Способ очистки жиросодержащих сточных вод Российский патент 2023 года по МПК C02F3/34 C12N1/14 

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способам очистки жиросодержащих сточных вод, одновременным получением биологических поверхностно-активных веществ (биоПАВ), что может быть использовано в работе очистных сооружений и для добычи и транспортировки нефти, восстановления нефтезагрязненных территорий.

Известен способ биологической очистки жиросодержащих сточных вод активным илом и комплексом интродуцированных, бактериальных штаммов Bacillus danicus, Bacillus platychoma, Bacterium aliphaticum (авт. свид. СССР №789430 M Кл.³C02F 3/34, 1980). Недостатком предлагаемого способа является низкая степень очистки.

Известен способ получения биоПАВ путем глубинного культивирования микофильного гриба Hypomyces odoratus ВКПМ F-242 на сточных водах винодельческих предприятий. Полученная в процессе культивирования биомасса гриба и выделенный экзополисахарид способствуют снижению поверхностного натяжения нефти и улучшают ее реологические показатели [Буракаева А.Д. Повышение эффективности очистки сточных вод винодельческих предприятий с одновременным получением биоПАВ для нефтяной отрасли / Буракаева А.Д. Петрова Г.В., Хлытчиев А.И., Ахалаиа И.А., Сорокун С.В., Баширова З.А. // Экология и промышленность России, 2020 - Т. 24 - №2 - С. 41-45]. Недостатком способа является ограниченная материальная база для получения биоПАВ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки жиросодержащих сточных вод, предусматривающий введение в сточные воды культуры микроскопического гриба Hypomyces odoratus 94/77 ВКПМ F-242, процесс культивирования проводят в диапазоне рН=4,0-6,0 и температуре сточной воды 24-26°С, а обработку воды осуществляют в течение 16-24 часов [патент РФ №2767388 Буракаева А.Д., Петрова Г.В. Способ очистки жиросодержащих сточных, опубл. 17.03.2022 г, бюл. 8]. Недостатком способа является отсутствие предварительной физико-химической обработки поступающих на очистку стоков и в связи с этим удлиненный период процесса культивирования гриба, а также ограниченное применение полученной в процессе очистки стоков биомассы.

Техническим результатом, изобретения является повышение степени очистки сточной воды и извлечения жира за счет предварительной физико-химической обработки стоков, удешевление процесса очистки путем сокращение сроков культивирования гриба, получение биомассы гриба, обладающей поверхностно-активными свойствами, что предполагает частичную окупаемость процесса очистки стоков. Указанный технический результат достигается в результате предварительной нейтрализации высококонцентрированных стоков с высоким содержанием органических и неорганических веществ смесью оксида кальция и карбоната кальция, с последующей обработкой микроскопическим грибом Hypomyces odoratus ВКПМ F-242 в ферментере емкостью 10 л путем культивирования в течение 6-12 часов. За показатель эффективности обработки сточных вод принят прирост биомассы гриба, происходящий за счет потребления углерода жировых веществ, входящих в состав загрязняющих компонентов стока. По окончании культивирования биомассу гриба отделяют от очищенных стоков фильтрованием. Полученная в процессе очистки стоков биомасса представляет собой живые и частично разрушенные клетки мицелия, проявляющая поверхностно-активные свойства.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1

Нейтрализацию жиросодержащих сточных вод убойного цеха свинооткормочного комплекса состава: БПК₅=2163±40 мгО₂/дм³; ХПК=11800±20 мг/дм³; взвешенные вещества=1500±375 мг/дм³; общий азот=281 мг/дм³; фосфат-ионы=79,7±24 мг/дм³; сульфат-ионы=179,8 мг /дм³; хлорид-ионы=281±128 мг/дм³; жиры и масла=954±31 мг/дм³; рН_исх=5,5, а также нейтрализацию сточных вод маслосыродельного завода состава: БПК₅=1167±140 мг О₂/дм³; ХПК=22784±5468 мг/дм³; сухой осадок 7300 мг/дм³; взвешенные вещества=1000±75 мг/дм³; аммоний ионы=60,0±4,8 мг дм³; нитрит-ионы=36,7±3,7 мг дм³; нитрат-ионы=85,0±8,5 мг дм³; железо (общее)=39,3±2,0 мг/дм³; фосфат-ионы=179,7±18,0 мг/дм³; сульфат-ионы=176± мг/дм³; хлорид-ионы=1281±120 мг/дм³; жиры и масла=500,6; АПАВ=0,32±0,03 мг/дм³; КПАВ=3,47±0,80 мг/дм³ рН_исх=4,5±0,2 проводили смесью оксида кальция и карбоната кальция, взятых в весовом соотношении, равном 9:1. При нейтрализации смесью оксида кальция и карбоната кальция образуется осадок, представляющий собой гипс (CaSO₄⋅2H₂O). B нейтрализованной смесью оксида кальция и карбоната кальция сточной воде наблюдается снижение содержания всех основных загрязнителей жиросодержащих стоков в два раза. Как известно, сточные воды, поступающие на биологическую очистку, обязательно подвергаются предварительной нейтрализации путем доведением рН среды до 7,0-7,5. Для нейтрализации кислых сточных вод на биологических очистных сооружениях используются такие дорогостоящие реагенты, как водные растворы каустической соды NaOH или кальцинированной соды Na₂CO₃. Известно также, что при нейтрализации данными реагентами, а также в процессе биологической очистки не удаляются содержащиеся в существенных количествах сульфат-ионы, хлорид-ионы и жиры, что создает высокую нагрузку на очистные сооружения и снижает качество очищенной воды.

