CC BY
92
ЭКСПОЗИЦИЯ 5/Н (73) октябрь 2008 г.
ЭКОЛОГИЯ
ENVIRONMENT CONTROL
69
е
Основными задачами в области охраны природы при строительстве нефтепромысловых объектов является обеспечение сохранности водных ресурсов и почв.
Одним из таких объектов является Оренбургская область, относящаяся к газоносным провинциям с развитыми объектами добычи, переработки, транспортировки и хранения нефтепродуктов, что не может не оказывать влияние на загрязнение не только вод, но и почв.
Важным направлением для защиты окружающей среды (воды и почвы) от нефтяных загрязнений является создание методов их очистки, для очистки воды - биологических методов.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД,
ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ,
И МЕТОДЫ ИХ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
Е.В. ЛЕВИН к.ф.-м.н,генеральный директор ООО «НИПИЭП» .
Г.В. ПАСТУХОВА к.б.н., технолог ООО «НИПИЭП» г. Оренбург
Е.А. ЛЕВИНА нач. отдела маркетинга
Нефть и нефтепродукты попадают в почву и водные бассейны разными путями: это транспортировка, коррозия емкостей, аварии при бурении и добыче нефти, выбросы отходов нефтеперерабатывающих предприятий и т.д.
Растекаясь по поверхности почвы и воды, нефть образует пленку, которая является не только первым звеном трофической цепи, но и освобождает большое количество атмосферного кислорода. Это особенно важно, т.к. количество лесов - второго после океана по значимости продуцента кислорода в мире - в последние годы значительно сокращается, а в некоторых регионах совсем отсутствует. Миллионы особей рыб и птиц ежегодно погибают из-за загрязнения вод нефтепродуктами и нефтью. Ароматические углеводороды, являющиеся канцерогенными, накапливаются в организме рыб, ракообразных и моллюсков, могут попадать в организм человека с этими продуктами. Нефть может попадать в питьевые воды с плохо очищенными стоками, и в этом случае человек также может стать жертвой нефтяного загрязнения.
Сейчас в мире предложено много способов очистки загрязненных вод от нефти. Предлагается ее биологическое разложение, так как этот путь более эффективен, чем трудоемкое и дорогостоящее извлечение нефти с загрязненной поверхности и сжигание.
Поэтому особо важным направлением является изыскание биологических методов очистки воды от нефтяных загрязнений.
Из микроорганизмов наибольшее значение в биодеградации нефти принадлежит
углеводородокисляющим бактериям. Обычно их количество невелико (около 2-х микроорганизмов на 100 мл среды), но при заражении нефтью их количество возрастает до 108-109 на 1 мл.
Естественная очистка воды микроорганизмами от нефтепродуктов происходит медленно, поэтому процесс очистки сточных вод необходимо интенсифицировать: увеличивать температуру стоков. Биологическая очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов при повышенных температурах (30-370С) происходит более интенсивно, чем при низких (18-200С), при этом количество нефтеокисляющих микроорганизмов увеличивается, преобладают нитрификаторы. Интенсифицировать процесс очистки можно с помощью введения в активный ил селекционных микроорганизмов или с помощью микробного метода, в процессе которого концентрация нефтепродуктов снижается с 5030 до 3-5 мг/л. Микробный метод очистки дает возможность получать микробную или дрожжевую биомассу при непрерывном культивировании микроорганизмов на углеводородах нефти, используемую в качестве кормового продукта в рационе птиц и животных.
Сточные воды нефте- и газоперерабатывающих производств, несмотря на существенную разницу, имеют целый ряд общих компонентов: кислородосодержащие и азотсодержащие соединения, различные углеводороды и т.д.
В сточных водах газоперерабатывающих заводов к токсичным веществам относятся: гликоли, моноэтиленгликоль (МЭГ), амин-диатаноламин (ДЭА), метанол, пиридинсо-держащие соединения (ГПЗ, г. Оренбург). ►
Рис. 1 Общий вид Fig. 1 General view
Рис. 2 Блок механических и сорбционных фильтров
Fig. 2 Battery of Mechanical and Sorption Filters
The pivotal challenges faced In the area of environmental protection during the construction of oil field projects consist in the need to make sure that water resources and soils are conserved.
One of such projects is the Orenburg Region, which is among gas rich provinces, with established facilities for production, refining, transportation and storage of petroleum products and which cannot but influence contamination of not only waters but also soils.
