СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2005 года по МПК C02F3/34 C12N1/20 C12N1/20 C12R1/06 C12N1/20 C12R1/08 

Описание патента на изобретение RU2263080C2

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, в частности к микробиологическим способам, и может быть использовано для очистки от органических веществ сточных вод, образующихся при производстве изопропилового спирта.

По существующей технологической схеме, в частности на Орском заводе синтетического спирта, производство изопропилового спирта основано на процессе гидратации пропилена водой с участием серной кислоты в качестве катализатора. Утилизация отработанной серной кислоты, содержащей некоторое количество воды, изопропилового спирта и алкилсерных кислот алифатического ряда, осуществляется в прудах-накопителях. Подстилка прудов-накопителей выполнена из глины, которая способна удерживать водосодержащие отходы от просачивания в нижние слои горизонта, но не обладает абсолютной инертностью по отношению к серной кислоте. Недостатком существующего способа утилизации сточных вод помимо отчуждения земли для хранения отходов техногенного происхождения, является то, что при хранении сернокислотного отхода происходит медленное взаимодействие серной кислоты с породообразующими минералами подложки и идут процессы их растворения. Это сопровождается эмиссией в сернокислотный пруд солей щелочных и щелочноземельных металлов, солей d-элементов, которые увеличивают токсичность хранимого отхода.

Известны способы очистки сточных вод, содержащих различные органические вещества, с использованием активного ила на биологических очистных сооружениях [1]. Однако при этом необходимо проводить предварительную нейтрализацию сточных вод с доведением рН среды до 7,0-7,5. Недостатком известного способа является то, что для нейтрализации кислых сточных вод на биологических очистных сооружениях используются такие весьма дорогостоящие реагенты, как водные растворы каустической соды NaOH или кальцинированной соды Na2СО3, что значительно удорожает процесс очистки сточных вод производства изопропилового спирта. Кроме того, при нейтрализации кислых сточных вод вышеперечисленными реагентами существенно высокое содержание сульфат-ионов в нейтрализованной сточной воде, подаваемой на биологические очистные сооружения, практически не изменяется, что создает не только высокую нагрузку на очистные сооружения, но и неизбежно снижает качество очищенной воды.

Технической задачей предлагаемого изобретения является удешевление процесса очистки сернокислотных сточных вод производства изопропилового спирта с исключением стадии их утилизации в кислотных прудах-накопителях.

Поставленная техническая задача достигается тем, что для нейтрализации сточных вод используется смесь оксида кальция и карбоната кальция, а нейтрализованная сточная вода, содержащая изопропанол и алкилсульфаты, для биодеградации последних обрабатывается консорциумом микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species ИБ ДТ-5. При этом процесс биодеградации изопропанола и алкилсульфатов под действием консорциума микроорганизмов осуществляется при рН среды 6,0-7,5 и температуре в пределах 25-3 5°С.

При нейтрализации сернокислотных отходов указанными реагентами происходят следующие основные химические реакции:

СаО+H2SO4=CaSO4↓+H2O

СаСО3+H2SO4=CaSO4↓+H2O+СО2

Использование в процессе нейтрализации карбоната кальция обусловлено необходимостью барботирования реакционной массы углекислым газом с целью интенсификации процесса. В результате достигается не только нейтрализация серной кислоты, но и перевод основного количества сульфат-ионов в твердый осадок в виде гипса (CaSO4), который может использоваться в дальнейшем в строительстве.

После окончания реакции нейтрализации в жидкой фазе образуется некоторое количество алкилсульфатов и изопропилового спирта

2 R-O-SO2OH+CaO→(R-O-SO2O)2Ca+Н2O

СН3-СН(СН3)-O-SO2OH+CaO→СН3-СН(СН3)-ОН+CaSO4

Для очистки нейтрализованных сточных вод от алкилсульфатов и изопропанола используют консорциум природных аэробных микроорганизмов, состоящий из Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1 и Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3. Указанный консорциум штаммов бактерий выделен из серой лесной почвы, загрязненной дизельным топливом, и депонирован в Коллекции микроорганизмов Института биологии Уфимского научного центра РАН под номером ИБ ДТ-5 в качестве нового консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов. Свойство микроорганизмов, входящих в состав указанного консорциума, использовать в процессе своей жизнедеятельности алкилсульфаты и изопропанол в качестве единственного источника углерода ранее известно не было.

Характеристика штамма Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1.

Морфолого-культуральные признаки. Прямые палочки с закругленными концами. Грамположительные. Подвижные. Эндоспоры сферические. На агаризованных средах формируют круглые, с ровными краями, плотные в центре колонии матового цвета, непрозрачные, люминесцирующие. Сапрофит.

