Содержание к диссертации
Введение
1 Обобщение теории и практики утилизации отходов нефтеперера ботки в России и за рубежом 10
1.1 Влияние нефтяной отрасли на окружающую среду 10
1.2 Образование и использование отходов в России и за рубежом 14
1.3 Обзор отходов нефтеперерабатывающей промышленности и способов их обезвреживания 1.3.1 Обзор источников образования нефтешламов и способов их утилизации 24
1.3.2 Свойства технической серы и композитов на её основе 35
1.4 Устройство полигонов хранения промышленных и бытовых от
ходов 42
Выводы по разделу 1 46
2 Объекты и методы исследования, применяемые материалы и методики 49
2.1 Объекты исследования, применяемые материалы 49
2.1.1. Характеристики нефтешламов резервуарного типа 49
2.1.2. Характеристики технической серы 51
2.1.3. Характеристики модификаторов 53
2.2. Методы исследований и аппаратура 54
2.2.1. Определение физических и токсикологических свойств нефтешламов резервуарного типа 54
2.2.2. Определение физико-механических и эксплуатационных характеристик материалов 57
2.2.3 Методики проведения эксперимента и математической об
работки экспериментальных данных 60
3 Результаты исследований и их обсуждение
3.1 Исследование физических и токсикологических свойств неф-тешламов резервуарного типа 66
3.2 Исследование физико-механических и токсикологических свойств композитов на основе серы 80
Выводы по разделу 3 92
4 Разработка технологических решений и технико-экономическое обоснование технологии утилизации нефтешламов резервуарного типа 95
4.1 Разработка технологии изготовления композитов на основе серы 95
4.2 Эксплуатационные характеристики полученных композитов на основе серы и их анализ 9
4.3 Технико-экономическое обоснование технологии утилизации нефтешламов резервуарного типа 101
4.4 Обоснование предложенной технологии утилизации нефтешла мов резервуарного типа как компоненты системы управления отходами нефтехимических предприятий 108
Выводы по разделу 4 113
Основные результаты и выводы по работе 115
Литература 117
- Обзор отходов нефтеперерабатывающей промышленности и способов их обезвреживания
- Характеристики нефтешламов резервуарного типа
- Исследование физико-механических и токсикологических свойств композитов на основе серы
- Технико-экономическое обоснование технологии утилизации нефтешламов резервуарного типа
Введение к работе
Актуальность исследования.
Первичные опухоли головного мозга - исключительно гетерогенная по своим биологическим основам, гистологическим характеристикам и клиническим особенностям группа новообразований (Стрельников В. с соавт., 2011). Они встречаются относительно редко - около 2% среди всех видов опухолей, однако центральная роль головного мозга и функциональные последствия его поражения объясняют тяжесть этой группы новообразований. Несмотря на низкую распространенность первичных опухолей головного мозга в структуре общей онкологии, смертность и инвалидизация вследствие них имеют очень высокие показатели. Первичные опухоли головного мозга входят в 10 наиболее частых причин смертности от онкологии (Gao Н. et al., 2013; Wrensch М. et al., 2002).
Среди всех первичных опухолей головного мозга глиобластома является наиболее злокачественной и распространенной опухолью. Она составляет около 70% первичных опухолей головного мозга (Goussia A. et al., 2011; Ohgaki Н. et al., 2009). За последние десятилетия достигнуты значительные успехи в диагностике и лечении глиобластомы, однако в большинстве случаев опухоль оказывается устойчивой к применяемой терапии и неизбежно рецидивирует. Таким образом, прогноз для пациентов с этой опухолью по-прежнему остается неутешительным, средняя выживаемость составляет 12-14 месяцев (Davis F. et al, 2001; Heroux M. et al, 2014; Newton H., 2010).
Глиобластома достаточно хорошо изучена на молекулярном уровне и характеризуется большим числом генетических и эпигенетических изменений. Тем не менее, только небольшое число из выявленных изменений при этой опухоли, такие как мутации в гене IDH1 и метилирование промотора гена MGMT, используется в клинической практике в качестве маркеров прогноза течения заболевания и ответа на терапию (Стрельников В. с соавт., 2011; Gupta К. et al., 2012; Meir Е. et al., 2010).
Следовательно, на сегодняшний день существует острая необходимость в более глубоком изучении глиобластомы на молекулярно-генетическом уровне, что даст возможность идентифицировать мишени для разработки новых терапевтических средств и выявить потенциальные маркеры прогноза течения и ответа на терапию, а также в целом позволит расширить знания о молекулярно-генетических изменениях при этом типе опухолей.
