CONTROLLED BIODEGRADATION OF SYNTHETIC LUBRICATING (MOTOR) OILS IN INDUSTRIAL WASTEWATER

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.127.19
Issue: № 1 (127), 2023
Suggested:
08.11.2022
Accepted:
21.12.2022
Published:
24.01.2023
91
0
XML PDF

Abstract

Studies on controlled biodegradation of synthetic lubricating (motor) oils with hydrocarbon-oxidizing microorganisms (HOM) under statistical conditions were conducted.

It was determined that under the load of lubricating oils in the treated effluent up to 1680 mgO2/dm3 by COD, up to 200 mgO2/dm3 by BOD5 and with the growth of microorganisms in the range 101-106 - 106-106 cells/cm3 (at continuous treatment regime – for 14 days) the degree of neutralization of water reaches 89.9%, which corresponds to the norm of treated water in the recycled water supply. Biooxidation efficiency of oils in the experiment is arranged in the following descending order: Shell Helix Ultra 5W-40 > Mobil 1 10W-60 > Castrol Magnatec 5W-40, 89,86; 50,23 and 38.71 %, respectively. These maximum values were obtained at their concentration in the medium from 1000 ± 6 to 1500 ± 6 mg/dm3.

From the results of experiments it appears that biodegradation of synthetic oils by selective hydrocarbon-oxidizing microorganisms in a controlled mode is quite realistic, it is aimed at a practical solution for treatment of oil-containing wastewater of small sewage and large-tonnage industries.

1. Введение

Бурное развитие промышленности вызывает необходимость в предотвращении отрицательного воздействия сточных вод на водоёмы

. В последние годы проблема очистки сточных вод приобретает все большую остроту и актуальность во всем мире, в том числе и в Российской Федерации. В процессе хозяйственной деятельности современное общество потребляет всевозрастающие количества пресных вод, большая часть которой в результате становится загрязненной самыми различными веществами. Среди них особую остроту имеют сточные воды, загрязненные смазочными маслами разнообразной природы
. По степени вредного влияния на экосистемы смазочные масла и присадки занимают второе место после радиоактивного загрязнения
. В состав моторного масла, а, следовательно, стоков входят углеводороды нефти в интервале С20 - С50 с молекулярной массой от 300 до 700 а.е.
, в которых доля присадок колеблется от 15 % до 25 %
. Масла, использующиеся в качестве моторных, делятся на минеральные, гидрокрекинговые, полусинтетические и синтетические. Последние более токсичны и приносят огромный ущерб окружающей природной среде
,
,
.

Для утилизации их используют разнообразные физические, физико-химические и биологические методы.

На сегодняшний день во всем мире биологическая очистка является важным методом удаления из промышленных и др. сточных вод большей части органических и бактериальных загрязнений, потому что он характеризуется как наиболее экономический, эффективный и безвредный способ очистки

,
.

Однако многие вопросы, связанные с очисткой природных и сточных вод от смазочных масел, особенно в составе которых имеются синтетические, остаются малоизученными.

Целью настоящей научной работы явилось исследовательское обоснование управления биологической очистки сточных вод предприятий и сельскохозяйственных объектов от масляных загрязнений синтетического происхождения с определением оптимальных концентраций, допустимых для обезвреживания углеводородокисляющими микроорганизмами.

2. Материалы и методы исследования

Эксперимент проводили в лабораторных условиях синтетическими смазочными маслами Shell Helix Ultra 5W-40 (Россия); Mobil 1 10W-60 (Европа) и Castrol Magnatec 5W-40 (Германия) в концентрациях с исходным загрязнением 90 ± 6, 300 ± 6, 400 ± 6, 1000 ± 6 и 1500 ± 6 мг/дм3 статических условиях при температуре от +16 до +29 °С в колбах объемом 1 л из расчёта 400 мл/л. В качестве основных микроорганизмов для биоокисления, данных видов загрязнений применяли углеводородокисляющие микроорганизмы (УОМ), представленный родами: Alcaligenes (1 вид), Micrococcus (1 вид), Brevibacterium (2 вида), Bacillus (1 вид), Flavobacterium (1 вид), Clostridium (1 вид) и Pseudomonas (2 вида)

. Микроорганизмы объединены в консорциум по принципу их совместимости между собой и обеспечивают биоремедиацию широкого класса углеводородов. Рост УОМ оценивали по величине оптической плотности и методом титра, путем посева проб воды на среду МПА методом предельных разведений с последующим подсчетом выросших колоний
. Исходная численность УОМ для заражения ими опытные варианты стоков (по 20 мл) принята в пределах 101•106 - 106•106 кл/см3. Длительность эксперимента равнялась от 2 часов до 14 суток. Опыты проводили в трех повторностях. В качестве контроля использовали колбы со средой и смазочными маслами без микроорганизмов.

