Технология очистки от подземных загрязнений фенолами

Техника и технология
ликвидации подземных
загрязнений фенолом
На примере подземного загрязнения,
возникшего в результате
железнодорожной аварии
Характеристика экологической ситуации в
зоне железнодорожной аварии
• У разъезда Мыслец Горьковской железной
дороги Шумерлинского района республики
Чувашия произошло крушение товарного
поезда. В результате было разрушено 3
вагона с фенолом, 13 вагонов с дизельным
топливом. Последующий мониторинг
аварийной территории показал, что
содержание фенола в грунте составляло от
0,14 г/кг до 1,754 г/кг, концентрация фенола в
ручье Безымянный колебалась от 60 мг/л до
120 мг/л.
Ручей Безымянный
Инженерно-изыскательские работы, проведенные в
зоне железнодорожной аварии
По результатам данных работ определены:
1)
2)
3)
4)
направления разгрузки фенола и нефтепродуктов из ядра под железной дорогой;
заложены промывочные скважины по ранее определённой площади;
произведена блокировка торфом мест просачивания загрязняющих веществ в ручей;
произведена топографическая привязка реально существующих скважин.
Кроме того, проведены исследования проб грунта (329 проб) и грунтовой воды (35 проб) на содержание
фенола. При этом получены следующие результаты:
— максимальное содержание фенола в пробах грунта: 535977мг/кг·грунта;
— максимальные концентрации фенола в пробах грунтовой воды: 38904515
мг/л;
— обнаружено неоднородное распределение концентрации фенола по глубине
скважин, с
тенденцией увеличения в нижней части разреза (зона
насыщения) на уровне 2,53 метра от глиняного водоупора;
— отмечено, что с момента аварии произошло накопление фенола в верхних
1020-ти сантиметрах глиняного водоупора.
По предварительной оценке площадь загрязнения на участке аварии к северу от железной дороги
равна 0,5 га.
Полученные данные после мониторинга заражённой территории были обработаны с помощью
компьютерных программ «RISC Workbench 4.0» и «EnviroBrowser 2.1» (Канада). Было
получено заключение  период естественной деградации фенола в сложившихся условиях
составляет 30 лет.
Перемещение органических токсикантов под землёй.
Механизмы распространения загрязнителей в окружающей среде
1 — река или ручей; 2 — поверхностный поток; 3 — ветряная эрозия; 4 — испарение; 5 — осадки; 6 —
район захоронения; 7 — средняя структура грунта; 8 — гравий; 9 — мелкодисперсный грунт; 10 —
ненасыщенный поток; 11 — уровень грунтовых вод; 12 — загрязнённые грунтовые воды; 13 —
водоносный слой на малой глубине; 14 — незагрязнённые грунтовые воды; 15 — ограничивающее
основание.
Поперечный разрез зоны промывки пятна
фенольного загрязнения под
железнодорожным полотном
Характеристика выделенной культуры
фенолокисляющего микроорганизма
Культура
Aureobacterium
развивается при температуре
Установлено, что культура
высокой активностью при
saperdae 6-204 активно
15÷200С и рН среды 6,8÷7,2.
характеризуется достаточно
использовании питательной
среды, содержащей 0,050,2 г/л азота, 0,005÷0,05 г/л калия,
0,005÷0,05 г/л фосфора и 0,01÷0,08 г/л магния.
Удельная
скорость
роста
–
0,08÷0,12
ч-1;
Скорость потребления фенола – 30÷45 мг/л·ч.
Схема лабораторной установки для иммобилизации бактерий
Технология ликвидации подземных фенольных загрязнений
Модель конструкции биофильтра
Процессы, протекающие в
биоплёнке
Схема обмена веществ в
элементарном слое биофильтра
1 - материал загрузки;
2 - анаэробная зона биоплёнки;
3 - аэробная зона биоплёнки;
4 - поток жидкости;
5 - газовая фаза.
Технологическая схема
процесса переработки
фенольных вод на
установке биофильтрации
на месте ликвидационных
работ
Установка состоит из:
–
биофильтров (Б1 и Б2), изготовленных из
пиломатериалов, снабженных плёночным экраном,
системой дренажа с приямком, системой орошения;
–
одной приёмной ёмкости (Е1) и семи аккумулирующих
емкостей (Е2-Е8);
–
насосных установок для циркуляции жидкости (Н1Н8);
–
вентиляционных установок (В);
–
воздушного торфяного фильтра (ТФ).