Наиболее частым генетическим изменением при глиобластоме, выявляемым с частотой до 80% случаев, является потеря гетерозиготности маркеров длинного плеча 10-й хромосомы (10q). Предполагается, что высокая частота потери гетерозиготности в этом районе может свидетельствовать о расположении в нем ключевых для патогенеза опухоли генов-кандидатов (Ohgaki Н. et al., 2007; Hata N. et al., 2006). Однако потеря гетерозиготности отражает только наличие аллельного дисбаланса в исследуемой области, то есть позволяет выявить лишь факт изменения числа копий геномных локусов, но при этом не уточняет, является ли это изменение увеличением или уменьшением числа копий одного из аллелей (Ohgaki Н. et al., 2007).
Настоящее исследование посвящено комплексной характеристике потери гетерозиготности района 10q23.3-26.3 - наиболее интересного с точки зрения молекулярной онкологии глиобластомы. Проведенная комплексная характеристика заключается в определении потери гетерозиготности и копийности генов-кандидатов,
картированных в этом районе, изучении метилирования промотора гена MGMT и его экспрессии.
Поскольку области потери гетерозиготности могут маркировать участки расположения генов-кандидатов супрессоров опухолевого роста, актуальной является задача выявления новых участков аллельного дисбаланса хромосомных регионов, которая также решается в настоящем исследовании. Изучение участков с потерей гетерозиготности при глиобластоме позволит идентифицировать потенциальные маркеры прогноза течения заболевания и ответа на терапию.
Степень разработанности темы исследования.
Несмотря на то, что потеря гетерозиготности маркеров длинного плеча 10-й хромосомы является наиболее частым генетическим изменением при глиобластоме, исследований по изучению аллельного дисбаланса этого региона методами, позволяющими охарактеризовать изменение копийности генов-кандидатов, расположенных в этой области, в настоящее время достаточно мало (Nord Н. et al., 2009). Настоящая работа является первой диссертационной работой в РФ, посвященная исследованию структурных и эпигенетических нарушений генов-кандидатов, расположенных в локусе 10q23.3-26.3 при глиобластоме. Кроме того, в работе исследуется аллельный дисбаланс хромосомных участков 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 19pl3.2, в которых ранее этого явления при глиобластоме не описано.
Цель исследования.
Комплексная молекулярно-генетическая характеристика хромосомного района 10q23.3-26.3, содержащего гены-кандидаты PTEN, FGFR2, MKI67 и MGMT, и поиск новых, ранее не описанных областей аллельного дисбаланса при глиобластоме.
Задачи исследования.
-
Разработать и охарактеризовать систему микросателлитных маркеров для анализа потери гетерозиготности локуса 10q23.3-26.3, содержащего гены-кандидаты PTEN, FGFR2, MKI67 и MGMT, а также локусов, в которых ранее не выявлено случаев аллельного дисбаланса при глиобластоме.
-
Определить частоту аллельного дисбаланса в локусе 10q23.3-26.3 и охарактеризовать границы областей потери гетерозиготности.
-
Разработать и охарактеризовать систему маркеров для микросателлитного анализа копийности ДНК методом ПЦР в реальном времени (количественного микросателлитного анализа).
-
Для образцов с выявленным аллельным дисбалансом в локусе 10q23.3-26.3 установить количественное изменение числа копий исследуемых участков методом количественного микросателлитного анализа в реальном времени.
-
Разработать систему маркеров для определения метилирования CpG-островка промотора гена MGMT и определить частоты аномального метилирования различных участков этого района в выборке глиобластомы.
-
Валидировать гипотезу о стресс-зависимом характере экспрессии гена MGMT
Научная новизна.
1. Впервые проведено прицельное изучение частоты потери гетерозиготности и ее границ в локусе 10q23.3-26.3 в выборке глиобластомы. Показано, что наиболее часто
потеря гетерозиготности на длинном плече 10-й хромосомы затрагивает протяженный участок, включающий весь исследованный локус (84,4%), тем не менее, в 15,6% образцов глиобластомы наблюдается потеря гетерозиготности различных более коротких участков.
-
Впервые показано, что потеря гетерозиготности локуса 10q23.3-26.3 при глиобластоме может являться отражением как делеции (37,5%), так и однородительской дисомии (25,0%) на протяжении всего локуса. В 37,5% участки потери гетерозиготности и участки однородительской дисомии чередуются на протяжении 10q23.3-26.3. В этих случаях наибольшая частота делеций характерна для проксимальной части, а однородительской дисомии - для дистальной части локуса. Переход от области делеции к области однородительской дисомии происходит в сегментах 10q26.1 - 10q26.2.
