CC BY
120
УДК 504.3.054
Ю. П. Терещенко (асп.), А. В. Васильев (д.т.н., проф., дир.),
В. В. Заболотских (к.б.н., ст. преп.)
Разработка установки для эффективной очистки газовых выбросов нефтехимических предприятий
Тольяттинский государственный университет, Институт химии и инженерной экологии, кафедра инженерной защиты окружающей среды г. Тольятти, Россия, 445667, ул. Белорусская, 14; тел. (8482) 539247
Yu. P. Tereshchenko, A. V. Vasilyev, V. V. Zabolotskikh
Development of mount for effective cleaning of gas emissions of petrochemical enterprises
Togliatti State University 14, Belorusskaya Str, 14445667, Togliatti, Russia; ph. (8482) 539247
Рассмотрены вопросы снижения загрязнения атмосферного воздуха органическими загрязняющими веществами и неприятно пахнущими веществами, создаваемыми при работе предприятий нефтехимической промышленности. Проведен анализ методов и технологий очистки и дезодорации отработанных газов. Разработана конструкция модельной биоустановки для очистки газов от органических загрязняющих веществ для проведения серии экспериментальных исследований. Дан сравнительный анализ расчетных технических характеристик промышленной биоустановки и существующих аналогов. Показано, что биоустановка обладает рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами.
Ключевые слова: активный ил; биодезодорация газов; биологическая пленка; микроорганизмы-деструкторы; нефтехимические предприятия; очистка выбросов.
Проблема загрязнения окружающей среды органическими загрязняющими веществами и неприятно пахнущими веществами (НПВ), создаваемыми при работе предприятий нефтехимической промышленности, является актуальной и существенной для обеспечения экологической безопасности. Данная проблема возникает во многих городах с нефтехимической промышленностью. Так, в Тольятти накопление в воздухе НПВ является одним из существенных факторов риска, влияющих на здоровье человека 3. Многочисленные жалобы населения, проживающего на прилегающей к химическим заводам селитебной территории, по поводу неприятных запахов, а также жалобы на постоянные головные боли, головокружения и нервные расстройства, свидетельству-
Дата поступления 17.11.12
The problems of reducing air pollution by organic pollutants and unpleasant smelling substances, originated during the petrochemical industry. The analysis of the methods and techniques of cleaning and deodorization of waste gases. The design of the model bioinstallation for gas purification from organic pollutants in a series of experimental studies. A comparative analysis of the estimated specifications and industrial bioinstallation existing counterparts. It is shown that installation has several advantages over existing counterparts.
Key words: activated sludge; biodeodorization of air; biofilm; cleaning of emissions; petrochemical enterprises; destructors- microorganisms.
ют о наличии нерешенной и неисследованной проблемы в городе. Частые неблагоприятные климатические условия, несовершенные технологии дезодорации газовых выбросов на существующих химических предприятиях города приводят к ухудшению условий проживания населения. Выявление актуальной проблемы города побудило нас к исследованию основных источников НПВ и поиску новых технологий и способов эффективной очистки газовоздушных выбросов химических предприятий от НПВ *’2.
Запах — один из показателей, характеризующий загрязненность газовоздушных выбросов, зависящий от природы загрязняющих веществ и их концентрации 3. Анализ специфики и состава выбросов нефтехимических предприятий Тольятти показал, что основными
источниками НПВ явились органические мономеры изопрен, бутадиен и а-метилстирол. Так, состав выбросов каучукового производства включает в себя широкий спектр загрязняющих веществ, большую часть которых составляют непредельные углеводороды, ароматические соединения и др. вещества. Например, концентрации загрязняющих веществ, содержащихся в вентиляционных выбросах сушильных камер нефтехимического предприятия ООО «Тольяттикаучук», составляют: дивинил — 100 мг/м3, а-метилстирол — 20 мг/м3, стирол — 20 мг/м3, дихлорстирол — 100 мг/м3, трифторстирол — 15 мг/м3. Масса выбросов загрязняющих веществ после мокрой очистки вентиляционных выбросов составляет около 12 кг/ч, а концентрации нередко превышают допустимые нормы. НПВ входят в состав газовых выбросов и других химических предприятий (ООО «Тольяттисинтез», ОАО«Толь-яттиазот», ОАО «КуйбышевАзот»), в результате наблюдается превышение пороговой нормы концентрации в воздухе 4-6.
