Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ

Изобретение относится к области микробиологической очистки промышленных органических шламов, в частности нефтешламов очистных сооружений, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известен способ снижения содержания нефтепродуктов в осадках очистных сооружений методом компостирования, включающем внесение в очищаемые материалы агента, улучшающего структуру (древесные стружки), биогенных веществ (азотные и фосфорные удобрения), активного ила очистных сооружений, размещение материалов на водонепроницаемой подложке, снабженной системами дренажа и вентиляции, регулирование процесса по температуре и влажности компоста, контролирование pH. (Kirk O'Reilly et al. Efficacy and economies of composting aged materials at a refinery // Papers from Fourth International In Situ and On-Site Bioremediation Symposium. - New Orleans, USA, 1997, V. 2. - P. 73-78).

Важными факторами процесса биодеградации загрязнений являются наличие в системе активных микроорганизмов-деструкторов, поддержание pH на уровне, оптимальном для их жизнедеятельности и наличие условий, обеспечивающих доступность загрязнений для микроорганизмов. Недостатком данного способа является недостаточная эффективность процесса из-за отсутствия возможности регулирования pH и не обеспечения условий, способствующих доступности загрязнений для микроорганизмов.

Известен способ обработки твердых и жидких сред, загрязненных нефтепродуктами, такими как дизельное топливо, бензин, путем внесения в среду бикарбонатных солей для регулирования pH, увеличения за счет этого количества углеводородметаболизирующих микроорганизмов и ускорения процесса биодеградации (Пат. США 5334312, МКИ C 02 F 11/16, опубл. 15.10.92). Недостатком данного способа является то, что бикарбонатные соли под воздействием кислотных агентов разрушаются, требуется их повторное внесение, что приводит к увеличению стоимости очистки.

Наиболее близким к заявляемому является способ биологической очистки шламов, включающий стадии аэробной биодеградации загрязнений с образованием гумусоподобного субстрата и внесение активных микроорганизмов-деструкторов на стадию аэробной биодеградации путем циркуляции в систему очистки части обработанного шлама с кондиционирующими добавками, необходимыми для активизации компостирования. В качестве кондиционирующих добавок, улучшающих структуру шлама, регулирующих pH, благоприятствующих оптимальному водному режиму, снижению токсического эффекта загрязнений за счет адсорбции и повышающих доступность загрязнений для микроорганизмов используют альгинит, бентонит и монтмориллонит, поверхностно-активные вещества (DE 41 11 314, C 02 F 1/40, опубл. 02.08.94). Недостатком способа является его высокая стоимость за счет больших затрат на кондиционирущие добавки.

Сущностью изобретения является способ биологического обезвреживания промышленных органических шламов, включающий стадии внесения биогенных веществ, кондиционирующей добавки и активных микроорганизмов-деструкторов и аэробной биодеградации загрязнений с образованием гумусоподобного субстрата, в котором в качестве кондиционирующей добавки используют отход производства простых полиэфиров на основе окисей этилена и пропилена со стадии фосфатно-сорбционной очистки продуктов в количестве 5-50 г на 1 кг шлама, а также возврата на стадию аэробной биодеградации части гумусоподобного субстрата в количестве 5-30% от веса исходного шлама. Кондиционирующей добавкой, улучшающей структуру шлама, регулирующей pH, благоприятствующей оптимальному водному режиму, обеспечивающей снижение токсического эффекта загрязнений за счет адсорбции и повышающей доступность загрязнений для микроорганизмов, является отход производства простых полиэфиров (лапролов), имеющий состав ( мас.%):
бентонит - 28-30
одно- и двухзамещенный фосфат калия - 41-44
лапролы - 27-30
Отличительными признаками изобретения являются: использование в качестве кондиционирующей добавки отхода производства лапролов со стадии фосфатно-сорбционной очистки продуктов, в количестве от 5 до 50 г/кг шлама, который имеет следующий состав компонентов (мас.%):
бентонит - 28-30
одно- и двухзамещенный фосфат калия - 41-44
лапролы - 27-30,
а также возврата на стадию аэробной биодеградации части гумусоподобного субстрата в количестве 5-30% от веса исходного шлама.

Применение отхода производства лапролов в определенном количестве в качестве кондиционирующей добавки и введение части гумусоподобного субстрата, полученного по данному способу, в исходный шлам позволяет:
- удешевить процесс очистки промышленных органических шламов, так как используется отход производства;
- повысить эффективность биологической очистки шламов за счет: внесения активных микроорганизмов-деструкторов, присутствующих в продукте аэробной биодеградации - гумусоподобном субстрате; создания буферной системы и поддержания pH в диапазоне 6,5-8,0, оптимальном для микроорганизмов-деструкторов нефтепродуктов, благодаря присутствию в составе отхода одно- и двухзамещенных фосфатов калия; введения в систему очистки агента, улучшающего структуру шлама и являющегося адсорбентом для токсикантов, каким является бентонит, входящий в состав шлама; увеличения биодоступности загрязнений благодаря наличию неионогенных ПАВ, какими являются лапролы;
- расширить ассортимент кондиционирующих добавок, пригодных для биологической очистки органических промышленных шламов, в том числе, нефтешламов.