-
Выявлены новые локусы аллельного дисбаланса при глиобластоме: 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 19pl3.2, представляющие собой потенциальные молекурно-генетические маркеры прогноза течения заболевания и ответа на терапию.
-
Впервые показано, что потеря гетерозиготности области расположения гена MGMT и метилирование его промотора являются независимыми событиями при глиобластоме. Учитывая высокую частоту потери гетерозиготности гена MGMT (60% в настоящем исследовании) и независимый характер ее возникновения, это событие можно рассматривать как потенциальный дополнительный маркер прогноза течения заболевания и ответа на терапию.
-
Впервые показано, что MGMT является стресс-активируемым геном, экспрессия которого меняется под влиянием хирургического вмешательства.
Теоретическая и практическая значимость.
Впервые разработана и охарактеризована система микросателлитных маркеров для исследования потери гетерозиготности в локусе 10q23.3-26.3; информативность системы составила 100%.
Впервые разработана и охарактеризована система мультилокусной метил-чувствительной ПЦР для анализа статуса метилирования промотора гена MGMT, включающая внутренние контроли эффективности ПЦР и полноты гидролиза ДНК.
Разработанная система микросателлитных маркеров для анализа потери гетерозиготности в локусе 10q23.3-26.3 и система метилчувствительной ПЦР для изучения метилирования промоторной области гена MGMT подробно охарактеризованы и могут быть использованы в дальнейшем в других исследованиях.
Впервые разработан метод количественного микросателлитного анализа в реальном времени для определения копийности геномных локусов при глиобластоме. Особенностью разработанного метода по сравнению с ранее опубликованными подходами является обоснованный выбор системы эндогенных контролей копийности ДНК в опухолевых образцах. Метод количественного микросателлитного анализа является универсальным и гибким, более простым, доступным и дешевым по сравнению с флуоресцентной гибридизацией in situ (FISH) и сравнительной геномной гибридизацией.
Разработаны и охарактеризованы микросателлитные маркеры для исследования потери гетерозиготности в локусах 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 18qll.2, 19pl3.2 и 21q21.1. Выявленные новые локусы аллельного дисбаланса при глиобластоме - 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 19pl3.2 - представляют собой потенциальные молекулярно-генетические маркеры прогноза течения заболевания и ответа на терапию. Кроме того, они определяют
участки хромосом, в которых может быть продолжен поиск генов-кандидатов опухолевых супрессоров, вовлеченных в этиопатогенез глиобластомы.
Показано, что определение статуса гена MGMT путем исследования его экспрессии не может применяться в клинической практике, в связи с риском неправильного принятия решения об эффективности использования темозоломида при лечении конкретного пациента, поскольку экспрессия этого гена изменяется под влиянием хирургического вмешательства.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Потеря гетерозиготности хромосомного локуса 10q23.3-26.3, содержащего гены-кандидаты PTEN, FGFR2, MKI67 и MGMT, - частое молекулярное событие в патогенезе глиобластомы, выявляемое с частотой 62%; система из 20 микросателлитных маркеров локуса 10q23.3-26.3 позволяет определять границы потери гетерозиготности.
-
Разработана и охарактеризована система для количественного микросателлитного анализа в реальном времени, позволяющая установить количественное изменение числа копий локуса 10q23.3-26.3; потеря гетерозиготности локуса 10q23.3-26.3 при глиобластоме является отражением как делеции, так и однородительской дисомии.
3. Обнаружены новые хромосомные участки аллельного дисбаланса при
глиобластоме: 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 19pl3.2,
указывающие на области дальнейшего поиска генов, вовлеченных в этиопатогенез
заболевания.
-
Аномальное метилирование ДНК неравномерно распределено по CpG-островку гена MGMT - наибольшей частоте метилирования при глиобластоме подвержены CpG-динуклеотиды 38, 40, 43; общая частота метилирования промотора гена MGMT составляет 39%.
-
Потеря гетерозиготности области расположения гена MGMT и метилирование его промотора являются независимыми событиями.
6. Уровень экспрессии гена MGMT изменяется под влиянием хирургических
манипуляций, что ставит под вопрос адекватность использования оценки экспрессии
MGMT как молекулярного маркера в клинической практике.
Степень достоверности результатов.
