Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние десятилетия развития химической промышленности проблема биодеградации токсичных серусодержащих соединений приобрела особую актуальность вследствие нарушения баланса природного цикла серы. Вносимые в окружающую среду соединения восстановленной серы, в частности, сераорганические соединения нефти и полисульфидные каучуки являются токсичными и чрезвычайно устойчивыми в среде, что представляет опасность для человека и животных.
Для предотвращения химического загрязнения окружающей среды наиболее эффективным и экологически безопасным является процесс биообезвреживания сточных вод химических производств, повышение эффективности которого основано на увеличение окислительной активности биологических агентов (активного ила и биопленки), функционирующих при очистке серусодержащих сточных вод. Сероокисляющие микроорганизмы занимают важное место в биоценозах очистных сооружений, принимая участие в окислении особо токсичных примесей: сероводорода, сульфидов и соединений серы промежуточных степеней окисления до сульфатов. Таким образом, интенсификация биоочистки серусодержащих стоков связана, прежде всего, с повышением концентрации и биологической активности специализированных микроорганизмов.
Диссертационная работа выполнена в соответствие с планом проблемной научно-исследовательской лаборатории Казанского государственного технологи-ческого университета по научному направлению «Разработка основ биотехноло-гических процессов, создание интенсивных технологий и их аппаратурное обеспечение» (2006 г.), а также в рамках научно-исследовательских работ участка биологической очистки сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (2005 – 2008 г.г.).
Выполнение важнейших микробиологических и молекулярно-генетических исследований при подготовке диссертации было поддержано грантом Правительства Республики Татарстан в рамках научной стажировки в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (2008 г).
Цель работы состоит в исследовании процессов биоокисления серусодер-жащих компонентов сточных вод и разработке технологических приемов их био-обезвреживания ассоциациями сероокисляющих микроорганизмов.
Научная новизна работы. Впервые в процессе биоокисления неорганических и органических восстановленных соединений серы тиокольных сточных вод выделены и исследованы с применением комплекса физико-химических, микробиологических и молекулярно-генетических методов исследования ассоциации сероокисляющих микроорганизмов. Показано, что в процессе эффективного биоокисления соединений серы принимают участие микробные ассоциации, содержащие не более чем 1-3 доминирующие культуры микроорганизмов. На основании данных секвенирования фрагментов гена 16S рРНК впервые идентифицирован штамм Achromobacter sp. S31 в качестве одного из доминантных в составе микробных ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов.
Впервые изучен механизм биологической деградации низкомолекулярного тиокола, являющегося ненормируемой примесью сточных вод с помощью ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов.
Предложен оригинальный способ оценки степени биорегенерации поверхности активного ила, адсорбировавшего низкомолекулярный тиокол из сточных вод, заключающийся в компьютерной обработке и анализе микроскопических изображений объекта в процессе биорегенерации.
Практическая значимость работы заключается в разработке технологи-ческих приемов интенсификации работы биологических очистных сооружений (БОС), позволяющих обеспечить эффективное биообезвреживание серусодер-жащих сточных вод в условиях повышенных нагрузок по характерным примесям. В результате обоснования применения биофильтрационного метода и схемы локальной очистки сточных вод производства полисульфидных каучуков достигнуты параметры сточных вод, позволяющие повысить пропускную способность и окислительную мощность БОС.
Предложен способ биорегенерации поверхности активного ила, адсорбировавшего низкомолекулярный тиокол из сточных вод. Его применение позволяет улучшить биоразнообразие и качественный состав активного ила, а также его биоокислительную способность. Результаты научно-исследовательской работы использованы на БОС ОАО «Казанский завод синтетического каучука». Предотвращенный экономический ущерб окружающей среде в случае внедрения локальной биофильтрации тиокольных сточных вод составит 1110188,1 руб/год, в результате промышленного использования метода биорегенерации активного ила – 677961,8 руб/год.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Региональной конференции «Жить в XXI веке» (Казань,2006); Всероссийской студенческой научно-технической школе-конференции «Инженер-ные науки – защите окружающей среды» (Тула, 2006); 1-ой Всероссийской науч-ной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» (Казань, 2006); Российской школе-конференции молодых ученых «Экотоксикология: современные биоанали-тические системы, методы и технологии» (Пущино, 2006); XI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2006); Четвертом Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007); VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007); VII Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2007), на ежегодных отчетных научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета 2006-2008 г.г.
Научно-исследовательская работа отмечена дипломом 1 степени Конкурса Республики Татарстан научных работ студентов и аспирантов на соискание премии им. Н.И. Лобачевского.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 статьях научно-технических журналов и сборников, в том числе 3 – в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, а также 9 тезисах докладов на конференциях различного уровня.
Личный вклад автора в работу состоит в непосредственном участии на всех этапах работы и обсуждения полученных результатов, подборе методик, написании статей и тезисов.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц и 24 рисунка. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, восьми глав, выводов и списка литературы, включающего 169 источников.