Физиолого-биохимические свойства. Аэробы. Хемоорганотрофы. Каталазо- и оксидазоположительны. Хорошо усваивают сахарозу, ксилозу, фруктозу, мальтозу, лактозу, маннит, маннозу, арабинозу, L-рамнозу, глицерин. Усваивает аспарагин, аргинин, аланин; слабо усваивает валин, лизин. Реакция Вогес-Проскауэра отрицательная. Газ из глюкозы не образует. Индол не образует. Рост в анаэробном агаре отрицательный. Образует кислоту из глюкозы. Крахмал не разлагает. Способен окислять углеводороды нефти. Непатогенен.

Характеристика штамма Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3.

Морфолого-культуральные признаки. Короткие палочки с возрастом укорачиваются до кокков. Грамположительные. На плотных питательных средах образуют круглые, матового цвета плоские колонии, по краям менее плотные, чем в центре. Сапрофит.

Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Каталазоположителен, оксидазоотрицателен. Метаболизм окислительного типа. Хорошо усваивает сахарозу, фруктозу, мальтозу, лактозу, ксилозу, маннит, маннозу, арабинозу, L-рамнозу, глицерин. При выращивании на глюкозе образует газ. Усваивает аспарагин, аргинин, аланин; слабо усваивает валин, лизин. Потребляет цитраты в качестве единственного источника углерода. Желатин не гидролизует. Крахмал не разлагает. Индол не образует. Реакция Вогес-Проскауэра отрицательная. Отсутствие роста на среде с 6% NaCl. Способен окислять углеводороды нефти. Непатогенен.

Окислительную активность консорциума микроорганизмов определяли по конечному продукту окисления, т.е. по выделению CO2 по методике, описанной в [2]. В колбы емкостью 500 мл вносят поглотитель углекислоты Ва(ОН)2, 250 мл питательной среды Раймонда, 2,5 мл дизельного топлива и 5 мл трехсуточной культуры консорциума с содержанием клеток 1,0·108 КОЕ/мл, а также индивидуальные чистые культуры (по 5 мл) микроорганизмов Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1 и Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3 с титром 1,0·108 КОЕ/мл, полученные при выделении их из указанного консорциума. Окислительная активность консорциума в эксперименте длительностью 30 суток составила 1990 мг СО2, в то время как окислительная активность Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1 и Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3 соответственно 750 мг CO2 и 870 мг CO2. Таким образом, тип указанного консорциума является естественной природной симбиотической ассоциацией двух штаммов микроорганизмов.

Количественное содержание каждого из штаммов микроорганизмов, входящих в состав консорциума, составляло в культуральной жидкости 108 КОЕ/мл и не изменялось при длительном хранении в надлежащих условиях. Методом математического анализа установлено, что в данном консорциуме Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1 относится к доминирующей форме (51%) от всех изучаемых микроорганизмов в популяции. Бактерии Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3 являются содоминантной культурой (49%).

Консорциум микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species ИБ ДТ-5 выращивают на питательной среде следующего состава, г/л: Na2CO3 - 0,1; CaCl2 - 0,01; MnSO4·7H2O - 0,02; FeSO4·7H2O-0,02; NaH2PO4 - 1,5; К2HPO4 - 1,0; MgSO4·7H2O - 0,2; NH4NO3 - 2,0; вода дистиллированная - 1000 мл. В качестве единственного источника углерода в питательную среду вносится 1-3 мас.% дизельного топлива.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Нейтрализацию сернокислотных сточных вод процесса производства изопропилового спирта с концентрацией кислоты, составляющей 120 г/дм3, проводили смесью оксида кальция и карбоната кальция, взятых в весовом соотношении, равном 9:1. Расход смеси оксида кальция и карбоната кальция до достижения рН среды, равного 7,0, составил 102 г/дм3 (89,44 г/дм3 технического СаО, содержащего 69 мас.% основного вещества, + 12,43 г/дм3 технического СаСО3, содержащего 98,5 мас.% основного вещества). Количество осадка, представляющего собой гипс (CaSO4·2H2O), при нейтрализации 1 дм3 сточных вод составило 226 г, а количество нейтрализованных сточных вод - 950 мл. Содержание сульфат-ионов в нейтрализованной сточной воде, определенное титриметрическим методом [3], оказалось равным 1,1 г/дм3.