Достоверность полученных в ходе исследования результатов определяется значительным объемом материала, современными молекулярно-генетическими методами исследования, использованными в его обработке. Результаты исследования соответствуют данным зарубежной литературы. Разработанные новые технологии и предложенные гипотезы валидированы автором в экспериментах лично. Проведенный статистический анализ подтверждает достоверность сделанных выводов.
Апробация работы.
Материалы работы докладывались на ежегодных конференциях Европейского общества генетики человека в 2012 г. (г. Нюрнберг, Германия), 2013 г. (г. Париж, Франция), 2014 г. (г. Милан, Италия); на Ежегодной конференции молодых ученых ФГБНУ «МГНЦ» в 2011 г., 2013 г. и 2014 г. (г. Москва, Россия); на I Международном российско-американском симпозиуме «Инновационные технологии в генетике и детской эпилептологии» в 2011 г. (г. Москва, Россия); на I Междисциплинарном конгрессе по заболеваниям органов головы и шеи в 2013 г. (г. Москва, Россия); на Всероссийской научно-практической школе-конференции для молодых ученых РАМН по онкологии
«Современная онкология: достижения и перспективы» в 2013 г. (г. Новосибирск, Россия), на конференции «Достижения и перспективы развития лабораторной службы России» в 2015 г. (г. Москва, Россия), на VII съезде Российского общества медицинских генетиков в 2015 г. (г. Санкт-Петербург, Россия).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности:
В соответствии с формулой специальности «03.02.07 - Генетика (биологические науки)», охватывающей проблемы изменчивости и наследственности, закономерности процессов хранения, передачи и реализации генетической информации на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях в области «Эпигенетика».
Личный вклад автора.
Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении молекулярно-генетических исследований, анализе клинических и лабораторных данных, статистической обработке полученных результатов. Автором лично разработаны: система микросателлитных маркеров для исследования потери гетерозиготности в локусе 10q23.3-26.3; система мультилокусной метил-чувствительной ПЦР для анализа статуса метилирования промотора гена MGMT; микросателлитные маркеры для исследования потери гетерозиготности в локусах 2q31.2, Зр25.1, 5ql4.3, 6р21.1, 7q21.2, 9q21.33, 12q21.33, 16р13.12, 18qll.2, 19pl3.2 и 21q21.1 и метод количественного микросателлитного анализа в реальном времени для определения копийности геномных локусов при глиобластоме. Автором проанализированы современные данные отечественной и зарубежной литературы по теме диссертации. Написание глав собственных исследований, обсуждение результатов и формулировка выводов выполнены автором самостоятельно.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них 5 статей в центральных медицинских журналах, рекомендованных ВАК МОН РФ, 7 работ в материалах конгрессов и конференций в РФ и 4 за рубежом.
Структура и объем диссертации.
Обзор отходов нефтеперерабатывающей промышленности и способов их обезвреживания
Экологическая эффективность при добыче нефти связана с вовлечением в хозяйственный оборот всех нефтяных компонентов. Например, сжигание попутного нефтяного газа на факелах оказывает заметное влияние на качество атмосферного воздуха. Для решения этой проблемы внедряется технология преобразования попутного нефтяного газа в диметиловый эфир, который в перспективе рассматривается как экологически чистое дизельное топливо [2].
Химический состав нефти определяется районом добычи и характеризуется следующими усредненными показателями [17]: углерод (ок. 85%), водород (ок. 14%), кислород (до 0,3%), азот (до 1,5%), сера (до 5,5%). В состав всех типов нефти входят алканы (15-55%), нафтены (30-55%), арены (5-55%), асфальтены и смолы (2-15%). Основную часть микроэлементов нефти содержат смолы и асфальтены, в том числе почти все металлы. Нефтяное загрязнение окружающей среды является опасным и связано с высокой токсичностью и миграционной способностью некоторых компонентов нефти. Разрушение нефти, оказавшейся на земной поверхности, происходит за счет химического окисления и биогенного разложения [4]. Метановые углеводороды легкой фракции, находящиеся в загрязненных почвах, водной и воздушной среде, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. При разливах нефти резко ухудшается прикорневое питание растений, что негативно влияет на урожайность. При концен-трации нефтепродуктов в воде около 1 г/м подавляется жизнедеятельность фито-планктона, а концентрация паров нефти 100 мг/дм опасна для жизни даже при вдыхании в течении 5 мин. [6].
