных вод /Цинберг М.Б., Устимова Г.И., Тарасова JI.B. -ДСП.

41. A.c. 1367480 СССР МКИз C12N 1/00. Питательная среда для выращивания микроорганизмов-деструкторов токсичных веществ /ЦинбергМ.Б. .Ненашева М.Н. -ДСП.

42. A.c. 1494596 СССР МКИз Е21В 43/22. Состав для обработки сульфати-зированного карбонатного продуктивного пласта и способ его приготовления / Цинберг М.Б., Коробкина О.В., Гвоздяк П.И., ШвецВ.А., Перепеличенко В.Ф., Клюшин А.Н., Галян H.H. -ДСП.

43. A.c. 1400176 СССР МКИз. Состав для вытеснения жидких углеводородов из пласта /Цинберг М.Б., Ивановская И.Б., Дашков Ю.А., Попов Ю.Н. -ДСП.

44. A.c. 1430366 СССР МКИз C02F 3/34. Способ биологической очистки высококонцентрированных сточных вод от этиленгликоля (его варианты) / Цинберг М.Б., Ненашева М.Н., Лысиков К.И., Гвоздяк П.И. -1988. -Бюл. 38.

.45. A.c. 1336454 СССР МКИз C02F 3/34. Способ биологической очистки сточных вод от этиленгликоля /Ненашева М.Н., Цинберг М.Б., Гвоздяк П.И. -1988. -Бюл. 38.

46. A.c. 1473405 СССР МКИз Е21В 43/00. Способ определения характера фильтрации жидкости /Цинберг М.Б., Ивановская И.Б., Межебовская Г.П., Перепеличенко В.Ф. -ДСП.

J

47. A.c. 1533241 СССР МКИз C02F 11/04. Способ биологического обезвреживания активного ила /Цинберг М.Б., Маслова О.Г. -ДСП.

48. A.c. 1579120 СССР МКИз Е21В 43/22. Состав для обработки карбонатного пласта /Цинберг М.Б., Ахметов В.А., Пастухова Г.В., Сургина Т.А. -ДСП.

49. A.c. 16114160 СССР МКИз А01К 61/00, C02F 3/32. Способ культивирования ресничных простейших /Цинберг М.Б., Ненашева М.Н., Пастухова Г.В., Могилезич Н.Ф., Гвоздяк П.И. -ДСП.

50. A.c. 1150892 СССР МКИз C02F 3/34. Способ биохимической очистки сточных вод от метанола /Цинберг М.Б., Гвоздяк П.И., Могилевич Н.Ф., Грищенко Н.И., Ерзикова О.Н. -ДСП.

51. A.c. 1639123 СССР МКИз . Способ определения характера фильтрации жидкости в пласте /Цинберг М.Б., Межебовская Г.П., Ивановская И.Б., Политы-кина М.А., Поглазова М.Н. -ДСП. Пол.решение от 8.01.88.

52. A.c. 1736100 МКИ2 C02F 11/04. Биологический реактор /Цинберг М.Б., Маслова О.Г., Сургина Т.А., Краснов И.А. -ДСП. Пол.решение от 25.10.90.

. .53. A.c. 1720281 МКИ AOIK 61/00. Способ выявления микроорганизмов / Цинберг М.Б., Добрынина Л.Ф. -ДСП. Пол.решение от 31.01.91.

54. A.c. 175.4668 СССР МКИ C02F. Установка для микробиологической . очистки сточных вод /Цинберг М:Б., Гвоздяк П.И., Китель Г.А., Краснов И.А., Ненашева М.Н., Добрынина Л.Ф. -ДСП. Пол.решение от 4.04.91.

55. Заявка 4892073/13 от 17.12.90. Способ оценки состояния активного ила /Цинберг М.Б., Пастухова Г.В. -Пол.решение от 27.06.91.

56. Pat.N 2201669 United Kingdom. Method for biological purification of sewage from diethanolamine/Tsinberg, Gvozdyak.-1987.

57. Pat. N 166792 India. Method for producing disposable sewage by purification of sewage from diethanolamine /Tsinberg, Surgina, Gvozdyak. -1987.

58. Pat.N 1205754 Italy. Procedimento per la depurazione biologica della acque di scarico da dietanolammina /Tsinberg, Surgina, Gvozdyak. -1987.

59. Pat. N 392461 Republik Osterreich. Verfahren zur biologischen Beseitigung von Diethanolamin /Tsinberg, Surgina, Gvozdyak. -1991.

60. Pat.N 8703985 Republique Française. Procédé d'épuration biologique des eaus residuaires contenant de la diethanolammine /Tstinberg, Surgina, Gvozdyak. -1987.

61. Pat.N 2595683 Republique Française. Procédé d'épuration biologicue de l'ethylene-glycol dans des eaus residusires /Tsinberg, Nenasheva, Gvozdyak, Lysikov. -1987.

62. Pat.N 8700233 United Kingdom. Method for biological purification of sewage from ethylene glycol /Tsinberg. Nenasheva, Gvozdyak, Lysikov. -1989.

63. Pat. N 166466 India. Method for purification of sewage from ethylene glycol /Tsinberg, Nenasheva, Gvozdyak, Lysikov. -1987.

64. Pat.N 276200 DDR. Verfahren zur biologischen Reinigung von stark belasteten Abwas-Sern von Ethylenglykol /Tstinberg, Nenasheva, Gvozdyak, Lysikov. -1986.

65. Pat. N 392060 Republik Osterreich. Verfahren zur biologischen Reinigung von methanolhaltigen Abwassern /Gvozdyak. Denis, Mogilevich, Tsinberg, Grischenko,-Erzikova. -1991.

66. Pat.N 1211637 Italy. Procedimento per la depurazione biologica delle acque di scarico da metanolo /Gvozdyak, Denis, Mogilevich, Tsinberg, Grischenko, Erzikova. -1987.

67. Pat.N 2617830 Republique Française. Procédé d'épuration biologique du methanol dans les eaux residuaires /Gvozdyak, Denis, Mogilevich, Tsinberg, Grischenko, Erzikova. -1987.

68. Pat. N 2207127 United Kingdom. Process for biological purification of waste waters containing methanol /Gvozdyak, Denis, Mogilevich, Tsinberg, Grischenko, Erzikova. -1989.

69. Pat.N 167828 India. Process for biological purification of waste waters from , • methanol /Gvozdyak, Denis, Mogilebich, Tsinberg, Grischenrko,, Erzikova. -1990.