Нейтрализованная сточная вода, содержащая примеси органических веществ, подвергнута биохимическому окислению с использованием упомянутого консорциума микроорганизмов. Содержание изопропилового спирта и алкилсульфатов в субстрате составляло соответственно 204 мг/дм3 и 675 мг/дм3 [4, 5]. Способ очистки нейтрализованных сточных вод с помощью консорциума микроорганизмов осуществляют на ферментере емкостью 5 л по периодическому культивированию микроорганизмов.

Для засева ферментера используют биомассу микроорганизмов, выращенную в колбах Эрленмейера на качалке на питательной среде, состав которой приведен выше, с дизельным топливом в качестве единственного источника углерода. Численность бактерий консорциума микроорганизмов после высева культуры в ферментер, содержащий нейтрализованную сточную воду, составила 1,9·106 КОЕ/мл. В течение 7 сут непрерывного выращивания микроорганизмов на сточной воде численность микроорганизмов последовательно возрастала следующим образом: на 2 сут - 1,2·108 КОЕ/мл; на 3 сут - 3,0·108 КОЕ/мл и на 7 сут - 4,8·108 КОЕ/мл, что свидетельствует о высокой степени адаптации микроорганизмов к потреблению в качестве единственного источника углерода органических веществ, содержащихся в сточной воде. При этом очищенная сточная вода содержит изопропанол и алкилсульфаты в следовых количествах.

Для определения граничных значений температурного режима процесса усваивания органических веществ (изопропанола и алкилсульфатов) и зависимости этого процесса от значения рН среды проводят опыты по выращиванию микроорганизмов в лабораторных условиях при использовании периодического культивирования на качалках в колбах Эрленмейера. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Из результатов, приведенных в таблице, следует, что оптимальным значением рН среды для утилизации органических примесей в сточной воде является интервал изменения этого показателя 6,0-7,5. При рН 5,0 замедляется рост микроорганизмов и степень утилизации органических веществ культурой. По истечении 48 ч культивирования в среде выращивания остается соответственно 130 мг/л изопропанола и 270 мг/л алкилсульфатов. Слабощелочное значение рН среды (рН 8,0) также неблагоприятно для полного потребления консорциумом микроорганизмов органических веществ: в среде выращивания остаточные концентрации изопропанола и алкилсульфатов составляют соответственно 140 мг/л и 480 мг/л.

Выращивание консорциума микроорганизмов при различных температурных режимах показывает, что культивирование микроорганизмов при 25-35°С обеспечивает утилизацию изопропанола и алкилсульфатов бактериями до следовых количеств этих органических веществ в среде. При температурах ниже 25°С процесс утилизации органических веществ консорциумом микроорганизмов существенно замедляется и за 48 ч выращивания остаточное количество изопропанола и алкилсульфатов составляет соответственно 117 мг/л и 450 мг/л. Аналогичная ситуация наблюдается и при температуре процесса выше 35°С.

Таким образом, оптимальными показателями режима процесса биохимического окисления органических примесей, представляющих собой изопропанол и алкилсульфаты, в нейтрализованной сточной воде производства изопропанола являются: рН среды в пределах 6,0-7,5 и температура, составляющая 25-35°С.

При очистке сточных вод предлагаемым способом исключается стадия утилизации их в кислотных прудах-накопителях, при нейтрализации серной кислоты используется дешевый технический оксид кальция, а применение консорциума микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species ИБ ДТ-5 позволяет эффективно осуществить процесс биохимического окисления нейтрализованных сточных вод производства изопропанола от органических примесей.

Список литературы

1. Илялетдинов А.Н., Алиева P.M. Микробиология и биотехнология промышленных сточных вод. Алма-Ата: Гылим, 1990, - 224 с.

2. RU, патент №2115629, С 02 F 3/34, В 09 С 1/10, 1998.

3. РД 52.24.406-95. Методика выполнения измерений массовой

концентрации сульфатов в водах титриметрическим методом с солью бария.

4. АЮВ 0.005.170. МВИ. Методика выполнения измерений массовой концентрации органических веществ (изопропиловый спирт) в сточных и поверхностных водах газохроматографическим методом.

5. ПНД Ф 14.1.15-95. Методика выполнения измерений массовой концентрации анионактивных ПАВ в пробах сточных вод экстракционно-фотометрическим способом.