При сжигании попутных нефтяных газов, в результате дегазации нефти и пластовых вод образуется оксид углерода. Высокие концентрации СО в воздухе вызывают обильное слезотечение, удушье, головокружение, боли в желудке. Диоксид углерода поступает в атмосферу за счет сжигания топлива, дегазации нефти и пластовых вод, при концентрации в воздухе 4-5% оказывает раздражающее действие, при концентрации 10% вызывает сильное отравление. Сера входит в очень агрессивные соединения (сера, сероводород и меркаптаны), приводящие к коррозии металла и ухудшающие антидетонационные свойства топлив и качество вторичных продуктов переработки нефти. Сернистые соединения выделяются из сернистой нефти, природного газа, конденсата и также являются токсичными веществами. Сера, при термическом воздействии на нефть, образует сероводород. Остаточная сера объединяет те соединения, которые при температурной обработке не вступают в реакцию. Меркаптаны - высокотоксичные органические серосодержащие газы, обнаруживаются в воздухе нефтепромыслов. Легко проникают через кожу, вызывая тошноту и головную боль. Сероводород - бесцветный ядови-тый газ, ощущаемый при небольших концентрациях 1,5-2 мг/м . Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе рабочей зоны составляет 3 мг/м , при концентрации 1000 мг/м наступает мгновенная смерть. Еще один бесцветный токсичный газ, присутствующей в атмосфере на нефтепромыслах -сернистый ангидрид. При длительном воздействии на человека вызывает хроническое отравление, поражение печени, кровеносной системы и развитие пнев-москлероза. При содержании этого газа в воздухе свыше 300 мг/м происходит потеря сознания. Двуокись азота представляет собой бурый газ с удушливым запахом, оказывает токсическое воздействие на легочную систему, провоцируя развитие бронхита, эмфиземы легких, астмы. При неполном сгорании или термическом разложении углеродистых веществ образуется сажа. Содержание сажи в воздухе более 8% позволяет рассматривать её как взрывоопасное вещество. Бен-запирен (и другие ароматические полициклические углеводороды) содержится в нефти и природных битумах и представляет собой канцероген первого класса опасности. Может проникать через кожу и органы дыхания. Синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются распространенным и токсичным загрязнителем вод при бурении скважин, сборе и транспортировке нефти. Сульфатное и хлоридное загрязнение - один из наиболее часто встречающихся видов загрязнения гидросферы нефтепромыслов. При утечках нефти и пластовой воды выводятся из хозяйственного использования поверхностные, подземные воды и почвенный покров. Прорыв трубопроводов, разливы нефти также наносят серьезный ущерб окружающей среде [24]. Для снижения техногенного воздействия на почву проводятся мероприятия, направленные на сокращение образования отходов нефтедобычи и увеличение объемов их утилизации; утилизацию накопленных и безопасное хранение вновь образующихся отходов; разработку и реализацию программ строительства сети полигонов по утилизации нефтешламов [1, 17, 65].
Таким образом, объекты нефтяной отрасли оказывают комплексное воздействие на окружающую природную среду. Особенно актуальной является задача уменьшения накопления отходов, вторичное использование отходов нефтеперерабатывающих предприятий. Определение источника отходов, класса опасности отходов, агрегатного состояния, ресурсных свойств являются ключевыми позициями для разработки системы управления отходами на предприятии.
Характеристики нефтешламов резервуарного типа
Определение массовых долей металлов в нефтешламе проводилось в соответствии с методикой ПНД Ф 16.3.24-2000 выполнения измерений массовых долей металлов в пробах промышленных отходов (шлаков, шламов) атомно-абсорбционным методом [153]. Метод основан на изучении спектров поглощения электромагнитного излучения атомами исследуемого вещества.
Растворы анализируемых проб распылялись в пламя горелки атомизатора, затем фиксировались изменения соответствующих им абсорбционных сигналов. При проведении эксперимента использовалось следующее оборудование и реактивы: спектрофотометр атомно-абсорбционный, модель «Спектр-5»; проточно-инжекционный блок (концентратомер) 5Б2.064.014 ТУ; государственные стандартные образцы с аттестованным содержанием ионов металлов 1 мг/см: алюминия, кадмия, железа, кальция, магния, марганца, меди, никеля, хрома, цинка; стаканы химические вместимостью 100; 250; 1000 см по ГОСТ 25336; чашки фарфоровые по ГОСТ 9147; кислота азотная поГОСТ4461; кислота соляная по ГОСТ 3118; вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
Фазовый состав минеральной части нефтешлама исследовался методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-6. Метод основан на соответствии полученной рентгенограммы определенному кристаллическому соединению. Рентгенофазовый анализ обезвоженного нефтешлама, растертого в агатовой ступке, осуществляли на дифрактометре ДРОН-6 с рентгеновской трубкой БСВ-27 (Cukx- излучение и никелевый фильтр) [115, 116]. Для определения фазового состава по положению пиков на дифрактограмме рассчитывались брегговские углы 0 по формуле: A = 2x6/xsin@, (2.1) где X - длина волны рентгеновского излучения.
