Введение к работе
Актуальность темы Развитие промышленного производства ведет к постоянно возрастающему водопотреблению, вследствие чего увеличивается количество сточных вод (СВ). Широко используемым вариантом очистки СВ является биоочистка, для повышения эффективности которой применяют регуляторы активности микроорганизмов. В настоящее время проводят поиск новых синтетических биологически активных веществ (БАВ), способных в низких концентрациях повышать скорость очистки СВ. Такой подход значительно снижает расход БАВ и сводит к минимуму его воздействие на очищенную воду. Одним из перспективных биорегуляторов активности микроорганизмов являются N,N-дифенилгуанидиниевая соль дигидрокисметилфосфиновой кислоты (гуанибифос, ГБФ)*. Однако использование в технологии очистки СВ высокоразбавленных растворов БАВ сталкивается с рядом проблем, и прежде всего с отсутствием физико-химического обоснования нелинейных концентрационных зависимостей биоэффектов, то есть чередования «активных зон» и «зон молчания», характерных для низких концентраций. Помочь решению этой проблемы может недавно обнаруженное явление, вызывающее эффект ультранизких концентраций и электромагнитных полей. Разработанные на этой базе исследования дают возможность объяснения и прогнозирования нелинейных концентрационных профилей биоэффектов растворов БАВ низких концентраций. В этой связи задача изучения самоорганизации и физико-химических свойств растворов ГБФ в широкой области концентраций, включая низкие, в естественных условиях и в условиях пониженного внешнего электромагнитного поля (ЭМП) является весьма актуальной. В настоящее время полностью нерешенными являются также вопросы о том, на каких стадиях очистки СВ возможно использование растворов БАВ низких концентраций, будет ли эффективным их применение в условиях значительного загрязнения СВ гидроперекисными и аминосодержащими соединениями, негативно влияющими на биоценоз активного ила (АИ), и в какой степени изменения внешнего электромагнитного поля могут воздействовать на биоочистку СВ.
Цель работы Изучение свойств растворов ГБФ для обоснования оптимального интервала низких концентраций, в рамках которого возможна интенсификация биологической очистки сточных вод производств органического синтеза в естественных и стрессовых условиях загрязнений гидроперекисными и аминосодержащими соединениями, а также влияния изменений внешнего электромагнитного поля на процесс очистки СВ.
Научная новизна. В результате совместного изучения концентрационных зависимостей электрокинетического потенциала частиц, образующихся в растворе ГБФ в широком интервале концентраций (10"2-10"12 моль/л), удельной электропроводности растворов и значений химического потребления кислорода (ХПК), отражающего степень очистки СВ, впервые дано физико-химическое обоснование оптимального интервала низких концентраций (10"п-10"10 моль/л), в рамках которого возможна интенсификация биологической очистки сточных вод растворами ГБФ.
При изучении самоорганизации и физико-химических свойств растворов ГБФ в широкой области концентраций в естественных и гипоэлектромагнитных (ГМП)
Выражаю благодарность д.х.н., доценту Рыжкиной Ирине Сергеевне за соруководство и помощь в
обсуждении результатов при выполнении физико-химических исследований.
*Фридланд СВ., Павлова Т.П., Пантюкова М.Е. Пат. РФ №2404964//Бюл. Изобр. Полез, модели.2010. №3;
условиях впервые найдена пороговая концентрация 10"5 моль/л, означающая, что ассоциаты в растворах ГБФ образуются в области концентраций 10"12 -10"6 моль/л.
Впервые установлено, что растворы ГБФ низкой концентрации (10"п моль/л), выдержанные в пермаллоевом контейнере, не способные к образованию ассоциатов, практически не оказывают никакого воздействия на процесс очистки СВ, что подтверждает прямую взаимосвязь между образованием ассоциатов в растворах ГБФ и их биоэффектом.
Установлена взаимосвязь между антиоксидантной активностью растворов ГБФ в низких концентрациях и их биоэффектом.
Изучено влияние растворов ГБФ в низких концентрациях на процесс биоочистки СВ с высокими показателями ХПК и в присутствии в производственных стоках гидроперекисных и аминосодержащих соединений, создающих стрессовые условия для биоценоза АИ.
Обнаружено, что повышение эффективности биологической очистки воды, возможно в условиях усиления магнитно-силового потока, воздействующего на процесс биологической очистки.
Практическая значимость работы Установлено, что применение растворов биорегулятора активности микроорганизмов М,М-дифенилгуанидиниевой соли дигидрокисметилфосфиновой кислоты низкой концентрации Г1СГ10 - 1-1СГ11 моль/л на стадии биологической очистки СВ позволит сократить время очистки и энергетические расходы на барботирование. Результаты работы создают научную основу для разработки новых экологически безопасных и ресурсосберегающих технологий.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Научно-практической конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» (Новый Свет, АР Крым, Украина, 2011); XI конференции научно-производственного экологического центра «Экоцентр» «Химия и инженерная экология» (Казань, 2011)»; XII Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии в промышленности» (Казань, 2011); VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); Международной научно-практической конференции «Актуальные научные вопросы: реальность и перспективы» (Тамбов, 2011); Международной молодежной конференции «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Казань, 2012); Научной сессии «К столетию академика П.А. Кирпичникова» (Казань, 2013); Международной конференции «Структура воды: физические и биологические аспекты» (Санкт-Петербург, 2013); XXV всероссийской конференции «Современная химическая физика» (Туапсе, 2013).
Данная работа представлена на: 5-ой Биотехнологической выставке-ярмарке «РосБиоТех-2011» (Москва, 2011) и награждена золотой медалью за разработку биостимулятора активного ила для очистки сточных вод; конкурсе «Лучшее изобретение КНИГУ» (Казань, 2011, 3-е место); конкурсе проектных идей «Время удивлять» (Москва, 2011, 3-е место); конкурсе на соискание премии «Акватор» в области водоснабжения и водоотведения в номинации «Научные исследования в области водоснабжения» (Москва, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи в журналах, рекомендованных к изданию ВАК, 8 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора экспериментальной части и тематически разделенного обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Материал диссертационной работы изложен на 123 страницах, содержит 2 таблицы, 32 рисунка и список литературы из 137 наименований.
Во введении обоснована актуальность, сформулирована цель, изложены научная новизна и практическая значимость представляемой работы.
В первой главе приведен литературный обзор по применяемым биологически активным препаратам для интенсификации очистки бытовых и промышленных СВ, содержащих углеводороды; о влиянии БАВ на структуру воды и воздействии внешних ЭМП на биологическую очистку СВ. Сделан вывод о том, что тема работы является новой и практически значимой, так как направлена на глубокое изучение растворов низких концентраций БАВ, позволяющих применять их в качестве стимуляторов процесса очистки СВ в стрессовых условиях, таких как присутствие гидроперекисных и аминосодержащих соединений.
Во второй главе описаны методики проведения экспериментов.
Третья глава посвящена обсуждению результатов экспериментов на основе проведенных исследований по окислению реальных СВ производств органического синтеза с использованием в качестве биостимулятора растворов ГБФ, по изучению влияния растворов ГБФ на процесс очистки СВ в стрессовых условиях, таких, как высокие показатели ХПК, содержание в производственных стоках аминосодержащих и гидроперекисных соединений. Исследование влияния гипоэлектромагнитных (ГМП) условий на процесс самоорганизации растворов ГБФ и процесс биологической очистки СВ. Так же представлено физико-химическое обоснование действия растворов ГБФ.
