РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит из 117 страниц машинописного текста, 5 рисунков, 17 таблиц, 44 наименования использованных источников, 8 страниц приложения.

АБОРИГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА, НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫЙ ГРУНТ.

В дипломном проекте проведен литературный обзор методов биологической очистки сточных вод и нефтезагрязненных грунтов.

Проведены исследования биодеструкции нефти и нефтепродуктов в грунте аборигенными микроорганизмами.

Рассчитана экономическая эффективность внедрения в установку очистных сооружений коагулянта «Ферикс – 3».

Произведен расчет параметров аппаратов биологической очистки сточных вод (расчетным методом), расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от грунта, загрязненного нефтепродуктами с использованием программы УПРЗА “Эколог” версия 3.0.

Разработана программа на языке Delphiверсии 7.0.

Даны рекомендации по электробезопасности, пожаробезопасности и обеспечению безопасных условий работы при ликвидации аварийных ситуаций.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЛПУМГ – линейно-производственное управление магистральных газопроводов

БОС – биологические очистные сооружения

МКНУ – малогабаритная канализационная насосная установка

КНС – канализационная насосная станция

ПДК – предельно допустимый сброс

СНиП – строительные нормы и правила

СИЗ – средства индивидуальной защиты

ЧС – чрезвычайная ситуация

ООО - общество с ограниченной ответственностью

ОАО - открытое акционерное общество

РСЭО – расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

ССБТ – система стандартов безопасности труда

СанПиН – санитарные правила и нормы

ПУКХ – производственное управление канализационного хозяйства

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы очистки сточных вод и нефтезагрязненных грунтов

1.1.1 Методы очистки сточных вод

1.1.2 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов

1.2 Достоинства и недостатки биологического метода очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений

1.2.1 Применение биологические метода очистки на практике

1.2.1.1 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов внесением культур

1.2.1.2 Методы очистки активацией микрофлоры

1.3 Общие сведения о предприятии ОАО «Газпром трансгаз» (на примере ООО «Газпром трансгаз Уфа» управление аварийно-восстановительных работ и Кармаскалинского линейного производственного управления ОАО «Газпром трансгаз Уфа»)

1.4 Основные сведения об очистных сооружениях БИО – 25 КС «Кармаскалы»

1.4.1 Описание работы очистных сооружений БИО – 25 КС «Кармаскалы»

1.4.2 Существующее положение системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Недостатки существующей системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

2.1 Расчет материального баланса биологической очистки

2.1.1 Промышленные загрязненные стоки

2.1.2 Смеситель

2.1.3 Аэротенк

2.1.4 иловая площадка с аэротенка

2.1.5 Вторичные отстойники

2.1.6 Биофильтр

2.1.7 Третичный отстойник

2.1.8 Хлораторная

2.1.8.1 Установка обезвоживания осадка

2.1.8.2 Термическая обработка обезвоженного осадка

2.2 Материальный баланс

2.3 Расчет оборудования

2.3.1 Смеситель

2.3.2 Аэротенк

2.3.3 Иловая площадка

2.3.4 Вторичные радиальные отстойники

2.3.5 Биофильтр

2.3.6 Коагуляционная установка

2.3.7 Установка обеззараживания сточных вод

2.3.8 Третичный радиальный отстойник

2.3.9 Илоуплотнитель

2.3.10 Характеристика воды

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

3.1 Выделение и активация аборигенных микроорганизмов

3.1.1 Идентификация аборигенных микроорганизмов

3.1.2 Наработка суспензии аборигенных микроорганизмов

3.2 Биоремедиация нефтезагрязненных грунтов

3.3 Подбор стимуляторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов

4 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

4.1 Расчет капитальных затрат

4.2 Определение годовых эксплуатационных расходов

4.2.1 Затраты на коагулянт «Ферикс-3»

4.2.2 Затраты на электроэнергию

4.2.3 Затраты на воду

4.2.4 Фонд заработной платы

4.2.5 Отчисления на социальные нужды

4.2.6 Отчисления на амортизацию

4.2.7 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО)