Определялись межплоскостные расстояния d в ангстремах (А) и сравнивались с известными значениями для индивидуальных фаз. По значению d для самой интенсивной линии в указателе Финка [116] рентгенометрической картотеки проводился поиск соответствующих сочетаний d для наиболее интенсивных линий дифрактограммы. При совпадении выбранных значений d, приведенных в указателе, детально сопоставлялись d и I (относительная интенсивность отражений по десятибалльной шкале) и определялась основная фаза смеси.
Определение класса опасности нефтешламов проводилось экспериментально методом биотестирования в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов от 15 июня 2001 года № 511 «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды».
Метод основан на биотестировании отходов, и проведен на дафниях (Daphnia magna Straus), пресноводных водорослях (Scenedesmus quadricauda). При проведении опытов использовались методики: ФР 1.39.2007.03222 [154], ФР. 1.39.2007.03223 [155], ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04, Т 16.1:2.3:3.8-04 [156].
В результате проведения эксперимента находилась кратность разбавления водной вытяжки, вызывающая гибель не более 10% тест-объектов за 96-часовую экспозицию (БКРю-9б)- Биотестирование проводилось в химических стаканах вместимостью 250 см , которые заполнялись 100 см исследуемого разведения водных вытяжек из отходов, и дафниями.
В экспериментах по определению острого токсического действия исследуемых проб на водоросли (Scenedesmus quadricauda) устанавливалась безвредная кратность разбавления водных вытяжек, вызывающая не более чем 20%-ное подавление уровня флуоресценции хлорофилла за 72-часовую
ЭКСПОЗИЦИЮ (БКР20-72) Биотестирование проводилось в стеклянных плоскодонных колбах емкостью 250 см , которые заполнялись 100 см исследуемого разведения и равными объемами суспензии водорослей. После внесения водорослей колбы встряхивали и производили подсчет водорослей в камере Горяева во всех контрольных и испытуемых пробах. Проводили замеры уровня флуоресценции на приборе «Флюорат-02-3».
В экспериментах по определению острого токсического действия водных вытяжек из исследуемых проб отходов на люминисцентные бактерии устанавливалась кратность разбавления, вызывающая не более чем 20%-ное гашение интенсивности биолюминисценции (индекс токсичности «Т» менее 20) при фиксированном времени экспозиции (30 минут) на люминометре «Биотоке-10».
Для биотестирования использовалась тест-система «Эколюм», представляющая собой суспензию клеток люминесцентных бактерий после реконструирования дистиллированной водой.
Биотестирование проводилось в кюветах люминометра «Биотоке-10», в которые добавляли 0,1 см рабочей суспензии бактерий и 0,9 см опытной пробы исследуемого разведения, затем измерялась интенсивность свечения бактерий. По результатам измерения записывались показания прибора по индексу токсичности «Т».
Расчет класса опасности по безопасной кратности разведения жидких отходов и водных вытяжек с использованием дафний и водорослей проводился методом пробит-анализа. При биотестировании с помощью тест-системы «Эколюм» в качестве критерия для определения класса опасности, использовалась минимальная из исследованных кратность разбавления, при которой водная вытяжка из проб отходов не оказывала токсичного воздействия.
Перед проведением биотестирования измерялось рН (для дафний и водорослей), содержание растворенного кислорода (для дафний) и температура (для бактерий) в полученных разведениях при помощи рН-метра, оксиметра и термометра лабораторного.
Исследование физико-механических и токсикологических свойств композитов на основе серы
Анализ таблицы показывает, что у исходной серы практически все основные максимумы имеют более высокие интенсивности. Термическая обработка приводит к дополнительному повышению интенсивности основных отображений серы, что указывает на образование дополнительного количества полимерной модификации. В связи с формированием мелкокристаллической структуры интенсивности максимумов основных рефлексов для модифицированной серы ниже. Таким образом, анализ экспериментальных данных показывает, что введение добавок приводит к образованию полимерной серы. Наблюдаемые структурные изменения свидетельствуют также о физико-химическом воздействии модификаторов, проявляющемся в изменении условий кристаллизации серы. Структурные преобразования серы приводят к закономерному изменению ее механических свойств.
