Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с увеличением количества чрезвычайных ситуаций, которое обусловлено ростом добычи нефти, износом основных производственных фондов (в частности, трубопроводного транспорта), негативное воздействие разливов нефти на окружающую среду становится все более существенным. Экологические последствия при этом носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные циклы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.
Другим видом органических веществ, которые представляют значительную экологическую проблему современных городов, особенно в весенне-осенний период, являются листовой опад, скошенная с газонов трава и другие растительные остатки. Растительные отходы в крупных городах десятками тонн вывозятся на свалку и складируются совместно с другими твердыми бытовыми отходами, что требует отчуждения дополнительных земельных территорий.
Поэтому поиск новых эффективных методов переработки загрязняющих окружающую среду органических соединений, таких как углеводороды нефти, попавших в результате аварийных разливов в почву и водную среду, а также растительных остатков, вывозимых на свалки, является актуальной задачей.
В данной работе представлены способы, позволяющие ускорять естественные процессы биотрансформации органических веществ, загрязняющих окружающую среду, а именно: микробиологическая трансформация компонентов нефти в почвенной и водной среде; и термокаталитическая обработка растительных остатков.
Цель работы состоит в разработке физико-химических и микробиологических методов трансформации в гумусовые соединения органических отходов: углеводородов нефти и растительных остатков.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать микробиологический метод трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества в водной среде.
-
Определить оптимальные условия физико-химической обработки растительных остатков для ускорения процесса их гумификации.
-
Рассмотреть закономерности изменения количественного содержания гумусовых веществ в почве при ремедиации нефтезагрязненных земель.
-
Провести идентификацию гумусовых соединений, полученных при термокаталитической трансформации растительных остатков и микробиологической переработке компонентов нефти.
Научная новизна работы заключается в том, что получены новые данные о трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества микроорганизмами в водной среде. Изучена динамика процесса их образования, а также влияние добавления оксидов металлов и мочевины, на скорость протекания процесса.
Исследованы закономерности изменения физико-химических свойств гумусовых веществ (ГВ) в нефтезагрязненной почве от длительности процесса ремедиации. Показано влияние добавления ряда мелиорантов на варьирование этих зависимостей.
Разработан способ термокаталитической обработки растительных отходов с целью ускорения процесса гумификации. Показано влияние температурного режима и добавления оксидов металлов на скорость протекания процесса и качественный состав конечного продукта.
Изучены закономерности извлечения из водной фазы ионов тяжелых металлов полученными гуминовыми веществами в процессе экстракции в системе вода - изоамиловый спирт - гуминовые кислоты.
Практическая значимость работы:
Предложен новый способ интенсификации гумификации растительных остатков, который позволяет значительно сократить время протекания процесса, и может быть рекомендован для переработки растительных отходов.
Полученные результаты о закономерностях динамики трансформации ГВ в нефтезагрязненных почвах, и влиянии внесения мелиорантов на эти закономерности, могут быть использованы для интенсификации процессов ремедиации земель загрязненных соединениями нефти.
Результаты научных исследований, проведенных автором, являются исходными данными для разработки технологии очистки водных объектов от нефтяных загрязнений, основанной на применении микроорганизмов, и позволяющей снизить экологические последствия техногенного воздействия разливов нефти на окружающую среду.
Полученные в результате трансформации растительных остатков и соединений нефти гумусовые вещества могут быть использованы в качестве экстрагента ионов тяжелых металлов в системе вода – изоамиловый спирт - гуминовые кислоты, при разработке технологий очистки водных растворов от тяжелых металлов.
Результаты и положения, выносимые на защиту:
-
Получение ГВ путем термокаталитической обработки растительного опада, как способ утилизации растительных отходов.
-
Снижение загрязнения водных объектов углеводородами нефти методом их микробиологической трансформации в ГВ.
-
Изменение содержания ГВ в процессе ремедиации нефтезагрязненной почвы; качественные изменения гумусовых соединений в процессе рекультивации земель; влияние добавления мелиорантов на динамику содержания гумусовых соединений в процессе ремедиации.
-
Экстракция ионов тяжелых металлов (ИТМ) из водных растворов гуминовыми кислотами в системе вода - изоамиловый спирт, как способ очистки водных объектов от ИТМ с применением полученных гуминовых кислот
Апробация работы. Основные результаты работы представлены устными и стендовыми докладами на российских и международных конференциях: на 11-ой краевой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и экология» (г.Пермь, 2009); XIV международной экологической студенческой конференции. «Экология России и сопредельных территорий». (г.Новосибирск, 2009); III всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России 2009» (г.Краснодар, 2009); XLVIII международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г.Новосибирск, 2010); XI Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (г.Томск, 2010); international conference “Catalysis for renewable sources: fuel, energy, chemicals”. (St. Petersburg, 2010); VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика». (г.Пермь, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них – 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 патент на изобретение, а также 2 статьи в научных журналах и тезисы 9 докладов в материалах международных и российских конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 130 наименований и приложения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц и 35 рисунков.