4.2.8 Прочие затраты

4.2.9 Общехозяйственные расходы

4.3 Оценка предотвращенного экологического ущерба от антропогенного воздействия

4.4 Экономическая эффективность предложенной коагуляционной установки

4.5 Выводы по экономической части

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

5.1 Описание формул

5.1.1 Расчет аэротенка

5.1.2 Иловая площадка

5.1.3 Вторичные радиальные отстойники

5.2 Таблица констант неизвестных параметров

5.3 Блок – схема программы

5.4 Текст программы

5.5 Результаты расчета

6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

6.1 Характеристика производства

6.2 Пожарная безопасность

6.3 Электробезопасность

6.4 Санитарно-гигиенические требования

6.4.1 Освещение

6.4.2 Отопление и вентиляция

6.4.3 Средства индивидуальной защиты рабочих

6.4.4 Санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях

6.4.5 Водоснабжение и канализация

6.5 Охрана окружающей среды

6.6 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

6.6.1 Защита рабочих в чрезвычайных ситуациях. Использование защитных сооружений

6.6.2 Применение средств индивидуальной защиты

6.6.2.1 Виды средств защиты органов дыхания и их использование

6.6.2.2 Средства защиты кожи и их использование

6.6.3 Виды медицинских средств защиты и их использование

6.7 Создание безопасных условий труда работников

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В системе транспортировки газа рассматривается проблема очистки площади управления аварийно-восстановительных работ. Причиной загрязнения грунтов и сточных вод являются промывные воды автомобильных хозяйств и автотранспорта. Концентрация различных нефтепродуктов и моющих средств может достигать 10 г/л [1].

Такие воды, попадая в природные водоемы, губительно влияют на флору и фауну.

В данной дипломной работе рассматриваются два филиала предприятия ООО «Газпром трансгаз Уфа» – Управление аварийно-восстановительных работ (УАВР) и Кармаскалинское линейно-производственное управление магистрального трубопровода (ЛПУМГ).

УАВР производит ремонт автотранспорта, в результате которого происходит активное загрязнение почвы нефтепродуктами (бензин, моторные масла, трансмиссионные масла и т.д.), которые на предприятии очищаются микробиологическим препаратом «Девороил» [2].

Ввиду отсутствия централизованного водоснабжения, в филиале Кармаскалинского ЛПУМГ производится локальная биологическая очистка сточных вод.

Целью дипломной работы является усовершенствование локальной системы очистки сточных вод от нефтепродуктов и моющих средств и грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- проведение анализа существующих методов очистки нефтезагрязненных грунтов и сточных вод;

- исследование биодеструкции нефти и нефтепродуктов в почве ассоциацией аборигенных микроорганизмов-деструкторов;

- анализ эффективности очистки нефтезагрязненных грунтов с помощью активаторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов;

- усовершенствование технологии локальной очистки сточных вод с использованием коагулянта;

- расчет материального баланса усовершенствованной установки;

- расчет выбросов в атмосферный воздух загрязнений от нефтешлама на программе УПРЗА «Эколог».

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы очистки сточных вод и нефтезагрязненных грунтов

1.1.1 Методы очистки сточных вод

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, совместное применение нескольких методов очистки называется комбинированным.

Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения – нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве [3].

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и неорганических веществ.

Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования [4].

Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки [5].

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенк – аэробная установка, использующая для очищения стоков активный ил. Для его создания стоки обогащают нагнетаемым атмосферным воздухом, и находящиеся в нем бактерии биологически окисляют органические соединения.

 Активный ил — сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп и некоторых многоклеточных животных. Активный ил биологических окислителей формируется под влиянием химического состава обрабатываемой сточной воды, растворенного в ней кислорода, температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала. По внешнему виду активный ил представляет собой хлопья светло-серого, желтоватого или темно-коричневого цвета, густо заселенные микроорганизмами, заключенными в слизистую массу [6].

Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды.

Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

1.1.2 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов

Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности продукты переработки нефти, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее [7].

Среди методов очистки загрязнений нефтепродуктов в грунте выделяются следующие группы методов:

1 Механические: обваловка загрязнения, откачка нефтепродуктов в емкости насосами и вакуумными сборщиками, замена почвы, вывоз почвы на свалку для естественного разложения. Проблема очистки при просачивании нефтепродуктов в грунт не решается.

2 Физико-химические:

- сжигание (экстренная мера при угрозе прорыва нефтепродуктов в водные источники). В зависимости от типа нефтепродукта таким путем уничтожается от 1/2 до 2/3 разлива, остальное просачивается в грунт. При сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефтепродуктов. Грунт после сжигания необходимо вывозить на свалку (так называемая "горелая земля");

- предотвращение возгорания – применяется при разливах в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения грунта; в этом случае изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами;

- промывка почвы – проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или емкостях, где впоследствии производится их разделение и очистка;

- дренирование грунта – разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем; может сочетаться с биологическими методами, использующими нефтеразлагающие бактерии;

- экстракция растворителями. Обычно осуществляется в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром;

- сорбция. Сорбентами засыпают разливы нефтепродуктов на сравнительно твердой поверхности (асфальте, бетоне, утрамбованном грунте) для поглощения нефтепродукта и снижения опасности пожара;

- термическая десорбция (крекинг). Применяется при наличии соответствующего оборудования, но позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций;

- химическое капсулирование. Новый метод, заключающийся в переводе углеводородов в неподвижную нетоксическую форму.