Концентрационные зависимости получены на образцах, приготовленных из расплава, подвергнутого изотермической выдержке в течение 60 минут с добавлением добавок (парафина и бензола) в количестве от 0,25 до 4% от массы серы (рисунок 3.9, а). Зависимость прочности модифицированной серы от концентрации парафина имеет экстремальный характер: при увеличении количества парафина до 2% (включительно) наблюдается повышение прочности, а при концентрации более 2% - ее снижение.
Ниже представлены экспериментальные данные для технической серы, выдержанной при температуре 160 С один час. Установленные зависимости показывают влияние на прочность продолжительности изотермической выдержки образцов серы, модифицированной 1% парафина и бензола (рисунок 3.9, б): для парафина наблюдается монотонное повышение прочности, а для бензола - экстремальное изменение. Анализ экспериментальных данных (рисунок 3.9) показывает, что на прочность модифицированной серы влияют вид и концентрация добавки, а также продолжительность изотермической выдержки. В результате проведенного эксперимента были установлены оптимальные концентрации модифицирующих добавок 1-2% от массы серы в пересчете на чистое вещество. Время изотермической выдержки для дальнейших экспериментов было выбрано 60 мин из-за наличия в исследуемом нефтешламе резервуарного типа парафина.
Определение основных физико-механических характеристик серных композитов проводили на основании исследования функций прочности при сжатии и изгибе, плотности и пористости, в соответствии с методиками, изложенными в п. 2.2.2 второго раздела. Расчёты коэффициентов уравнений регрессии, их оценок, доверительных интервалов, проверки критериев Стьюдента и Фишера и т.д. проводили в соответствии с методикой, изложенной в [164] и п. 2.2.3 данной работы. После проведения всех статистических расчётов, были получены уравнения регрессии (3.1):
Влияние концентрации серы и нефтешлама резервуарного типа на прочность при сжатии (а), изгибе (б), плотность (в), пористость (г).
Как видно из рисунка 3.10, а, функция прочности при сжатии имеет наибольшие значения в предполагаемой области планирования - для соотношений техническая сера/нефтешлам резервуарного типа 30-35% / 65-70 %.
Функция прочности при изгибе (рисунок 3.10, б) имеет наибольшие значения в области, смещенной к большей концентрации нефтешлама резервуарного типа (соотношение сера/нефтешлам составит 20-25% / 75-80% соответственно), что можно объяснить увеличением содержания в материале минеральной части нефтешлама и упрочнением композита. Функция плотности (рисунок 3.10, в) нелинейно плавно возрастает в область больших концентраций серы, потому что плотность серы почти в 2 раза больше плотности нефтешлама резервуарного типа. При планируемом использовании данного материалов для обустройства полигонов хранения промышленных и бытовых отходов функция плотности не является главным критерием качества материала, а в целом удовлетворяет требованиям материала полигона.
Функция пористости (рисунок 3.10, г) является одним из главных критериев качества для изоляционных материалов при обустройстве полигонов хранения промышленных и бытовых отходов, т.к. чем меньше показатель пористости, тем лучше материал будет выполнять защитную функцию, не допуская попадания фильтрата из свалочного тела полигона в окружающую природную среду. Функция пористости имеет наименьшие значения в той же области, что и функция плотности при сжатии, что доказывает правильность предположений о соотношении компонентов сера/нефтешлам резервуарного типа.
После анализа результатов для проведения дальнейших экспериментов было принято окончательное соотношение сера/нефтешлам резервуарного типа -35% / 65 %.
Определение эксплуатационных характеристик изоляционных серных композитов производили в соответствии с методиками, изложенными в п. 2.2.2 во втором разделе. Долговечность и надёжность серных композитов зависят от их способности сопротивляться разрушающему воздействию агрессивных сред. Взаимодействие серных композитов с агрессивными средами является сложным и многоступенчатым процессом, протекающим по следующей схеме: адсорбирование молекул агрессивной среды поверхностью композита, физико-химическое взаимодействие агрессивной среды с поверхностными слоями серного композита, образование продуктов реакции, препятствующих продвижению среды в композит. В процессе воздействия агрессивных сред на серный композит, в нем будут происходить различные изменения.