Схема вариантов опытов по биодеградации синтетических смазочных масел в разных концентрациях в статистических условиях использовалась для каждого вида масла:

1. Среда Мюнца + Масло (90 ± 6 мг/дм3) + 9 УОМ;

2. Среда Мюнца + Масло (300 ± 6 мг/дм3) + 9 УОМ;

3. Среда Мюнца + Масло (400 ± 6 мг/дм3) + 9 УОМ;

4. Среда Мюнца + Масло (1000 ± 6 мг/дм3) + 9 УОМ;

5. Среда Мюнца + Масло (1500 ± 6 мг/дм3) + 9 УОМ;

6. Контроль: Среда Мюнца + Масло (90 ± 6 мг/дм3);

7. Контроль: Среда Мюнца + Масло (300 ± 6 мг/дм3);

8. Контроль: Среда Мюнца + Масло (400 ± 6 мг/дм3);

9. Контроль: Среда Мюнца + Масло (1000 ± 6 мг/дм3);

10. Контроль: Среда Мюнца + Масло (1500 ± 6 мг/дм3).

Очистку воды от масляной пленки с углеводородокисляющими бактериями оценивали по динамике изменения УОМ, растворенного кислорода (О2) йодометрический методом Винклера

, биохимическому потреблению кислорода за пять суток (БПК5)
,
, химического потребления кислорода (ХПК)
и остаточного количества недоокисленных моторных масел спектрометрически на приборе Фурье Инфралюм ФТ-08 (Россия)
.

Статистическую обработку полученных данных проводили в компьютерной программе Microsoft Office 2010 (Word и Excel) с использованием дополнительной функции «анализ данных».

3. Результаты и обсуждения

Во время выполнения экспериментов по биодеградации сточной воды от смазочных масел Shell Helix Ultra 5W-40, Mobil 1 10W-60 и Castrol Magnatec 5W-40 установлены следующие закономерности:

1. УОМ активно используют в своем метаболизме синтетические смазочные масла в качестве единственного источника углерода и энергии. На это указывает активное увеличение численности УОМ в среде на 6-9 сутки контакта (в зависимости от видового состава), видимые изменения структуры и цвета «поглощаемой» бактериями масляной пленки, которая сопровождается расслоением, затем образованием отдельных кусочков с разрывами и свободными пространствами, а далее к 14 дню эксперимента численность микроорганизмов постепенно снижалась, так как запас питательных веществ (а именно смазочного масла) уменьшалась в результате её интенсивного разложения микроорганизмами и образованием отдельных хлопьев, частичек, которые к концу опыта оседают или исчезают.

2. УОМ, участвующие в процессе биодеградации масел показали, что наиболее активный процесс биоразложения по остаточному количеству микроорганизмов происходит со смазочными маслами Mobil 1 10W-60 от 5,6•103 до 8,1•103 кл/см3 на 9-ые сутки эксперимента, Shell Helix Ultra 5W-40 на 6-ые сутки исследования от 2,7•103 до 3,6•103 кл/см3, а с Castrol Magnatec 5W-40 – 0,4•103-0,8•103 кл/см3 на 6-ые сутки.

3. Динамика растворенного кислорода, БПК5, и ХПК (биологического и химического потребления О2) указывают на интенсивное протекание окислительных процессов, а, следовательно, очистки воды от моторных масел: значение О2 максимально падает в первые 1-6-ые сутки (в зависимости от видового состава), к концу исследований возрастает по мере уменьшения содержания смазочных масел; БПК5 и ХПК уменьшаются в процессе очистки из дня в день (0.2 часа → 0.6 часов → 1 день → 6 дней → 9 дней → 14 дней), достигая минимума к 14-ти суткам и в последующие дни, что является доказательством интенсивного освобождения воды от загрязнений, микроорганизмами.

4. Биодеструкция всех смазочных масел УОМ идет быстрее и интенсивнее при концентрации от 1000 ± 6 до 1500 ± 6 мг/дм3 (см. рис. 1).

Эффективность деструкции окисленных смазочных масел Shell Helix Ultra 5W-40, Mobil 1 10W-60 и Castrol Magnatec 5W-40 без аэрации в различных концентрациях

Рисунок 1 - Эффективность деструкции окисленных смазочных масел Shell Helix Ultra 5W-40, Mobil 1 10W-60 и Castrol Magnatec 5W-40 без аэрации в различных концентрациях

Эффективность окисления масляных пятен с УОМ выше у смазочного масла Shell Helix Ultra 5W-40 (57,14 % - 89,86 %), затем Mobil 1 10W-60 (35,71 % - 50,23 %) и Castrol Magnatec 5W-40 (14,29 % - 38,71 %) (см. рис. 1). Моторное масло Castrol Magnatec 5W-40 подвергается окислению медленнее, чем Mobil 1 10W-60 и Shell Helix Ultra 5W-40 – значит, что они лучше деградируются за счёт УОМ до конечных продуктов окисления.

4. Заключение

На основании проведенных настоящих испытаний можно считать целесообразной возможность создания управляемой по составу видов углеводородокисляющих микроорганизмов с разнообразными технологиями их применения, которые позволяют полно и экономично решать ликвидацию отдельных видов смазочных масел в окружающей среде.

Таким образом, исследования раскрывают теоретические и прикладные вопросы, направленные на практическую утилизацию маслозагрязнений в сточных водах предприятий промышленности, сельского хозяйства и быта, а также в целях эффективного окисления загрязнения в сточной воде углеводородокисляющими микроорганизмами.

Article metrics

Views:91
Downloads:0
Views
Total:
Views:91