3 Биологические:

- фитомелиорация. Устранение остатков нефтепродуктов путем высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока), активизирующих почвенную микрофлору; является окончательной стадией рекультивации загрязненных почв;

- биоремидиация. Применение нефтеразлагающих бактерий; необходима запашка культуры в почву, периодические подкормки растворами удобрений; ограничения по глубине обработке, температуре почвы; процесс занимает 2-3 сезона [8].

В настоящее время рекультивация нефтезагрязненных земель проводится, как правило, без достаточного научного обоснования. При сжигании нефтепродуктов, засыпке загрязненных участков грунтом, вывозе загрязненной почвы в отвалы, т.е. при ликвидации разливов нефтепродуктов на почвы последствием часто может быть необратимое уничтожение плодородного слоя почвы. Такие способы рекультивации совершенно неприемлемы. Механические и физические методы не могут обеспечить полного удаления нефтепродуктов с почвы, а процесс естественного разложения их в почвах чрезвычайно длителен, поэтому в настоящее время наиболее приемлемыми являются биологические методы [9].

1.2 Достоинства и недостатки биологического метода очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений

Главным преимуществом биологического метода очистки является его экологическая безопасность.

Основной недостаток большинства биологических методов очистки сточных вод заключается в необходимости удаления излишней биомассы, сложности поддержания популяции бактерий и сохранения их активности. Установки, использующие в своей работе активный ил, указанных недостатков не имеют [10].

К сожалению, и этот метод не лишен недостатков, главный из которых – сложность достижения равновесия между процессами расщепления примесей и сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Без достижения такого равновесия вода не будет очищена. Поэтому работу реакторов контролируют, постоянно следя за состоянием активного ила.

Показано, что для биологической очистки нефтезагрязненных почв значительному ускорению разложения нефтепродуктов в лабораторных опытах и in situ способствует применение штаммов нефтеразрушающих микроорганизмов. Однако их рост лимитируется недостатком кислорода, азота и фосфора, что требует периодического внесения извне составов, содержащих названные биогены, а также стимуляторов роста микроорганизмов, что усложняет технологию очистки от нефтяного загрязнения и значительно удорожает ее [11].

К недостаткам также следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость дополнительных мер очистки в случае высокой концентрации примесей.

Известны также методы, направленные на активизацию жизнедеятельности естественной почвенной микрофлоры, однако они трудоемки и связаны с большими материальными затратами [12].

Большинство известных схем рекультивации включает, как правило, следующие основные этапы:

- снятие верхнего загрязненного слоя с вывозом за пределы зоны рекультивации с последующим складированием и обезвреживанием;

- доставка и нанесение вместо удаленного загрязненного слоя почвы плодородного грунта.

Применяют также методы буртования, заключающиеся в сооружении фундамента бурта (земляной насыпи) вокруг загрязненного участка и подготовке почвы к закладке в бурт (рыхление, внесение минеральных питательных веществ, инертных структурообразователей и т.д.). Однако этот метод имеет ограничения, поскольку его нельзя применять в случае тонкодисперсного сложения почв, в присутствии большого количества неорганических соединений и при высокой токсичности почв [13].

Проблема использования микроорганизмов также состоит в сложности подбора минеральных удобрений для питательной среды. По результатам недавних исследований, однократное стартовое внесение даже небольших доз азотных минеральных удобрений хотя и стимулирует на первых этапах рекультивации жизнедеятельность углеводородокисляющих микроорганизмов, но в дальнейшем приводит к резкому замедлению процессов микробиологической деструкции нефтепродуктов из-за полного подавления активности азотфиксирующих бактерий и значительных непроизводительных потерь азота из почвы вследствие интенсивно протекающих в нефтезагрязненной почве процессов микробиологической денитрификации. В результате этого через короткий промежуток времени, несмотря на внесение удобрений, в почве наблюдается резкий дефицит азота и для дальнейшего стимулирования процессов биодеструкции нефтепродуктов требуется новое дополнительное внесение азотных удобрений, что в свою очередь опять неминуемо приведет к новым выбросам молекулярного азота из почвы в атмосферу [14].