Технико-экономическое обоснование технологии утилизации нефтешламов резервуарного типа
Полиэтиленовая пленка часто используется в качестве гидроизоляционного слоя, но одним из основных её недостатков является легкость повреждения в результате механических воздействий, необходимость склеивания пленочных полотнищ, что приводит к дефектам такого покрытия, а также необходимость увеличения количества слоев укладываемого материала, что приводит к увеличению стоимости материала. Существует изоляционная смесь, содержащая олигоэпокси-акрилат, битум, известь, перлит, песок, воду. Недостатками этого состава является многокомпонентность, дороговизна, токсичность олигоэпоксиакрилата, вступающего в реакцию с минерализованным фильтратом, что приводит к уменьшению прочности покрытия, повышению водопоглощения и фильтрационной способности. Таким образом, полученный композиционный материал можно использовать как изолирующий экран полигонов хранения промышленных и бытовых отходов, покрытия днища и стен подземных резервуаров, амбаров, ям за счет химической связи компонентов и их полимеризации. Применение полученного композиционного материала в условиях постоянно возрастающей нагрузки при увеличении объема отходов на полигоне, воздействия агрессивной среды в результате перегнивання биологических остатков и попадания на поверхность отходов атмосферных осадков позволит упростить технологию получения такого покрытия, сохраняя требуемые изоляционные свойства. Сравнительные характеристики известных гидроизоляций приведены в таблице 4.4.
Дополнительные условия Возможность использования стандартного оборудования для асфальтобетона Необходимо специальное оборудование для разогрева битума Необходимо специальное оборудование и высококвалифицированные рабочие
Помимо вышеперечисленного применение отходов нефтеперерабатывающих производств - нефтешламов резервуарного типа в качестве одного из компонентов материала с полезными свойствами решает важную задачу - снижение антропогенной нагрузки на окружающую природную среду.
Технико-экономическое обоснование технологии утилизации нефтешламов резервуарного типа Объемы образования нефтешлама на нефтеперерабатывающем заводе приведены в разделе 1.3.1 данной работы и составляют 1423,4 т нефтешлама в год. Плата за размещение 1 т нефтешлама составит: 1 497,00 5 1,9 1,67=7884,904 руб., где: 497,00 - норматив платы за размещение 1 т отходов 3-го класса опасности; 5 - повышающий коэффициент за сверхнормативное размещение; 1,9 - коэффициент экологической значимости; 1,67 - коэффициент инфляции, утвержденный для применения к расчетам платы за негативное воздействие.
Таким образом, плата за размещение отходов составит 1423,4 т 7884,904 руб. =11 223 373,777 руб. С другой стороны, для изготовления 1 м серного материала необходимо 760,8 кг (0,7608 т) нефтешлама, таким образом, потенциально можно изготовить 1870 м3 серного композита.
Как было показано ранее, в качестве материалов для изготовления защитных экранов полигонов хранения промышленных и бытовых отходов могут быть использованы бетон, асфальтобетон, поэтому дальнейшие расчеты будем приводить в сравнении с этими материалами.
Расчеты показали, что экономическая эффективность внедрения серных композитов складывается из нескольких преимуществ, в том числе из: снижения энергозатрат на производство 1 м серного композита по сравнению сім цементного бетона, учитывая энергозатраты на производство цемента; снижения металлоемкости в сфере производства изделий в 5 раз по сравнению с цементным бетоном и доведения ее до 0,3 т на 100 м бетона за счет сокращения сроков твердения серного композита, а следовательно, увеличения оборачиваемости форм; экономии цемента в количестве 300 кг на 1 м серного композита; повышения коррозионной стойкости и долговечности изделий из серных композитов.
Основными затратными статьями при производстве серных композитов из технической серы и нефтешламов резервуарного типа на мобильной многофункциональной технологической линии являются сырье, электро-, тепло-, гидроресурсы и заработная плата.
Расчет технико-экономической эффективности является условным и относительным, имеющим цель показать экономический эффект от применения серного композита в качестве изоляционного материала при устройстве полигонов хранения промышленных и бытовых отходов.
Расходы на содержание здания включают: отопление - 0,59 ГДж на 1 м продукции; электроэнергия (непроизводственное потребление) - 45 кВт/ч; вода, канализация - 12 м /ч. Налоги составят: на пользователей автодорогами - 1% от выручки; на имущество - 2% годовых от стоимости имущества; отчисление за загрязнение окружающей среды - 5,0 тыс. руб./год.
Прочие расходы включают расходы на горюче-смазочные материалы, а также иные непредвиденные расходы начисляются исходя из суммы 500 руб./сут. Учитывая рентабельность, затраты, а также с учетом и налога на добавленную стоимость, цена реализации 1 м серного композита составит 855...862 руб. (таблица 4.8).