An important activity aimed at protecting the environment (water and soil) from oil contamination is to create the methods of cleaning them, the methods of cleaning water, i.e. biological methods.
CLEANING AFFLUENTS CONTAMINATED WITH OIL AND PETROLEUM PRODUCTS AND METHODS OF INTENSIFYING THEM
Oil and petroleum products find their way into soil and water basin via different routes: these are transportation, vessel corrosion, emergency situations in drilling for oil and oil production, discharge of oil refinery wastes, etc.
Spilt on the surface of soil and water, oil forms a film which is not only the first link of the food chain but also releases a large amount of atmospheric oxygen. This is especially important as the number of forests - producers of oxygen in the world, second only to ocean in terms of importance - has been significantly diminishing in recent years while in certain regions they are lacking altogether.
Millions of species of fishes and birds perish annually as a result of petroleum contamination of waters. Aromatic hydrocarbons, which are cancerigenic, accumulate in the organisms of fishes, crustacean and shellfish and may find their way into the human system when eaten as food. Oil may penetrate into drinking water with poorly cleaned affluent and in this case a human may also fall victim to oil contamination.
Now many methods of purifying oil contaminated water have been proposed worldwide. It is proposed that it should be biologically decomposed since this method is more effective than the labor intensive and costly removal of oil from the contaminated surface and incineration. Therefore, a particularly important activity is the quest of biological methods of cleaning water from oil contamination. Out of micro-organisms the greatest role in bio-degradation of oil is played by hydrocarbon-oxidizing bacteria. Usually their number is not great (approximately 2 micro-organisms per 100 ml of medium), however in the case of oil contamination, their number increases to 108-109 per 1 ml.
Natural purification of water by micro-organisms from petroleum products is slow, therefore the affluent cleaning process needs to be intensified by increasing the affluent temperature. The biological cleaning of refineries' affluent at elevated temperatures (30-370C) occurs more intensively than
ЭКОЛОГИЯ
ENVIRONMENT CONTROL
5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
at lower (18-200C) temperatures, while the number of oil oxidizing micro-organisms increases and nitrifiers predominate. The cleaning process can be intensified by introducing selective micro-organisms into active silt or by means of the microbe method which reduces the concentration of oil products from 50-30 down to 3-5 mg/l. The microbe cleaning method helps produce microbe or yeast bio-mass with continuous cultivation of micro-organisms on petroleum hydrocarbons used as fodder in the diet of birds and animals.
The affluent of oil and gas processing facilities, despite significant difference, has a number of common components: oxygen containing and nitrogen containing compounds, various hydrocarbons, etc. Among the toxic substances in the affluent of the gas processing facilities are the following: glycols-mono-ethyleneglycol, amine-diatanolamine, methanol, pyridine containing compounds (Gas Processing Facility, Orenburg).
The most challenging task in the cleaning of the affluent of the Gas Processing Facility is the purification from organic substances which are difficult to decompose, such as methanol, diatanolamine, mo-noethyleneglycol, pyridine containing compounds, corrosion inhibitors, hydrogen sulphide, mercaptans, etc. There is evidence confirming the possibility of degrading monoethyleneglycol, diatanolamine, methanol by means of complex biocenosis of active silt, however this is only possible if these substances are contained in comparatively low concentrations, i.e. no more than 0.1-1.5 g/l. It is not possible to clean the water from high concentrations of these substances using active silt. The process of local microbe cleaning based on the use of selective highly active destructor-cultures may serve as the only way of destroying. Very little is known about destruction of ethyleneglycols. There is evidence proving that they can be decomposed by acetic acid bacteria, under anaerobic conditions - by bacteria of clostiridium species while the dominating forms are bacteria of pseudomonad species. There is still less evidence of diatanolamine being destroyed, though the latter is of critical importance. Previously there had been a school of thought about diatanolamine being a biologically stable substance, however subsequently it was ascertained that it could be decomposed by destructor-microorganisms of the pseudomonad species. So far as methanol is concerned, it is decomposed much easier by destructor-microorganisms as well as by yeasts. In the meantime the biomass can be used as food, fodder u1082, medical and industrial material. In the national or world practice there did not exist any methods of microbiologically cleaning highly concentrated methanol containing affluent with production of bio-mass. It was only at the Orenburg Gas Processing Facility that the researchers developed a bio-technology to purify such affluent using destructor-bacteria and yeasts. The affluent of gas, oil and petrochemical facilities is highly toxic and given existing volumes of water removal it poses a serious environmental hazard. The cleaning of such affluent to meet the parameters envisaged by the current normative requirements, using conventional methods, is virtually impossible. Apart from that, in certain cases, high contamination of water, used in technological processes, results in considerable economic losses which is a necessity. Lack of return water supply affects the costs associated with the use of fresh water. Scientific Research and Projects Institute for Environmental Problems, Orenburg, analyzes the existing affluent cleaning systems of the gas processing facilities, oil refineries, issues recommendations on optimization of the technological process as well as develops and installs sealed cleaning system and affluent removal system or a return water supply project. Thus, the cleaning process can be intensified by using new technologies, new facilities. A rational path in this direction is micro-biological bio-destruction. Knowledge of ecology, physiology and biochemistry of microorganisms - destructor-cultures, justification for the leading role played by bacteria in destroying highly concentrated organic substances, creation of local cleaning facilities allow us to say that the local microbe process based on the use of isolated effective destructors of the subject organic substances can serve as the only way of cleaning the affluent from ethylene glycol, methanol and diethylene glycol.
