Команда биотехнологов и миллиарды бактерий: кто отвечает за чистоту Камы

Группа биотехнологов «Нижнекамскнефтехима» дает новую жизнь промышленным и городским стокам

Каждый год через биологические очистные сооружения «Нижнекамскнефтехима» проходит около 50 миллионов кубометров сточных вод – объем, сопоставимый с целой рекой. Это не только производственные, но и городские стоки. Прежде чем вернуться в Каму, вода проходит многоступенчатую очистку. Самый ответственный этап – биология. Здесь за результат отвечают не фильтры и реагенты, а живые микроорганизмы.

В самом центре этой системы – группа исследований биологической очистки сточных вод. Пять специалистов, которые подбирают, выращивают и «обучают» микробные сообщества для очистных сооружений по всей географии СИБУРа. Универсальных решений здесь не существует: под каждый завод, каждый тип стоков и каждый регион собирается свой «коктейль» полезных бактерий.

Проект включает строительство новых зданий, модернизацию узла доочистки и обеззараживания, переход от хлорирования к ультрафиолету, использование тканевых дисковых фильтров и полную автоматизацию.

Очистка начинается с механического и физико-химического этапов. Решетки, песколовки и отстойники удаляют крупные и взвешенные примеси. Затем городские и промышленные стоки смешиваются и поступают на биологическую очистку.

Именно здесь происходит главное: живые микроорганизмы разлагают органические соединения до воды и углекислого газа. После биологии вода проходит вторичные отстойники и обеззараживание и только затем возвращается в Каму.

«Бактерии – это, по сути, единственный метод очистки, который работает безотходно. Физико-химические методы – коагуляция, флокуляция, фильтрация, осаждение, центрифугирование – воду очищают, но создают осадок. Его нужно собирать, вывозить и утилизировать», – объяснил менеджер производства БОС Сергей Шилин.

Чтобы в реку уходила только чистая вода

У биологической очистки есть и свои ограничения. Бактерии получают энергию, разлагая органические соединения. Но, например, ионы тяжелых металлов – тот же хром – они расщепить не могут. Поэтому биологию невозможно полностью заменить фильтрами – и наоборот. Это всегда система, где методы дополняют друг друга.

Сергей Шилин – кандидат биологических наук, в микробиологии с 2001 года. Его зона ответственности – организация работы той самой группы исследований биологической очистки сточных вод:

«Если говорить совсем просто, наша задача – чтобы в Каму уходила чистая вода и не было запахов. Мы контролируем работу городских и локальных очистных, следим за стоками с заводов и поддерживаем в рабочем состоянии активный ил – основу всей биологии».

Активный ил находится в аэротенках – больших резервуарах, заполненных бурой массой. Это и есть живые бактерии, которые перерабатывают загрязнения.

На «Нижнекамскнефтехиме» работают 12 аэротенков и 6 вторичных отстойников.

«Это сотни тысяч кубометров живой массы. Биологический процесс саморегулируемый, но за ним нужно следить каждый день. Мы ежедневно отбираем пробы, смотрим анализы и корректируем режим – подачу воздуха, внесение биодобавок, скорость потока», – отметил Сергей Шилин.

У биомассы «всё на лице написано»

«По активному илу сразу понятно, всё ли в порядке – цвет, структура хлопьев, пена. Если что-то настораживает, ил изучаем под микроскопом. По “населенности” можно даже определить возраст ила – молодой он или уже уставший», – сказала биотехнолог, главный специалист группы исследований биологической очистки Анастасия Семочкина.

Размер самих бактерий – около 1 микрона. А для оценки агрессивности стоков используют и более крупных «помощников» – инфузорий-туфелек. Их выращивают и консервируют «для себя» специально как тест-объект.

«Если посмотреть на пробирку с инфузориями на свет, их видно даже без микроскопа. Белые палочки плавают. По их выживаемости мы понимаем, насколько стоки угнетают биологию», – объяснила Анастасия.

