Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
-
Усовершенствование биологической очистки сточных вод 12
-
Проблема охраны окружающей среды от загрязнения отходами, содержащими производные акриловой кислоты 29
-
Основная характеристика акриловой кислоты и ее производных
как экотоксикантов 30
-
Область применения производных акриловой кислоты 30
-
Источники загрязнений, содержащих производные акриловой кислоты 32
-
Опасность загрязнений, содержащих акриловые производные 33
1.4 Методы утилизации отходов акрилового производства 36
-
Технология очистки сточных вод, образующихся при производстве акрилонитрила 36
-
Технология очистки сточных вод акрилового производства методом сжигания на примере очистных сооружений ОАО «Акрилат»
(г. Дзержинск, нижегородская обл.) 38
-
Применение микроорганизмов-деструкторов для утилизации отходов акрилового производства 41
-
Механизм биодеградации производных акриловой кислоты 46
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 48
-
Характеристика материалов, использованных в работе 48
-
Биологические объекты исследования 49
-
Составы питательных сред, использованных в работе 49
-
Аналитические методы 49 2.4.1 Метод количественного определения акрилонитрила при помощи 49 сульфита натрия
-
Метод количественного определения акриламиды 52
-
Количественный анализ акриловых полимеров 52
-
Метод измерения массовой концентрации ионов аммония в очищенных сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера 53
2.5 Метод подбора штаммов - деструкторов производных АК: АН, АА,
ПАА, ПАК из числа коллекционных штаммов музейных культур 55
2.6 Метод оценки биодеградирующей способности штаммов
микроорганизмов Rh. erythropolis AC-1339Д, Fusarium sp. 56, Bacillus
subtilis 1742 Д и Arthrobacter 426 относительно некоторых
производных АК 55
-
Метод выделения микроорганизмов из природных образцов загрязненных почв 56
-
Методы определения биохимических признаков микроорганизмов 57
2.9 Метод исследования очистки сточных вод от мономерных и
полимерных производных АК штаммом Penicillium sp. №15 58
2.10 Метод изучения процессов биологической очистки модельных
сточных вод с использованием штамма Penicillium sp. № 15 59
-
Метод изучения биологической очистки промышленных стоков 59
-
Метод изучения начального этапа биодеградации АА штаммом Penicillium sp. №15 61
2.13 Методы изучения фитотоксической активности продуктов
микробиологической деградации производных акриловой кислоты в
жидкой среде 61
2.14 Метод подбора носителей для иммобилизации штамма Penicillium
sp. №15 63
2.15 Метод исследования биологической очистки сточных вод от
акриловых производных с использованием штамма Penicillium sp. №
15 в свободном и иммобилизованном виде 63
4
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 66
-
Скрининг микроорганизмов - деструкторов-акриловой кислоты и 66 её производных
-
Оценка способности штаммов микроорганизмов Rh. erythropolis 68 АС-1339Д, Fusarium sp. 56, Bacillus subtilis 1742 Д и Arthrobacter 426 очищать модельные сточные воды от некоторых производных АК
-
Выделение нового штамма-деструктора для очистки сточных вод 75 от производных акриловой кислоты
-
Выделение микроорганизмов из природных образцов 75 загрязненных почв
-
Исследование очистки сточных вод от мономерных производных 77 АК штаммом Penicillium sp. № 15
-
Исследование очистки сточных вод от полимерных производных 79 АК штаммом Penicillium sp. № 15
3.3.4 Биологическая очистка модельных сточных водъ с 81
использованием штамма Penicillium sp. № 15
3.3.5 Биологическая очистка стоков ОАО "Акрилат" (г. Дзержинск, 83
Нижегородская обл.) штаммом Penicillium sp. № 15
3.4 Изучение начального этапа биодеградации АА 84
3.5 Фитотоксическая активность продуктов микробиологической 86
деградации акриловых производных в жидкой среде
3.6 Разработка регрессионной зависимости степени очистки 87
сточных вод от акриловых производных от условий очистки
3.7 Интенсификация биологической очистки сточных вод от 90
акриловых производных путем иммобилизации клеток штамма
Penicillium sp. № 15
3.7.1 Подбор носителей для иммобилизации клеток штамма Penicillium 90
sp.№15
5 3.7.2 Исследования биологической очистки сточных вод от акриловых 91 производных с использованием штамма Penicillium sp. № 15 в свободном и иммобилизованном виде
3.8 Определение величины предотвращённого экологического ущерба 92 в результате использования биологической очистки сточных вод акрилового производства
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 95
ПРИЛОЖЕНИЕ А 104
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 105
ПРИЛОЖЕНИЕ В Юб
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 107
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АК - акриловая кислота
АА - акриламид
АН - акрилонитрил
БПК - биологическое потребление кислорода
КА - кильковый агар
МПА - мясопептонный агар
МСВ - модельная сточная вода
ПАА - полиакриламид
ПАК - полиакриловая кислота
ПАВ - поверхностно-активное вещество
УГНТУ - Уфимский государственный нефтяной технический университет
ХПК - химическое потребление кислорода
УГАК - Управление государственного аналитического контроля
Введение к работе
Проблема расширения химического производства акрилонитрила, акриламида и акриловой кислоты тесно связана с проблемой полной очистки сточных вод и снижения отрицательного воздействия этих веществ на окружающую среду. Решения этой проблемы можно достигнуть путем повышения эффективности функционирования существующих очистных сооружений с применением современных эффективных технологий в этой области.
Сточные воды предприятий химической промышленности, поступающие на очистные сооружения, характеризуются сложностью своего химического состава. Они содержат сложные органические соединения неприродного происхождения.
