Введение к работе
Актуальность проблемы. Ухудшение экологической ситуации в регионах России связано с растущими темпами химического загрязнения водных, почвенных ресурсов и атмосферы, обусловленного отходами и выбросами промышленных производств. О масштабах суммарного химического загрязнения биосферы в нашей стране свидетельствуют величины ежегодного сброса в водные объекты: более 5000 тыс.т органических веществ; 2000 тыс.т взвешенных веществ; около 300 тыс. т фенолов. Только в реки бассейна Волги со сточными водами ежегодно поступает более 300 тыс.т органических веществ, 90 тыс.т фенолов, около 14 тыс.т нефтепродуктов (Авакян с соавт.,1994; О состоянии окружающей среды..., 1994).
Одной из актуальных задач современной науки является разработка мероприятий по защите окружающей среды и человечества от воздействия присутствующих в биосфере соединений антропогенного происхождения,. аккумуляция которых в живых организмах приводит к отрицательным изменениям генофонда планеты, его невосполнимым потерям.
Ароматические соединения относятся к числу наиболее экологически опасных химических загрязнителей. Масштабы промышленного синтеза ароматических соединений при отсутствии высокоэффективных технологий очистки сопутствующих отходов сопряжены с их систематическими поступлениями в природные сферы, что неоднократно приводило к экологическим катастрофам в различных регионах России (Яковлев, Журба,1991).
Высокотоксичные, концентрированные, многокомпонентные сточные воды производства стирола, получаемого методом дегидратации метилфенилкарбинола, в АО "Нижнекамскнефтехим" частично обезвреживаются путем сжигания при высокой температуре, что связано с необходимостью капитального строительства сложных дорогостоящих сооружени І, с большими затратами топливно-энергетических ресурсов, загрязнением атмосферы продуктами неполного сгорания. Часть сточьых вод сбрасывается на общезаводские биологические очистные сооружения, что приводит к снижению эффективности очистки при объединении сточных вод различных производств.
Вышесказанное определяет актуальность разработки основ для экономически и экологически целесообразного способа обезврежива-аия концентрированных сточных вод производства стирола.
Общеизвестно, что из всех существующих методов обезвреживания химических загрязнений биологические являются наиболее универсальными и экономичными (Алиева,Клялетдинов,1986; Яковлев с соавт.,1994).
В настоящее время известна принципиальная возможность биоразложения индивидуальных соединений, входящих в состав сточных вод производства стирола. Согласно данным литературы, потенциальные деструкторы основного загрязнителя данных сточных вод - фенола - принадлежат к различным таксономическим группам. Они отличаются устойчивостью к токсическому действию ксенобиотика (Hensel, Straube,1983; Anselmo et al.,1984; Krug et al.,1986), активностью в иммобилизованном состоянии (Keweloh et al,l989). Имеются также данные о биодеградации ацетофенона (Cripps et al, 1978; Федоров с соавт.,1993), стирола (Hartmans et al.,1990; Utkin et al.,1991; Рустемов с соавт.,1992; Warhurst, 1994). Имеются разработки биотехнологий очистки сточных вод от стирола и его производных (Быстров с соавт.,1988; Илялетдинов, Алиева,1990), фенола в сочетании с рядом ксенобиотиков (Meyer.et al.1984; Westmeier, Rehm, 1985). Однако исследования, посвященные метаболизму вышеуказанных соединений при одновременном присутствии двух и более компонентов, единичны, а применительно к сложным сочетаниям - практически отсутствуют. В то же время анализ кометаболиэма многокомпонентных комплексов токсичных и персистентных ксенобиотиков необходим для прогнозов возможности и эффективности новых биотехнологий для очистки сточных вод.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в разработке научных основ и создании схемы новой биотехнологии очистки концентрированных сточных вод, содержащих фенол, стирол, ацетофенон и другие сопутствующие загрязнения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие экс-
периментадьные задачи; -
-
Изучить возможность локальной детоксикации и очистки сточных вод производства стирола микроорганизмами;
-
Селекционировать штаммы и сообщества микроорганизмов с повышенной деструктивной активностью, устойчивостью к высоким концентрациям изучаемых ароматических соединений;
-
Разработать биотехнологию очистки концентрированных локальных сточных вод производства стирола;
-
Разработать программу для оптимизации процессов локальной
очистки с учетом необходимого уровня эффективности.