Похожие патенты RU2263080C2

название год авторы номер документа
КОНСОРЦИУМ ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ BACILLUS BREVIS И ARTHROBACTER SPECIES, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2002
  • Логинов О.Н.
  • Силищев Н.Н.
  • Чураев Р.Н.
  • Бойко Т.Ф.
  • Галимзянова Н.Ф.
  • Данилова Е.А.
  • Подцепихин А.К.
  • Султанов И.М.
  • Четвериков С.П.
RU2232806C2
СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТБЕЛИВАЮЩЕЙ ЗЕМЛИ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ НЕФТЕПРОДУКТАМИ 2002
  • Логинов О.Н.
  • Пилюгин В.В.
  • Костюченко В.П.
  • Комаров С.И.
  • Силищев Н.Н.
RU2237711C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ 2002
  • Логинов О.Н.
  • Силищев Н.Н.
  • Нуртдинова Л.А.
  • Яковлев В.Н.
RU2241032C2
КОНСОРЦИУМ ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ Acinetobacter sp. И Ochrobactrum sp., ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2012
RU2553540C2
СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТБЕЛИВАЮЩЕЙ ЗЕМЛИ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ НЕФТЕПРОДУКТАМИ 2005
  • Логинов Олег Николаевич
  • Биккинина Альмира Габдулахатовна
  • Силищев Николай Николаевич
  • Бойко Таисия Филипповна
  • Галимзянова Наиля Фауатовна
  • Нуртдинова Лариса Амирхановна
RU2297290C1
БИОПРЕПАРАТ-НЕФТЕДЕСТРУКТОР, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ГРУНТОВ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2007
  • Логинов Олег Николаевич
  • Мелентьев Александр Иванович
  • Силищев Николай Николаевич
  • Докичев Владимир Анатольевич
  • Алимбеков Роберт Ибрагимович
  • Мустафин Ахат Газизьянович
  • Чжан Вейму
RU2323970C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ 2015
  • Коршунова Татьяна Юрьевна
  • Четвериков Сергей Павлович
  • Логинов Олег Николаевич
RU2627598C2
Микробный препарат для утилизации углеводородных загрязнений 2016
  • Шестаков Андрей Иннокентьевич
  • Сережкин Илья Николаевич
  • Ламова Яна Александровна
  • Князюк Маргарита Константиновна
  • Федоренко Виктория Николаевна
  • Шабалин Николай Вячеславович
  • Шестакова Оксана Олеговна
  • Митрофанова Татьяна Ивановна
  • Павлов Владимир Анатольевич
  • Исаченко Артем Игоревич
RU2634403C2
Микробный препарат для утилизации углеводородных загрязнений 2015
  • Шестаков Андрей Иннокентьевич
  • Сережкин Илья Николаевич
  • Ламова Яна Александровна
  • Князюк Маргарита Константиновна
  • Федоренко Виктория Николаевна
  • Шабалин Николай Вячеславович
  • Шестакова Оксана Олеговна
  • Митрофанова Татьяна Ивановна
  • Павлов Владимир Анатольевич
  • Исаченко Артем Игоревич
RU2633690C2
Консорциум штаммов бактерий для очистки сточных вод от масложировых загрязнений 2018
  • Зеленина Татьяна Витальевна
  • Шестопалов Александр Михайлович
RU2691317C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, в частности к микробиологическим способам. Сточные воды нейтрализуют смесью оксида кальция и карбоната кальция с последующей обработкой микроорганизмами. В качестве микроорганизмов используют консорциум микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species ИБ ДТ-5. Способ используют для очистки от органических веществ сточных вод, образующихся при производстве изопропилового спирта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 263 080 C2

1. Способ биохимической очистки сточных вод, содержащих серную кислоту, изопропанол и алкилсульфаты, включающий нейтрализацию смесью оксида кальция и карбоната кальция последующую обработку микроорганизмами, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют консорциум микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species, депонированный в Коллекции микроорганизмов Института биологии Уфимского научного центра РАН под номером ИБ ДТ-5.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию осуществляют до рН среды, равном 6,0-7,5.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку сточных вод микроорганизмами ведут при 25-35°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2263080C2

Штамм FLаVовастеRIUм RIGeNSe Г-для очистки сточных вод от алкилсульфатов 1981
  • Ставская Софья Стефановна
  • Григорьева Татьяна Юрьевна
  • Ротмистров Михаил Николаевич
  • Кондратенко Виктор Николаевич
SU986925A1
СПОСОБ МИКРОБНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Панченко Л.В.
  • Турковская О.В.
  • Муратова А.Ю.
  • Дмитриева Т.В.
  • Купцов Л.Г.
  • Толтинова Л.А.
RU2121459C1

RU 2 263 080 C2

Авторы

Логинов О.Н.

Савинков А.А.

Гусаков В.Н.

Силищев Н.Н.

Суслин В.А.

Михайлов В.И.

Четвериков С.П.

Даты

2005-10-27Публикация

2004-01-05Подача