Наиболее трудной задачей в очистке сточных вод ГПЗ является очистка от труд-норазлагаемых органических веществ, таких как метанол, ДЭА, МЭГ, ПАВ, ингибиторы коррозии сероводорода, меркаптанов и др. В литературе есть данные о возможности деградации МЭГ, ДЭА, метанола сложным биоценозом активного ила, но это возможно только если эти вещества содержатся в сравнительно низких концентрациях, не более 0,1 -1,5 г/л. Очистка же воды от высоких концентраций этих веществ активным илом невозможна. Единственным путем для деструкции может служить процесс локальной микробной очистки, основанный на применении селекционных высокоактивных штампов-деструкторов.
Очень мало известно о деструкции эти-ленгликолей. Есть данные, что они могут разлагаться уксуснокислыми бактериями, в анаэробных условиях - бактериями рода клостридий, а доминирующими формами являются бактерии рода псевдомонад.
Еще меньше данных о деструкции диэ-таноламина, хотя последний имеет большое значение. Ранее существовало мнение, что ДЭА-биологически устойчивое вещество, позднее было установлено, что он может разлагаться микроорганизмами-деструкторами рода псевдомонад.
Что касается метанола, то он гораздо легче разлагается микроорганизмами-деструкторами, а также дрожжами. При этом биомассу можно использовать как пищевой, кормовой, медицинский и промышленный материал.
В отечественной и мировой практике не существовало способов микробиологической очистки высококонцентрированных метанолсодержащих стоков с получением биомассы. Только на Оренбургском газоперерабатывающем заводе учеными-исследователями была разработана биотехнология очистки таких стоков с помощью бактерий-деструкторов и дрожжей.
Сточные воды предприятий газонефтехимических производств высокотоксичны и при существующих объемах водоот-ведения представляют собой серьезную экологическую опасность. Очистка этих стоков для параметров, предусмотренных
Рис. 3 Здание станции ПДВС
Flg. 3 Bullding of the PDVS Station
действующими в настоящее время нормативными требованиями, традиционными способами практически невозможна. Кроме того, в некоторых случаях высокая загрязненность вод, используемых в технологических процессах, приводит к значительным экономическим потерям, часто необратимым. Отсутствие оборотного водоснабжения сказывается на затратах, связанных с использованием пресной воды.
Научно-исследовательский и проектный институт экологических проблем (НИПИ-ЭП, г Оренбург) выполняет анализ существующих систем очистки сточных вод газо, нефтеперерабатывающих производств, выдает рекомендации по оптимизации технологического процесса и разрабатывает и монтирует герметизированную систему очистки и отведения сточных вод или проект оборотного водоснабжения.
Таким образом, процесс очистки может быть интенсифицирован путем применения новых технологий, новых сооружений. Рациональный путь в этом направлении - микробиологическая биодеструкция.
Знание экологии, физиологии и биохимии микроорганизмов штаммов-деструкторов, обоснование ведущей роли бактерий в разрушении высококонцентрированных органических веществ, создание локальных очистных сооружений позволяет утверждать, что единственным путем очистки сточных вод этиленгликоля, метанола и диэтиленгликоля может служить локальный микробный процесс, основанный на применении выделенных эффективных деструкторов указанных органических веществ. ■
Рис. 4 Фильтрационно-флотационная установка Fig. 4 Filtration and Flotation Unit