Так как при сопоставлении существенных признаков изобретения с таковыми прототипа и других аналогов, выявлено, что они являются новыми и не описаны ни в одном техническом решении, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "новизна", а получение эффекта от использования отхода производства лапролов подтверждает его "изобретательский уровень". "Промышленная применимость" подтверждается ниже приведенными примерами конкретного выполнения изобретения.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: на месте обработки шлама создают водонепроницаемый барьер (например, бетонированную площадку или яму), на него помещают слой песка или гравия вместе с системой трубопроводов для дренажа и вентиляции; шлам экскавируют из емкостей депонирования, вносят биогенные вещества, кондиционирующие добавки и размещают на дренажной подложке в виде гряд или куч. В качестве биогенных веществ используют известные азотные и фосфорные удобрения (мочевину, простой суперфосфат) из расчета C:N:P = 100:5:1 по весу, в качестве кондиционирующей добавки применяют отход производства простого полиэфира со стадии фосфатно-сорбционной очистки продуктов следующего состава (мас.%):
бентонит - 28-30
одно- и двухзамещенный фосфат калия - 41-44
лапролы - 27-30,
в количестве от 5 до 50 г на 1 кг очищаемого шлама. Кроме того, в исходный шлам добавляют часть продукта аэробной биодеградации, полученного с использованием данного способа, - гумусоподобный субстрат в количестве 5-30% от веса исходного шлама. Смесь выдерживают до образования гумусоподобного субстрата, как по прототипу в течение 60 дней, процесс контролируют по температуре, pH, влажности, содержанию органического вещества, нефтепродуктов (определяют методом экстракции четыреххлористым углеродом и ИК-спектрометрией), фитотоксичности (тест-объекты семена пшеницы, овса, редиса), скорости респирации. Для поддержания необходимого уровня влажности (50-80%) кучи периодически поливают водой, избыток воды выводят через дренажную систему.

Пример 1.

Шлам в количестве 8 т, имеющий влажность 80%, экскавируют из емкостей депонирования очистных сооружений нефтехимического производства, размещают на бетонной площадке, вносят 4 кг мочевины, 8,2 кг простого суперфосфата, 40 кг отхода производства простых полиэфиров из расчета 5 г/кг, 400 кг компоста из расчета 5 мас.% (например, отработанный загрузочный материал биофильтра для очистки газовых выбросов нефтехимии), перемешивают дисковой бороной и размещают в виде гряд, высотой 0,4 - 0,6 м на дренажную подложку из гравия с системой трубопроводов для удаления избыточной влаги и вентиляции. Смесь выдерживают в течение 60 дней, перемешивая с периодичностью раз в три недели. Через неделю от начала эксперимента температура внутри кучи, на глубине 25 см достигает 38-45^oC и сохраняется в течение 40 дней, затем снижается до 20-25^oC, pH меняется в интервале 6,5-7,5, влажность 50-80%. Динамика содержания в компостируемой смеси органического вещества и нефтепродуктов, фитотоксичности и скорости респирации приведена в таблице.

Пример 2.

Проводят как в примере 1, за исключением того, что вместо отработанного загрузочного материала биофильтра в компостируемую смесь вносят гумусоподобный субстрат, полученный в примере 1.

Пример 3.

Проводят как в примере 2, за исключением того, что отход производства лапролов вносят в количестве 400 кг из расчета 50 г/кг, а гумусоподобный субстрат в количестве 2400 кг - 30 мас.%.

Пример 4.

Проводят как в примере 3, за исключением того, что отход производства лапролов вносят в количестве 32 кг из расчета 4 г/кг.

Пример 5.

Проводят как в примере 2, за исключением того, что гумусоподобный субстрат вносят в количестве 320 кг из расчета 4 мас.%.

Пример 6.

Проводят как в примере 3, за исключением того, что отход производства лапролов вносят в количестве 416 кг из расчета 52 г/кг.

Пример 7.

Проводят как в примере 3, за исключением того, что гумусоподобный субстрат вносят в количестве 2800 кг из расчета 35 мас.%.

Применение отхода лапролов в количестве меньше 4 г/кг не обеспечивает глубокую очистку шлама от нефтепродуктов из-за их недостаточной солюбилизации, значение скорости респирации к 60 дню остается высоким, обезвреживание шлама по показателю фитотоксичность происходит не полностью. В случае применения гумусоподобного субстрата в количестве меньше 4 мас.% происходит недостаточное разрыхление шлама и обеспечение активными деструкторами, что приводит к неглубокой очистке от нефтепродуктов и высокой остаточной фитотоксичности продукта очистки. Применение отхода лапролов в количестве выше 50 г/кг приводит к увеличению фитотоксичности продукта очистки из-за повышенных остаточных концентраций ПАВ, содержащихся в отходе. Применение гумусоподобного субстрата в количестве больше 30 мас.% нецелесообразно, поскольку это приводит к пониженному содержанию органического вещества в продукте очистки (< 20 мас.%), что затрудняет его дальнейшее использование (например, для рекультивации обедненных земель).