Введение к работе
Актуальность темы. Проблема охраны окружающей среды требует ускоренного внедрения высокоэффективных систем защиты водоемов от загрязнений.
Основными источниками загрязнения водоемов, приводящими к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод, поэтому в настоящее время многие водоемы мира из-за загрязнения утратили свое значение как источники рыбохозяйственного и санитарно-бытового водопользования (Яковлев, 1991; Сафарова и др., 2004).
Рост использования устаревших оборудования и технологий приводит к тому, что всё большее количество сырья, промежуточных и конечных продуктов предприятий различных отраслей промышленности, в первую очередь химической, попадают в сточные воды, а с ними и в объекты окружающей среды. Меры по защите окружающей среды от увеличивающегося загрязнения различными химическими соединениями, в том числе и фенольными производными, должны постоянно усиливаться (Корженевич, 2003; Nuhoglu and Yalcin, 2004).
Выбор технологической схемы очистки стоков зависит от многих факторов: типа производства, исходного сырья, требований к качеству и объемов очищаемых сточных вод. Выбор очистных сооружений предусматривает комплексную оценку производственных условий: наличие имеющегося очистного оборудования, наличие производственных площадей для модернизации имеющегося и размещения нового оборудования, входящие и требуемые на выходе концентрации загрязняющих веществ и многое другое (Глядёнов, 2001).
Наиболее экологически и экономически целесообразной является биологическая очистка сточных вод, сущность которой в том, что совокупная активность микроорганизмов активного ила, биопленки, гомогенных клеточных суспензий обеспечивает разложение химических загрязнений до экологически безопасного уровня (СО2 и Н2О) (Collins and Daugulis, 1997; Поруцкий, 2003).
Перспективным направлением решения такого рода задач является локальная очистка стоков, ввиду присутствия узкого спектра загрязняющих веществ. Следствием этого обстоятельства является возможность создания наиболее полно адаптированной к данному стоку микрофлоры. Наибольший интерес представляет биоокисление пространственно затруднённых фенолов, которые хуже всего поддаются биодеградации, ведь токсичность фенола и его негативное воздействие на человека и окружающую среду хорошо известны (Харлампович и Чуркин, 1974; Hannaford and Kuek, 1999; Chen et al., 2002; Prieto et al., 2002), поэтому очистка промышленных сточных вод от фенольных соединений, трудно поддающихся биодеградации в настоящее время является актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось повышение эффективности природоохранных мероприятий в нефтехимической промышленности на основе биоочистки промышленных сточных вод от фенольных соединений, в частности от пространственно-затруднённых фенолов, трудно поддающихся биодеградации. Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести исследование фитотоксичности сточных вод ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод» с использованием кресс-салата (Lepidum sativum L.) в качестве биоиндикатора.
2. Проанализировать фитотоксичность сточных вод ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод» при различных разбавлениях (2-16 раз).
3. Разработать лабораторную установку по биоочистке сточных вод от фенольных соединений, в частности от пространственно-затруднённых фенолов, трудно поддающихся биодеградации, с помощью штамма Pseudomonas aeruginosa ХР-25.
4. Апробировать возможность использования штамма Pseudomonas aeruginosa ХР-25 для очистки стоков в промышленных условиях.
5. Разработать технологическую схему локальной биоочистки сточных вод от фенольных соединений.
Научная новизна. Показана возможность определения интегральной токсичности сточных вод нефтехимического производства, содержащих фенольные соединения, с использованием в качестве биоиндекатора кресс-салата (Lepidum sativum (L.)).
Установлено, что при разбавлении сточных вод нефтехимического производства, содержащих фенолы, нефтепродукты, хлориды, сульфаты, медь, железо и др. соединения, результирующий эффект воздействия на всхожесть и накопление биомассы кресс-салатом зависит от степени разбавления и взаимодействия компонентов сточных вод.
Разработана и внедрена схема локальной биочистки сточных вод от фенольных соединений с использованием штамма Pseudomonas aeruginosa ХР-25, который с высокой эффективностью обеспечивает биодеградацию ароматических соединений в частности фенолов (на 99,8%), что позволило направить очищенные сточные воды в промоборотную систему предприятия, тем самым снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду.
Защищаемые положения:
1. Показана необходимость определения фитотоксичности не только для неразбавленных стоков, но и различных вариантов их разбавления, поскольку при этом выявляется большее количество факторов, влияющих на параметры фитотоксичности.
2. Штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25 с высокой эффективностью обеспечивает биодеградацию фенольных соединений, как в лабораторных так и в промышленных условиях.
3. Предлагаемая схема и метод очистки снизили концентрацию фенола в сточных водах на 99,8%, что позволило направить их в промоборотную систему предприятия, тем самым снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду.
Практическая значимость. Разработана и внедрена технологическая схема локальной биоочистки сточных вод производства Агидола-0 (2,6-ди-трет-бутилфенола) и Агидола-1 (4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенола) от фенольных соединений, в частности от пространственно-затруднённых фенолов, трудно поддающихся биоокислению.
Экологическая значимость биотехнологического процесса очистки фенолсодержащих сточных вод заключается в том, что очищенные сточные воды ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод» направляются в замкнутую прооборотную систему, в результате чего происходит прекращение попадания их в окружающую среду, а так же уменьшение водопотребления.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись на: Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); международной научной конференции Аграрного Университета Литвы г. Каунас «Человек и безопасная природа» (Каунас, 2010); Польской международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техики-2011» (Пржемысл, 2011).
Основные результаты доложены и обсуждены на заседаниях кафедры медецинской экологии РГУ им. И. Канта и производственных совещаниях ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод» (2008, 2009, 2010, 2011 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованно 8 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, библиографического списка. Библиография представлена 109 источниками, из них 16 на иностранных языках. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, иллюстрирована 16 таблицами и 10 рисунками.
