Промышленные сточные воды часто содержат органические и неорганические вещества, в том числе токсичные. Нефтепродукты, фенолы, бензол относятся к трудноразлагаемым соединениям и могут стать источниками загрязнения природных поверхностных и подземных вод. Традиционные методы очистки (сорбция, реагентная обработка, ультра- и микрофильтрация) либо дороги, либо эффективны лишь для отдельных загрязнителей. Другой распространенный способ — использование активного ила — сообщества микроорганизмов, которые используют загрязняющие вещества в качестве источника питания. Повышения эффективности применения этого метода можно достичь с помощью закрепления микроорганизмов на твердых носителях из традиционных материалов: стекла, керамики, синтетических материалов. На сегодняшний день большинство подобных материалов являются дорогостоящими и не удаляют отдельные типы загрязнителей.
Ученые Пермского Политеха впервые разработали и испытали новые носители для активного ила, изготовленные из остатков пиролиза нефтесодержащих отходов и пластика. Полученный материал удаляет нефтепродукты на 6–22 % эффективнее аналогов, а внедрение разработки на одном предприятии позволит снизить экологический ущерб более чем на 1,5 миллиона рублей в год.
Статья опубликована в журнале «Теоретическая и прикладная экология». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».
Ежегодно в реки, озера и водохранилища поступают миллионы тонн загрязнителей: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы, пестициды, соединения азота и фосфора, опасные органические вещества. По последним данным, за год число случаев загрязнения водных объектов в России выросло на 12 %. Наряду с этим ужесточаются требования природоохранного законодательства, особенно для очищенных сточных вод, сбрасываемых в природные водоемы.
К числу традиционных методов очистки нефтесодержащих сточных вод относится применение активного ила (сообщества бактерий, микроскопических грибов, простейших), которые используют загрязняющие вещества для питания.
Однако такая технология очистки не всегда обеспечивает достижение требуемых параметров. В частности, она недостаточно эффективна для удаления некоторых соединений, а также не позволяет достичь нужных органолептических свойств (запах, прозрачность). Это объясняется как сложным составом сточных вод, так и неравномерностью их поступления на очистные сооружения.
Одним из приемов повышения эффективности этого метода является увеличение биомассы и возраста активного ила с помощью специальных носителей для закрепления микроорганизмов. Это позволяет повысить активность сообщества микроорганизмов и его устойчивость к трудноокисляемым токсичным веществам.
В настоящее время используются преимущественно промышленные носители, которые производят из первичного сырья, которое нуждается в добыче и обработке. При этом существующие коммерческие продукты не решают проблему очистки комплексно, а их использование является дорогостоящим и увеличивает затраты предприятий.
Ученые Пермского Политеха впервые разработали и испытали новые носители для активного ила на основе остатков пиролиза нефтесодержащих отходов и отходов пластика. Они превосходят существующие аналоги по очистке нефтепродуктов в среднем на 6–22 % и, в отличие от них, эффективно удаляют соединения азота (аммоний — на 94 %, нитриты — на 79 %). Внедрение разработки на одном предприятии позволит сэкономить более 1,5 миллионов рублей в год за счет предотвращенного экологического ущерба.
Для создания носителей ученые исследовали разные виды вторичного сырья: хлопья переработанного пластика и этикетки от пластиковых бутылок, поскольку эти материалы массово доступны и требуют утилизации. Также был синтезирован углеродно-синтетический носитель на основе остатков нефтесодержащих отходов и остатков полиэтилена. Их смешали в различных соотношениях при постоянном перемешивании и нагревании до 110–120 °С.
— Оценка эффективности использования полученного носителя проводилась в условиях, максимально приближенных к реальным. Для этого сточные воды и живой активный ил, отобранные на нефтеперерабатывающем предприятии, загрузили в специальные лабораторные емкости. Там отслеживали несколько ключевых параметров: скорость закрепления микроорганизмов на поверхности, изменение видового состава ила и органолептические показатели очищенной воды (цвет, запах, прозрачность). В процессе наблюдений также определили эффективность очистки по содержанию органических веществ, нефтепродуктов и соединений азота, — отметила Елена Калинина, кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.
Чтобы оценить, насколько углеродно-синтетический носитель превосходит уже известные технологии, ученые сравнили его с популярными промышленными аналогами, которые используются на очистных сооружениях. Нефтепродукты, которые являются одними из самых опасных загрязнителей сточных вод нефтепереработки, удаляются на 6–22 % эффективнее, а другие органические соединения — на 5–10 % в зависимости от конкретного типа загрязнителя.
— Важно, что созданный образец позволяет снизить содержание соединений азота: содержание аммония в очищенной воде снижается на 94 %, а нитрит-ионов — на 79 %. Кроме того, использование углеродно-синтетического носителя в два раза улучшает органолептические показатели: прозрачность очищенной воды возрастает с 15 до 30 см, а запах снижается с отчетливого до слабого. Эти параметры также помогают определить эффективность очистки, — дополнила Лариса Рудакова, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.
Применение такого носителя позволит также увеличить видовое разнообразие микроорганизмов в активном иле почти в 2 раза. Это означает, что бактерии становятся устойчивее и способны эффективно очищать воду от более широкого спектра загрязнителей, в том числе соединений азота, которые при попадании в водоем вызывают массовое цветение воды и гибель рыбы из-за нехватки кислорода.
Разработка пермских ученых даст возможность одновременно утилизировать отходы нефтепереработки и пластика и эффективно очищать сточные воды. По оценкам исследователей, внедрение созданного носителя на одном заводе поможет сэкономить более 1,5 миллиона рублей в год за счет сокращения сбросов опасных веществ и уменьшения платы за негативное воздействие на окружающую среду.
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