Научная новизна. Путем селекции- в условиях непрерывного культивирования, максимально приближенных к реальным экологическим ситуациям, получены штаммы Pseudomonas sp.KS 1.1, Rho-dococcus sp.KS 9.2, Bacillus sp.KS 4.1 и ассоциации микроорганизмов с повышенной деструктивной активностью, способные утилизировать комплекс ароматических соединений, включающий фенол, стирол, ацетофенон и другие ксенобиотики.
Выявлены и охарактеризованы спектры метаболических возможностей индивидуальных штаммов и микробных сообществ.
Исследовано влияние фенола в сочетании со стиролом и ацето-феноном на масштабы биодеградации компонентов сточных вод производства стирола выделенными штаммами.
Впервые показана возможность биологической очистки активными микробными сообществами концентрированных, многокомпонентных, токсичных уточных вод производства стирола.
Практическая значимость. Создан банк штаммов микроорганизмов, разлагающих комплекс ксенобиотиков, включающий фенол, стирол, ацетофенон, бензол, толуол, метилфенилкарбинол и этилбензол.
Путем непрерывного культивирования в условиях селективного воздействия возрастающих концентраций комплекса изучаемых ксенобиотиков получены сообщества микроорганизмов, утилизирующие совокупность загрязнений, включающую фенол, стирол, ацетофенон и другие ксенобиотики.
В условиях лабораторных испытаний модельных очистных сооружений определены оптимальные параметры процесса очистки сточных вод производства стирола.
Впервые разработана двухступенчатая биотехнология очистки концентрированных сточных вод производства стирола. Разработан регламент на проектирование первой ступени биотехнологии, в соответствии с которым в АО "Нижнекамскнефтехим" создан проект, построены локальные сооружения для биологической очистки концентрированных сточных вод указанного производства. В 1994 году разработанная биотехнология стала частью производства стирола.
Впервые продемонстрирована возможность дальнейшей локальной биологической очистки сточных вод изучаемого производства с использованием пространственно разобщенных иммобилизованных биоценозов. Полученные результаты являются основой для создания второй ступени локальной биологической очистки сточных вод производства стирола.
- б -
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на YII съезде Всесоюзного микробиологического общества (Алма-Ата,1985), Всесоюзной конференции "Мониторинг нефти и нефтепродуктов в окружающей среде"(Уфа,1985), Всесоюзной конференции" Виоиндикация и биотестирование природных вод"(Ростов-на-Дону,1986), на IV Всесоюзной конференции "Управляемое культивирование микроорганизмов" (Пущино,1986), на II Всесоюзной конференции "Микробиологические методы защиты окружающей среды"(Пушино, 1988), 14 Менделеевском съезде по общ. и прикл.химии (Минск, 1989), I Республиканской конференции по интенсификат ции нефтехимических процессов (Нижнекамск,1990), Всесоюзной конференции "Новые направления в биотехнологии (Пущино,1990), Всесоюзном симпозиуме "Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия" (Оренбург,1991), Всесоюзной конференции "Биотехнология и биофизика микробных популяций" (Алма-Ата, 1991), V конференции РФ "Новые направления в биотехнологии (Пущино, 1992), "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан (Казань,1993), VI конференции Российской Федерации "Новые направления биотехнологии" (Пущино,1994). Материалы диссертации явились составной частью экспонатов на ВДНХ СССР (1986, 1989), отмеченных бронзовой и серебряной медалями.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ. Получены два авторских свидетельства СССР и патент РФ.
Структура и объем диссертации; Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка использованної литературы, содержащего 190 источников, из них 113 работ зарубежных авторов. Работа изложена на 167 страницах машинописного текс-