Системы полива и откачки грунтовых вод
Работа системы орошения грунта
Монтаж системы орошения биофильтра
Внутреннее устройство биофильтра
Дренажная система биофильтра и полиэтиленовый экран
Вентиляционная установка
Загрузка биофильтра и монтаж торфяного воздушного фильтра
Формирование торфяного воздушного фильтра
Рекультивационные работы
Конструкция биофильтра
Монтаж установки
Общий вид биофильтров
Результаты проведенных работ по ликвидации последствий аварии
Интенсивные работы по вымыванию фенола из грунта на месте железнодорожной аварии с его
последующей биодеструкцией проводились в течение двух летних сезонов ( в период с мая по октябрь). В
течение всего периода работы биофильтрационной установки снимались различные показания,
периодически отбирались и анализировались пробы воды, грунта и воздуха, а также проводился
тщательный мониторинг окружающей среды в зоне проведения работ.
В результате работ по интенсивной очистке загрязнений под железнодорожным полотном и на
прилегающих территориях, было переработано 8,62 т фенола. Концентрации фенола в грунтовых водах в
ядре загрязнений снижены с 4,516,5 г/л до 0,050,2 г/л, содержание фенола в грунте снижено с 0,51,7
г/кг до 0,070,15 г/кг. На системе каскадных биофильтров очищено около 21.850 м3 загрязнённых
промывных вод со средней концентрацией фенола 395 мг/л. Средняя производительность установки
составляла около 31 кг переработанного фенола в сутки, а максимальная производительность установки
превысила 97 кг переработанного фенола в сутки.
Ликвидирована угроза массированных разгрузок фенола в реку в период паводка.
Многократное снижение концентраций фенола в грунтах и грунтовых водах
этап интенсивной очистки и перейти к процессам естественного самоочищения.
позволило завершить
Проведенный мониторинг состояния окружающей среды в ходе процесса самовосстановления
подтвердил отсутствие аномально высоких концентраций фенола и нормальное протекание процесса
самоочищения, не требующее дополнительного вмешательства.
Таким образом, в результате проведенных мероприятий природный биоценоз на месте аварии и на
наиболее сильно поражённых участках с северной и южной стороны железнодорожного полотна и в
долине ручья Безымянный можно считать полностью восстановленным.
Буровые работы
ВЫВОДЫ:
1. Из природных источников выделена бактериальная культура, утилизирующая более 98%
фенола в качестве единственного источника углерода, обладающая высокой толерантностью
к фенолу (до 2000 мг/л), в отличие от ранее известных штаммов. Определены оптимальные
условия культивирования штамма, при которых штамм проявляет наибольшую активность:
удельная скорость роста – 0,08÷0,12 ч-1, скорость потребления фенола – 30÷45 мг/л·ч.
Получен патент РФ на штамм бактерий Aureobacterium saperdae 6-204 - деструктор фенола:
№ 2201446.
2. Показана возможность адсорбционной иммобилизации выделенной культуры на природных
и синтетических носителях. Достигаемая максимальная сорбция – до 400 мг/г носителя.
Адсорбционная иммобилизация фенолокисляющего микроорганизма на древесной стружке
позволяет получить высокоэффективную очистку воды с высокой скоростью деструкции
фенола 12÷20 мг/ч·см3 носителя.
3. Установлено, что иммобилизованный штамм устойчив в длительном непрерывном процессе
(до 120 суток), не нуждается в дополнительных факторах роста и обеспечивает высокую
эффективность очистки – до 98 % деструкции растворённого фенола при его концентрации в
среде до 2 г/л.
4. Разработана принципиальная технологическая схема, позволяющая без изменения
ландшафта, непосредственно на месте загрязнения, с минимальными капитальными и
эксплуатационными затратами проводить практически безотходную очистку грунта и
грунтовой воды от фенола на биофильтрационной установке.
5. Разработана конструкция биофильтра, позволяющего осуществлять процесс очистки воды,
загрязнённой фенолом непосредственно на месте загрязнения с минимальными
капитальными и эксплуатационными затратами.
6. Проведена апробация разработанной технологии на очистных сооружениях,
спроектированных и построенных совместно ООО ПКФ «БИГОР», Институтом
промышленной биотехнологии и МИИТ для Горьковской железной дороги. Доказана
стабильность работы иммобилизованного штамма в длительном непрерывном процессе.
Показана возможность ликвидации подземных фенольных загрязнений применением
разработанной технологии. Получен патент РФ на способ очистки грунта от подземных
фенольных загрязнений: № 2225271.