Введение к работе
Актуальность проблемы. Постоянное увеличение количества радиоактивных отходов (РАО) неядерного топливного цикла, образующихся в результате все более широкого использования радиоактивных веществ в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины, создает повышенную потенциальную опасность для окружающей среды. И хотя уровни радиоактивности таких отходов менее значительны, чем отходов ядерного топливного цикла, нельзя не принимать во внимание, что они образуются в густонаселенных промышленных регионах. Доля радиоактивных целлкшозосодержащих отходов (РЦСО) составляет от 50 до 70 % от общего количества радиоактивных органических отходов неядерного топливного цикла. Самыми распространенными видами таких отходов являются загрязненный хлопчатобумажный текстиль, ветошь, бумага, древесина и т.п. Для компактизации радиоактивных целлюло-зосодержащих отходов в настоящее время применяют различные термические способы. В МосНПО «Радон» практически используются опытно-промышленные установки прямого сжигания и пиролиза. Термические способы переработки радиоактивных отходов, несмотря на их высокую эффективность, имеют существенные недостатки: высокая температура процесса (выше 750 С), высокие капитальные затраты, необходимость очистки отходящих газов от агрессивных и радиоактивных компонентов и последующего кондиционирования образующихся вторичных радиоактивных отходов [Соболев И.А. и др., 1983]. Поэтому поиск альтернативных более экологически чистых и менее энергоемких способов компактизации РЦСО является актуальной проблемой.
Применение биотехнологических способов для переработки радиоактивных отходов в настоящее время носит ограниченный характер. Практически реализованы только процессы биосорбции и биоаккумуляции радионуклидов из водных сред при очистке шахтных вод урановых рудников. Работы по исследованию процессов биодеструкции радиоактивных органических отходов (в том числе и РЦСО) немногочисленны, и информация о них, как правило, ограничена по содержанию на уровне "ноу-хау". Что касается аналогичных работ в России, то изучение научно-технической и патентной литературы показало полное их отсутствие.
Исследование литературных данных показало, что хлопчатобумажный текстиль относится к низкореакционным, делигнифицированным материалам. Однако, имеющиеся теоретические знания и практический опыт биоконверсии лигноцеллюлозных материалов [Синицын А.П. и др., 1995] дают основание полагать о возможности применения биотехнологических способов для переработки такого вида РЦСО, как менее энергоемких и более экологически чистых, чем существующие термические способы.
Целью настоящей работы явилось изучение возможности использования биотехнологических способов для компактизации радиоактивных целлюлозосодержащих отходов (хлопчато-
бумажного текстиля) и концентрирования радионуклидов в конечном продукте переработки. Научная новизна. Впервые проведены системные исследования биотехнологических способов биотрансформации низкореакционного целлюлозосодержащего субстрата, радиоактивного хлопчатобумажного текстиля. Отобран штамм Trichoderma reesei N/P, как активный биодеструктор хлопчатобумажного текстиля. Показана возможность осуществления различных способов биоконверсии термохимически предобработанного хлопчатобумажного текстиля и впервые экспериментально получены значения скорости биоконверсии: при глубинном культивировании на минеральной среде гриба Trichoderma reesei N/P, при введении в среду индукторов биосинтеза целлюлаз; при ферментативном гидролизе промышленными целлюлоли-тическими препаратами в присутствии дрожжей Candida tropicalis; а также в процессе анаэробной ферментации. Впервые получены значения коэффициентов распределения радионуклидов 60Со, 90Sr, 137Cs в процессе биоконверсии радиоактивно загрязненных хлопчатобумажных текстильных материалов. Проведен системный анализ эффективности изученных способов биоконверсии и установлено, что наиболее эффективным является анаэробный способ ферментации термохимически предобработанного текстиля.
Практическая ценность работы. Показана практическая возможность использования биотехнологических способов для компактизации радиоактивных целлюлозосодержащих отходов и концентрирования радионуклидов в конечном продукте биоконверсии. Определены режимы анаэробного способа ферментации радиоактивного хлопчатобумажного текстиля как наиболее эффективного. Разработана принципиальная технологическая схема, получены исходные данные для проектирования опытной установки биоконверсии радиоактивных целлюлозосодержащих отходов в МосНПО «Радон».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: 3-м Международном симпозиуме по биокатализу и биотрансформации Biotrans'97 (г. Париж, 26-30 сентября 1997 г.); 2-й Российской конференции по радиохимии в ГНЦ РФ НИИАР г. Димитровград, 27-31 октября 1997 г.; заседании расширенного научно-технического совета Центра разработки технологий обезвреживания РАО и аналитического контроля в МосНПО «Радон» г. Москва, 19 апреля 1997 г.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 5 опубликованных печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, раздела обсуждения результатов, выводов, списка литературы, насчитывающего 205 библиографических ссылок и раздела приложения. Полный объем работы составляет 144 страницы печатного текста, включающего 48 рисунков и 24 таблицы.