Как показывает практика, применение биопрепаратов оправдывает себя только в системах интенсивной очистки, предполагающих перемещение загрязненного грунта на специально оборудованные технологические площадки в условиях, оптимальных для функциональной активности входящих в состав препаратов нефтеокисляющих микроорганизмов. Тогда как интродукция активных штаммов биопрепаратов в почву в неблагоприятных условиях чаще всего оказывается неэффективной.

Очевидно, что методы биологической очистки грунта от нефтепродуктов имеют как достоинства, так и недостатки, что открывает возможности для их усовершенствования.

1.2.1 Применение биологические метода очистки на практике

1.2.1.1 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов внесением культур

Механические и физические методы не могут обеспечить полное удаление нефтепродуктов из почвы, а процесс естественного разложения загрязнений в почвах чрезвычайно длителен. Разложение нефти и нефтепродуктов в почве в естественных условиях – процесс биогеохимический, в котором главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефтепродуктов до углекислого газа и воды [15].

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует. Они находят применение при массированном и аварийном загрязнении, в сложных условиях, при отсутствии развитого естественного биоценоза.

Достоинством этих методов является их селективность и возможность введения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсические соединения. Однако их эффективность не всегда бывает одинаково высока, поскольку многие культуры эффективны лишь в относительно узком диапазоне условий. Кроме того, иногда происходит вырождение микроорганизмов до достижения необходимого уровня очистки. Также следует учитывать, что их применение может нарушать естественные биоценозы, поскольку при этом происходит смена состава популяций ведущих сообществ микроорганизмов.

Обычно для очистки грунтов и вод используют бактерии (Bacterium, Actinomyces,Artrobacter,Thiobacterium,Desulfotomaculum,Pseudomonas,Hydromonas,Bacillusи др.), а также низшие формы грибов. Часто применяют комплексные биопрепараты, которые содержат не только целый набор культур, но и питательные вещества. В настоящее время именно эта область – разработка искусственных биопрепаратов-деструкторов – получила во всем мире широкое распространение [16].

Различные виды дрожжей Саndidaразлагают ароматические соединения с концентрацией 1% за 180-200 дней. Саndidаsр. способна также утилизировать керосин и газ. Саndida lipolytica, введенная в дозекл/г почвы, активно разлагает сырую нефть.

Нефтезагрязненные почвы обрабатывают Acinetobactersp.,Alcalgenessp.,Pseudomonassp., одновременно вносят растворы фосфорных и аммонийных солей. Нефтепродукты на поверхности почвы уничтожают бактерии видов Actinomycor elegans иGeotrichummarinum. ИспользованиеActinebactersp. дает 80%-ный эффект очистки от ароматических соединений по истечении 5 недель. Для деструкции нефти и нефтепродуктов выделены штаммы галотолерантных и галофильных архебактерий. В условиях высоких температур могут быть использованы бактерии видаBacillusalbiaxialis. Бактерия родаDesulfobacteriumосуществляет деградацию салицилата в условиях сульфатредукции.Streptomycesalbiaxialisразлагает углеводороды нефти при содержании соли до 30%; эффективность при оптимальной температуре 28-30°С достигает 50% [15, 16].

За рубежом довольно широко для локальной очистки сильнозагрязненных почв и других материалов используется технология "биовосстановления", являющаяся весьма эффективной, но дорогостоящей. Суть этой технологии сводится к тому, что загрязненный материал загружается в биореактор, оборудованный паровой экстракцией, трубопроводами для подвода кислорода (или воздуха), питательных веществ и системами контроля рН и температуры. Биологическую очистку можно комбинировать с физическими методами, такими, как экстракция паром или адсорбция на угле для удаления летучих соединений, или с химическими методами для удаления токсичных компонентов или металлов.

В условиях города, когда многочисленны небольшие локальные разливы нефтепродуктов, непосредственное использование биопрепаратов на месте бывает нерационально. В этих случаях наиболее рационален сбор загрязненного грунта или породы путем срезки с последующей их биологической очисткой на специальных площадках.

Технология применения биопрепаратов для очистки, в частности почвы, предусматривает одновременное внесение в почву микробиологических препаратов и минеральных компонентов, необходимых для питания микроорганизмов, в основном азота и фосфора, которые вносятся в виде минеральных удобрений. В зависимости от концентрации загрязнения почвы в комплексе с биотехнологическими методами применяются и агротехнические приемы, направленные на улучшение обеспечения кислородом микроорганизмов.

В результате многолетних исследований, максимальная скорость биодеградации нефтяного загрязнения была получена при комбинированном использовании вышеперечисленных способов.

Очевидно, что нет ни одного микроорганизма, который мог бы усваивать все группы углеводородов, составляющих основу нефти, поэтому ведутся активные разработки в области данного процесса [17].