Акриловая кислота и её производные являются крупнотоннажными продуктами, используемыми в химическом, лакокрасочном, горнодобывающем, целлюлозобумажном производствах. Прямой сток с предприятий производства и использования акриловых производных может вызвать сильное загрязнение окружающей среды вследствие их высокой токсичности.
Существующие в настоящее время термические, химические и физико-химические способы очистки сточных вод от акриловых производных довольно дороги, не всегда эффективны и трудоемки. Наиболее перспективными, экономически рентабельными и достаточно эффективными являются биологические методы очистки сточных вод, основанные на способности некоторых микроорганизмов использовать для своего метаболизма акриловые производные в качестве единственного источника углерода и энергии.
8 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Загрязнение окружающей среды - проблема, которая приобрела в настоящее время мировое значение. Научно - і технический прогресс и бурный рост предприятий химической промышленности создали широкие предпосылки для прогрессирующего загрязнения окружающей среды.
Производные акриловой кислоты, такие как акриламид (АА), акрилонитрил (АН), полиакриламид (ПАА), полиакриловая кислота (ПАК) широко применяются в химической, горнодобывающей, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Реагенты на основе акриловой кислоты приобретают все большее значение. Однако в России отсутствует современное, экологически безопасное акриловое производство.
Расширение химического производства акрилов тесно связано с ? проблемой очистки сточных вод и снижения отрицательного воздействия 4 этих веществ на окружающую среду. Это особенно важно потому, что вышеназванные вещества являются высокотоксичными и относятся ко II классу опасности.
К сожалению, современная технология обезвреживания отходов производства акрилов, основанная на сжигании отработанных сточных вод, не обеспечивает решение экологических проблем, несмотря на дороговизну и сложность технологии.
Одним из перспективных направлений очистки сточных вод акриловых производств является использование локальной установки с применением активных штаммов-деструкторов акрилов.
Цель работы - минимизация технического воздействия на 1 окружающую среду акриловых производств, путем разработки "' биологического способа очистки сточных вод.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: - подбор эффективных штаммов-деструкторов акриловых производных из числа коллекционных культур, выделение и идентификация
9 новых штаммов микроорганизмов-деструкторов акриловых производных из природных источников для биологической очистки сточных вод акрилового производства; изучение особенностей протекания процесса очистки сточных вод от мономерных и полимерных производных акриловой кислоты выделенным штаммом микромицета Penicillium sp. № 15, коллекционными штаммами Fusarium sp. № 56 и Bacillus subtilis 1742 Д; оценка фитотоксичности сточных вод после очистки штаммом Penicillium sp. № 15; разработка регрессионной зависимости очистки сточных вод от акриловых производных штаммом Penicillium sp. № 15 от условий очистки: температуры, рН, начальной концентрации акрилов; - изучение начального этапа биодеградации АА посредством выделенного штамма микромицета Penicillium sp. № 15; интенсификация биологической очистки сточных вод путем использования иммобилизации штамма Penicillium sp. № 15; разработка способа биологической очистки сточных вод акрилового производства, основанного на использовании иммобилизованных активных штаммов-деструкторов.
Научная новизна работы. Осуществлены подбор эффективных штаммов-деструкторов акриловых производных из числа коллекционных культур, выделение и идентификация новых штаммов микроорганизмов-деструкторов акриловых производных из природных источников для биологической очистки сточных вод акрилового производства.
Выделен и идентифицирован новый штамм микромицета Penicillium sp. № 15, способный деградировать производные акриловой кислоты: АН, АА, ПАК и ПАА в сточных водах акрилового производства.
Разработана регрессионная зависимость очистки сточных вод от акриловых производных штаммом Penicillium sp. № 15 от условий
10 проведения очистки: температуры (от 10 до 40С), рН (от 5 до 9), концентрации акрилов (от 300 до 1000мг/л).
Проведена оценка на фитотоксичность продуктов метаболизма акриловых производных штаммом Penicillium sp. № 15. Выявлено, что продукты метаболизма не обладают фитотоксической активностью.
Изучен начальный этап биодеградации АА посредством штамма Penicillium sp. № 15. Выявлено, что при расщеплении А А выделяется аммиак.
Разработан способ локальной биологической очистки сточных вод от акриловых производных с применением иммобилизованного на керамзите штамма-деструктора Penicillium sp. № 15.
Практическая значимость. Результаты проведенных исследований явились основой для разработки локальной биологической очистки сточных вод от акриловых производных, основанной на использовании активного штамма-деструктора Penicillium sp. № 15. .
Произведена оценка предотвращенного экологического ущерба при использовании разработанного биологического способа очистки сточных вод от акриловых производных.
Результаты, полученные при изучении процессов биодеградации производных акриловой кислоты и разработке принципиальной схемы очистки сточных вод акрилового производства, используются при чтении курса "Экологическая микробиология" и при курсовом проектировании по дисциплине «Экологическая биотехнология» для студентов специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» технологического факультета УГНТУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на XVII Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии. Реактив - 2004» (Уфа, 2004г.); республиканской научно-практической конференции "Водохозяйственный комплекс РБ. Экологические проблемы, состояние, перспективы" (Уфа, 2005г.); 54, 55, 56-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2003 - 2005 гг.); I, II и III Всероссийских научных INTERNET-конференциях "Интеграция науки и высшего образования в области Био- и органической химии и механики многофазных систем" (Уфа, 2002-2005 гг.); I Всероссийской научно-технической INTERNET-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2005 г.); Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук " (Уфа, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе получен 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 111 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, методики, экспериментальной части, обсуждения результатов исследования, выводов, списка литературы и приложений, включает 16 таблиц, 6 рисунков, 2 фотографии. Список литературы состоит из 112 источников, bjtom числе иностранных- 18.
