Биотехнология очистки сточных вод производства смол Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Техносферная безопасность

УДК 628.35

БИОТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА СМОЛ

Е. Г. Быкова1, Р. М. Грачева2, Ю. Л. Гуревич3, В. П. Костромова2, А. Г. Кучкин1

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2ОАО «Гамбит»

Российская Федерация, 660004, г. Красноярск, ул. 26 Бакинских комиссаров, 1 3Красноярский научный центр СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: btchem@mail.ru

Разработана биотехнология очистки промышленных сточных вод с высокой концентрацией фенола, формальдегида и метанола. Приведены результаты ее испытаний при производстве синтетических смол.

Ключевые слова: биотехнология, очистка промышленных сточных вод, фенолформальдегидная смола. BIOTECHNOLOGY OF WASTEWATER TREATMENT IN RESIN PRODUCTION E. G. Bykova1, R. M. Gracheva2, Yu. L. Gurevich3, V. P. Kostromova2, A. G. Kuchkin1

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation

2JSC "Gambit"

1, 26 Bkinskih Komissarov str., Krasnoyarsk, 660004, Russian Federation 3Krasnoyarsk Science Centre of the SB of RAS 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: btchem@mail.ru

Biotechnology for treatment of industrial wastewater with high concentration ofphenol, formaldehyde and methanol is developed. Treatment test results in manufacture of synthetic resins are provided.

Keywords: biotechnology, industrial wastewater biotreatment, phenol-formaldehyde resin.

В настоящее время одной из основных проблем для окружающей среды стало загрязнение углеводородами, источниками которых стали как предприятия нефтехимии, так и химические и лакокрасочные производства машиностроительных предприятий, в том числе и аэрокосмической промышленности. В связи с этим актуальны разработки эффективных технологий удаления углеводородов и сопутствующих соединений из промышленных сточных вод и отходов. Сточные воды смоляных производств отличаются экстремально большими концентрациями фенола и формальдегида, достигающими значений порядка 150...250 г/л и 100... 150 г/л соответственно [1]. Фенол при концентрации 5.10 г/л губителен для микроорганизмов. Поэтому такие сточные воды не обрабатывают биологическими методами (экстракция, сорбция, мембранная фильтрация и др.). Методы, использующие токсичные химические реагенты, экономически затратные [1]. В связи с необходимостью снижения затрат и экологических рисков в настоящее время идут поиски решений, которые основаны на методах биотехнологии [2].

Известные биотехнологии предусматривают многократное разбавление токсичных промстоков. При этом разработки и испытания проводят на модельных растворах, содержащих только один из основных кон-таминантов сточной воды этих производств - фенол либо формальдегид. Известны только единичные работы, в которых эксперименты проводили на реальных стоках 3; 4]. Устойчивый процесс биоокисления

формальдегида и метанола в сточной воде производства аминопласта получен в работе [5]. Однако при относительно большой концентрации формальдегида (2 144 мг/л) содержание фенола (1,6 мг/л) и метанола (249,4 мг/л) в очищаемой воде было ниже порога ин-гибирования роста бактерий и многократно меньше, чем в стоках производств фенол- и карбамидо-формальдегидных смол. Формальдегид существенно снижает скорость окисления фенола бактериями. Так, в модельной воде с фенолом валовая скорость окисления его достигала 11,5 кг м-3 сут-1. В присутствии 0,7 г/л формальдегида валовая скорость окисления фенола (1,14 г/л) снижалась до 1,0 кгм-3сут-1 [4].

Как правило, концентрацию фенола при очистке стоков поддерживают в пределах от десятков мг до 1. 1,5 г/л. При более высоких концентрациях фенола предлагают биореакторы с биопленками, мембранами, двухфазные системы и др. Масштабы применения этих процессов пока ограничены, а технические решения для очистки стоков сложного состава неизвестны [6].

Исследования непрерывных процессов биодеградации токсичных соединений как бистабильных динамических систем показывают, что существуют устойчивые состояния очистки концентрированных сточных вод. Исходя из этого в Красноярском научном центре СО РАН разработана биотехнология обработки промышленных сточных вод с экстремально высокими концентрациями контаминантов.

Решетневскуе чтения. 2014

0 20

13 17 21

Время, сут

В 120

1 5

Время, сут

Динамика обесфеноливания: а - фузельной воды (£ср = 12,4 мг/л); б - надсмольной воды (£ср = 20,1 мг/л)

Технология реализована на производстве синтетических смол (ОАО «Гамбит»). Настоящая работа посвящена исследованию процесса обесфеноливания сточных вод этого производства.