Как известно, для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов существуют различные методы: физические, химические и биологические 5. Проведенный авторами сравнительный анализ методов и технологий дезодорации газов позволил выявить достоинства и недостатки каждого из существующих методов. Недостаток многих химических методов — образование новых веществ, которые необходимо удалять из газа другими способами, что усложняет очистку и повышает затраты. Существующие физические методы эффективны для одних загрязнителей и неэффективны для органических примесей. Наиболее эффективными для удаления органических неприятно пахнущих веществ являются биологические методы дезодорации, основанные на использовании микроорганизмов-деструкторов для очистки газов. В основе биологической дезодорации газов лежит способность многих микроорганизмов окислять спирты, альдегиды, кетоны, органические кислоты, эфиры, ароматические соединения, азотсодержащие и особенно серосодержащие соединения, составляющие большую часть летучих соединений с наиболее неприятным запахом. С помощью биологической дезодорации можно легче, эффективнее и с меньшими затратами удалять неприятные запахи, чем традиционными физическими и химическими методами. Биологические методы отличает простота и надежность. Эксплуатационные затраты на очистку при использова-
нии метода биодезодорации составляют 0.2— 1.0 долл. за 1000 м3 газа, что ниже в 1.5—6 раз по сравнению с другими методами. На примере предприятий ООО «Тольяттисинтез» и ООО «Тольяттикаучук» авторами предложено применение биотехнологии по очистке газов на основе использования активного ила в биоустановке 1’7. Использование различных групп микроорганизмов-деструкторов активного ила позволит одновременно очищать газы от ттти-рокого спектра веществ различной природы.
Эффективно также сочетание биологической дезодорации с другими методами, ускоряющими и оптимизирующими процесс деструкции специфических загрязняющих веществ микроорганизмами (увеличение поверхности сорбента, химические катализаторы процесса деструкции). Комбинирование биологических, физических и химических методов позволит наиболее эффективно справляться со сложными органическими смесями — основными источниками неприятных запахов, с которыми каждый по отдельности метод не справляется.
С целью усовершенствования технологий дезодорации газовых выбросов авторами были разработаны опытные образцы установки газоочистки на основе биологических методов дезодорации 6.
В нашем случае биоустановка — это сорбционный аппарат, использующийся для ведения технологических процессов, где в качестве абсорбента (орошающей жидкости) применяется водная суспензия активного ила, а в качестве адсорбента — биопленка, которая образуется на полимерном пористом материале, закрепленном на решетках. Содержащиеся в очищаемом воздухе НПВ улавливаются и расщепляются микроорганизмами активного ила и биопленки. В биосорбере эффективность очистки газовых выбросов от органических веществ достигается за счет комбинирования процессов биосорбции и биодеградации.
Конструкция биоустановки включает в себя цилиндроконический корпус, несколько патрубков, а также загрузочный синтетический полипропиленовый материал, состоящий из слоев разной пористости .
Принцип действия данной установки (рис.) заключается в том, что загрязненный газ нагнетается с помощью газодувки в аппарат, проходит слой водной суспензии активного ила и слои полимерной загрузки, на которых закреплена биопленка, в это время органические загрязняющие вещества сорбируются и окисляются биодеструкторами. Далее очи-
Рис. Модельная установка биосорбера: 1 — корпус установки, 2 — биореактор, 3 — манометр, 4 — термометр, 5 — водомер, 6 — вентиль регулируемый, 7 — пневмомотор регулируемый с нереверсивным потоком, 8 — насос-мотор регулируемый, 9 — устройство для подачи загрязняющего вещества, 10 — вентиль трехходовой, 11 — форсунка.
щенный газ проходит слой керамзита и капле-отбойник и поступает в атмосферу.
Для повышения эффективности работы биосорбера большое внимание уделяется регулированию состава биологического компонента, созданию устойчивых зооглейно-мицели-альных конгломератов микроорганизмов, которые обусловливают оптимальные физические и морфологические свойства активного ила. При устойчивом режиме работы установки общее количество бактерий составляет примерно 60%, а общее количество дрожжей и грибков 40% от общего количества микроорганизмов. Такой состав биологических компонентов обеспечит высокую окислительную мощность биосорбера. Использование фактора симбиоза (взаимоусиления сообществ) также позволит повысить окислительную мощность биохимических очистных сооружений примерно в 4 раза. Данные свойства взаимоусиливаю-щего симбиотического взаимодействия и количественного соотношения биотических компонентов будут поддерживаться благодаря созданию оптимальных условий для такого функционирования биосистемы.