Всего специалисты анализируют 15-20 параметров, включая химическое потребление кислорода, фенолы, аммоний, нитраты.

«Коктейль» для СИБУР-Кстово

Анастасия Семочкина работает в лаборатории и занимается выращиванием полезных микроорганизмов. В профессии она пять лет, окончила КНИТУ по направлению «биотехнология», магистратуру – там же. В Нижнекамск приехала осознанно – знала, что здесь работают уникальные биологические очистные сооружения.

Она объяснила: на БОС не существует «одной волшебной бактерии».

«Мы не выращиваем что-то одно. Это всегда сообщество микроорганизмов. У каждого своя роль: одни разлагают органику, другие работают с фенолами, третьи помогают стабилизировать всю систему. И под каждый запрос – свой состав».

Таких запросов от производств в течение года обрабатывается немало, ведь группа закрывает нужды всего СИБУРа: ни в одной географии больше таких специалистов нет. Работа над каждым новым проектом начинается с запроса. Если на каком-то заводе появляются сложные стоки, специалисты получают образцы воды и активного ила. На их основе готовят твердую питательную среду – «корм», в котором выживают только нужные бактерии.

«Мы замешиваем эту твердую питательную среду на чашках Петри (специальный лабораторный сосуд для культивирования клеток. – Прим. ред.), сеем активный ил в термостат и ждем, что вырастет. Там появляется всё – и грибы, и разные бактерии. Грибы нас не интересуют, мы отбираем именно бактерии, которые сумеют очистить конкретные стоки», – объяснила биотехнолог.

После серии пересевов получают чистую культуру. Затем ее масштабируют: сначала в лаборатории, потом в биореакторе – большой «колбе», где автоматически поддерживаются параметры завода-заказчика: температура, подача воздуха, перемешивание. Там бактерии «тренируются» работать с нужными стоками.

Когда объем достаточен, живую культуру фасуют в канистры и отправляют на промышленную площадку – для опытно-промышленных испытаний.

Стартовая культура спокойно переносит транспортировку – бактерии умеют впадать в анабиоз при неблагоприятных условиях. Но работать они начинают только тогда, когда попадают в «родную» среду.

Объемы тоже зависят от задачи. Самый крупный проект, который вспоминает Анастасия, – до 12-15 канистр живой культуры за один запуск. Этот «коктейль», способный работать с агрессивными щелочными и сульфидными стоками, специалисты группы «смешали» для СИБУР-Кстово.

Бактерии-терминаторы

«Раньше такие воды приходилось утилизировать за большие деньги и при помощи контрагента. Мы вывели бактерии, которые выживают при pH около 12, настоящие терминаторы. Это строго алкалофильные штаммы. Они очищают агрессивные стоки до уровня, при котором их можно безопасно направлять в общий коллектор», – прокомментировал причины появления этого «коктейля» Сергей Шилин.

Другой кейс команды – импортозамещение. На очистных «ЗапСибНефтехима» использовались иностранные бактерии с иностранной же биодобавкой для кормления, без которой, по утверждению поставщиков, система «умрет». После 2022 года поставки прекратились. Перед бактериями встала угроза голодной смерти.

«Мы доказали, что обычные отечественные источники азота и фосфора работают не хуже. Провели опытно-промышленные испытания и получили экономию в несколько миллионов рублей в год», – подытожил Сергей Шилин.

Часть разработанных группой штаммов уже запатентована и хранится во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов – это официальная собственность компании.

Несколько лет назад на выходе из вторичных отстойников (там, где вода после биологии готовится вернуться в реку) сотрудники очистных установили садок с раками. Раки не просто выжили – они чувствовали себя прекрасно.

Это говорит о том, что вода после биологической очистки действительно безопасна. Недаром раков используют в экологическом биомониторинге – они живут только в чистой воде.

Фото: пресс-служба «Нижнекамскнефтехима»