Сточная вода производства образуется из трех потоков. Это фузельная вода, которая образуется на стадии ректификации продуктов рекуперации и содержит 3...5 г/л фенола; метанольная вода, образующаяся при получении карбамидоформальдегидных смол, с содержанием 10.20 г/л формальдегида и до 60 г/л метанола и надсмольная вода, содержащая 17.20 г/л фенола и остатки фенолформальдегидной смолы.

Для окисления органических соединений в сточной воде производства выделены и адаптированы смешанные культуры бактерий Pseudomonas spp. Для поддержания роста бактерий в биореакторы вносили минеральные соли азота, фосфора, калия, магния и серы. Температуру в реакторах поддерживали в пределах 28.34 0С, рН 6,8.7,2. Процессы очистки сточных вод вели в биореакторах колонного типа с аэрацией. Каждый из названных потоков направляли в головные аппараты из емкостей-смесителей. До-очистку проводили в аппаратах 2-й ступени и с использованием взаимного обмена и рецикла части очищенной воды. Общий объем биореакторов, в которых ведется деградация фенола, составляет 17 м3. Объем биореакторов для обработки фузельной воды составляет 9 м3 и надсмольной воды - 8 м3.

Для достижения устойчивого состояния процесса биодеградации в пусковой период концентрации фенола, метанола и формальдегида в подаваемой в биореакторы воде задавали на уровнях, которые не инги-бировали рост бактерий. Пороговые значения не универсальны, зависят от состава сточных вод и производственных условий, поэтому они были определены в лабораторных экспериментах. При концентрациях свыше этих значений скорость роста бактерий резко падает. После накопления биомассы бактерий в реакторах концентрацию фенола на входе повышали путем замещения разбавленной сточной воды исходной водой.

По данным контроля в течение 4 месяцев флуктуация средней остаточной концентрации общего фенола (£ср) в обработанной фузельной воде была в пределах 12,4.24,1 мг/л, а надсмольной 22,0.30,7 мг/л. Фенол в этих концентрациях не ингибирует рост бактерий. Валовая скорость его окисления состав-

ляла 11,3.16,7 кгм-3 сут-1 в фузельной воде и 7.8 кг м-3 сут-1 в надсмольной, что намного превышает известные данные [3-5]. Для примера ниже показана динамика обесфеноливания сточных вод производства фенолформальдегидной смолы в течение 30 суток (см. рисунок).

Таким образом, результаты многомесячной эксплуатации свидетельствуют об эффективности разработанной биотехнологии очистки промстоков производства смол. Технология высококонцентрированных стоков не имеет аналогов. Концентрация общего фенола в прошедшей биообработку фузельной воде снижается в среднем до 18,6 мг/л и в надсмольной - до 22,5 мг/л. Степень обесфеноливания фузельной и надсмольной воды составила 99,41 и 99,88 % соответственно.

References

1. Urtiaga A., Gutiérrez R., Ortiz I. Phenol recovery from phenolic resin manufacturing: Viability of the emulsion pertraction technology // Desalination. 2009, vol. 245, iss. 1-3, p. 444-450.

2. Senthilvelan T., Kanagaraj J., Panda R. C., Mandal A. B. 2014. Biodegradation of phenol by mixed microbial culture: an eco-friendly approach for the pollution reduction // Clean. Techn. Environ. Policy. 2014, vol. 16, p. 113-26.

3. Moussavi G., Heidarizad M. Biodegradation of mixture of phenol and formaldehyde in wastewater using a single-basin MSCR process // J. Biotechnol., 2010, vol. 150, p. 240-245.

4. Prieto M. B., Hidalgo A., Serra J. L., Llama M. J. Degradation of phenol by Rhodococcus erythropolis UPV-1 immobilized on Biolite® in a packed-bed reactor // J. Biotechnol. 2002, vol. 97, p. 1-11.

5. Eiroa M., Vilar A., Kennes C., Veiga M. C. Biological treatment of industrial wastewater containing formaldehyde and formic acid // Water SA, 2006, vol. 32, no. 1, p. 115-118.

6. Daugulis A. J., Tomei M. C., Guieysse B. Overcoming substrate inhibition during biological treatment of mono-aromatics: recent advances in bioprocess design // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011, vol. 90, p. 1589-1608.

© Быкова Е. Г., Грачева Р. М., Гуревич Ю. Л., Костромова В. П., Кучкин А. Г., 2014

200

80

40

0

б

а