На первом этапе реализации проекта нами разработана и создана модельная установка биосорбера, которая в настоящее время используется для проведения экспериментальных исследований.
Предполагается создание и апробация промышленного образца биоустановки с последующей рекомендацией к серийному выпуску биосорберов. Полная окупаемость установки планируется в течение 2 лет. Достоинствами предлагаемой нами установки биодезодорации являются: экономичность — простота и доступность конструктивных материалов, возможность применения биологических методов очистки на базе существующей биологической очистки сточных вод предприятия — источника активного ила, оригинальные низкозатратные конструкторские решения; повышение эффективности очистки газовоздушных выбросов от НПВ за счет регулирования состава и условий существования биологических сообществ и увеличения площади соприкосновения проходящих газов с адсорбирующей (биопленка, пористый полимер) и абсорбирующей (распыляемая суспензия активного ила) поверхностями; применение биодезодорации —
использование биологических методов на основе микробной биодеградации сложных органических углеводородов на более простые нетоксичные позволит справляться с очень сложной задачей дезодорации газовых выбросов от органических производных нефтехимии.
Потенциальными потребителями предлагаемой установки в регионе Поволжья могут быть ООО «Тольяттисинтез», ООО «Тольят-тикаучук», ОАО «Тольяттиазот», ОАО «КуйбышевАзот», ОАО «Новокуйбышевский завод масел и присадок» и др. промышленные и нефтехимические предприятия. По данным Госкомстата, на 2012 г. в Российской Федерации насчитывается около 8000 предприятий в области химии и нефтехимии, на регион Поволжья приходится 22.2% промышленных объектов, т.е. 1776. Результаты работы могут быть активно использованы для повышения эффективности снижения токсичных выбросов и обеспечения экологической безопасности при работе промышленных предприятий.
Литература
1. Васильев А. В., Заболотских В. В., Чупрова Ю. П. Комплексная система экологического мониторинга «Токсиканты окружающей среды и здоровье человека» / Материалы IV Всероссийской (78-й Итоговой) студенческой конференции «Студенческая наука и медицина XXI века: традиции, инновации и приоритеты». Материалы докладов конкурса программы У.М.Н.И.К./ Под редакцией акад. РАМН, проф. Г. П. Котельникова.— Самара: ООО «Офорт»; ГОУ ВПО «СамГМУ».— 2010.- С.19.
2. Заболотских В. В., Терещенко Ю. П. Изучение свойств токсикантов г. Тольятти и их влияния на здоровье человека на базе информационных технологий// Сб. докл. научно-практич. конф.
«Актуальные проблемы экологии и пути их решения» — Самара: АНО «Издательство СНЦ РАН».- 2010.— С.113.
3. Заболотских В. В. Перспективы развития природосообразных технологий в решении проблем защиты окружающей среды/В.В. Заболотских// Сб. докл. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы экологии и пути их решения».— Самара: АНО «Издательство СНЦ РАН».— 2010.— С.94.
4. Кузнецов А. Е. Прикладная экобиотехнология. Т.1 и др.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.— 629 с.
5. Терещенко Ю. П., Заболотских В. В., Васильев А. В. Изучение основных токсикантов города Тольятти и их влияния на здоровье человека на базе информационных технологий / Сб. науч. докл. Междунар. инновационного форума молодых ученых в рамках III международного экологического конгресса (V Междунар. науч-но-технич. конф.) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ЕЬР!Т 2011.— Тольятти-Сама-ра, Россия, Самарский научный центр РАН, ТГУ.— 2011.— Т.2.— С.111.
6. Васильев А. В., Заболотских В. В., Терещенко Ю. П., Мазурина А. В. Решение проблемы дезодорации выбросов химических предприятий г. Тольятти на основе инженерных разработок биологической очистки газов. // «Стратегическое планирование развития городов России». Памяти первого ректора ТГУ С.Ф.Жил-кина: сборник материалов Международной заочной научно-практической конференции (Тольятти, 20-21 июня 2011 г.): в 2 т. /отв.ред. С. В. Большаков, Е.В.Никифорова.— Тольятти: ТГУ, 2011.— С.75.
7. Терещенко Ю. П. Разработка установки эффективной очистки и дезодорации газовых выбросов химических предприятий / Сб. науч. работ победителей Всероссийского конкурса научноисследовательских работ студентов и аспирантов в области химических наук и наук о материалах в рамках Всероссийского фестиваля науки.— Казань: КНИТУ.— 2011.— Т.П.— С. 202.