В результате достигается не только нейтрализация кислых сточных вод, но и снижаются показатели ХПК, БПК₅, взвешенные вещества, жиры, осуществляется перевод основного количества сульфат-ионов в твердый осадок в виде гипса (CaSO₄), который может использоваться в дальнейшем в строительстве(таблица 1 и таблица 2).

Пример 2

Повышение эффективности очистки сточных вод осуществляется за счет возможности дальнейшей утилизации загрязнителей микроскопическим грибом Hypomyces odoratus ВКПМ F-242, который обладает липазной активностью. Гриб выращивают в аэробных условиях в ферментерах мешалочного типа на сточной воде цеха убоя скота мясоперерабатывающего предприятия, прошедшей предварительную нейтрализацию (таблица 1 и таблица 2). Культивирование штамма ведут в аэробных условиях в течение 6-12 часов в интервале температур 20-26°С. Воздух в ферментер подается со скоростью 1 л O₂ на 1 л среды в минуту при оборотах мешалки 100-300 об./мин. По окончании культивирования биомассу отделяют фильтрованием и определяют химический состав очищенной сточной воды. Содержание жира снижается до 25 мг/дм³, сульфатов до 1,2 мг/дм³. Сравнительный анализ прототипа и предлагаемого способа представлен в таблице 3. Предлагаемый способ очистки жиросодержащих сточных вод имеет преимущества по сравнению с прототипом, поскольку сокращаются сроки культивирования до 6-12 часов; увеличивается диапазон кислотности среды (рН=4,0-6,5), оптимальный для роста гриба на жиросодержащих сточных водах, увеличивается выход биомассы гриба до 13,5-14,0 мг. Значительно снижается содержание жира в сточной воде, осуществляется перевод основной части сульфат ионов в гипс.

Пример 3

Полученная биомасса гриба характеризуется высоким содержанием белков (45-50%) и липидов (20-25%). Устойчивость эмульсии полученного продукта и нефти Баклановского месторождения Оренбургской области, показатели поверхностного натяжения (ПН) и критической концентрации мицелообразования (ККМ) представлены в таблице 4. В контроле поверхностное натяжение на границе вода-нефть из разных скважин составляло 73-76 Дж/м. Полученный биоПАВ образует стойкую эмульсию нефти с водой, которая не разделяется в течение 24-28 часов, по истечении этого времени происходит деэмульгирование и биоПАВ, концентрируется на поверхности раздела фаз: нижний слой - вода, серединный слой - биомасса гриба, верхний слой - нефть.

Примечание: ПН воды_дистип=74дж/м²

В таблице 5 приведены данные по изменению физико-химических показателей битуминизированной нефти Баклановского месторождения в сравнении с прототипом. Отмечается улучшение реологических показателей нефти после контакта с биомассой гриба по предлагаемому способу в сравнении с контролем и с прототипом: снижается плотность нефти, уменьшается вязкость, содержание асфальтенов, смол и парафинов и другие показатели.

Изобретение относится к способам очистки жиросодержащих сточных вод мясоперерабатывающих и маслосыродельных предприятий с высоким содержанием органических и неорганических веществ. Способ включает предварительную нейтрализацию высококонцентрированных кислых жиросодержащих стоков смесью оксида кальция и карбоната кальция 9:1 до рН = 6,5 и последующую обработку микроскопическим грибом Hypomyces odoratus ВКПМ F 242 в ферментере путем культивирования в течение 6-12 часов. При этом наблюдается прирост биомассы гриба, происходящий за счет потребления углерода жировых веществ, входящих в состав загрязняющих компонентов стока, снижение показателей ХПК, БПК₅, жиров, сульфатов, фосфатов, хлоридов. По окончании культивирования биомассу гриба отделяют от очищенных стоков фильтрованием. Полученная в процессе очистки стоков биомасса представляет собой живые и частично разрушенные клетки мицелия, обладающая поверхностно-активными свойствами, и может найти применение в нефтяной отрасли. 5 табл., 3 пр.

Способ очистки жиросодержащих сточных вод, включающий введение в сточные воды культуры микроскопического гриба Hypomyces odoratus, отличающийся тем, что сточные воды проходят предварительную нейтрализацию смесью оксида кальция и карбоната кальция (9:1) и последующую обработку грибом Hypomyces odoratus ВКПМ F 242, при этом культивирование гриба ведут при рН= 4,0-6,5 и температуре 20-26°С в течение 6-12 часов.