Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Обеспечение экологической безопасности и охрана окружающей среды являются наиболее актуальными проблемами современности. Антропогенное воздействие на природу настолько возросло, что экологические нарушения стали нормой и приобрели угрожающие размеры. Среди многочисленных загрязнителей, непрерывно поступающих в окружающую среду, нефть и нефтепродукты по-прежнему остаются самыми глобальными. Наряду с авариями при добыче и транспортировке нефти и продуктов ее переработки крупномасштабным источником загрязнения природных объектов являются индустриальные сточные воды. Низкая культура производства, а также использование устаревших технологий и оборудования, в том числе в нашей стране, приводит к тому, что все большее и большее количество сырья, промежуточных и конечных продуктов промышленной переработки нефти попадает в сточные воды, а с ними - в природные объекты, в частности, концентрация нефтепродуктов в р. Волге в районе Саратова в 1,5-2 раза превышает ПДК (Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 1996 году, 1997).
Минеральные масла - широко используемая в промышленности группа нефтепродуктов, основной вид смазочных материалов, предназначенных для снижения трения и износа трущихся поверхностей. Масляные отходы, зачастую в качестве основного компонента, присутствуют в стоках предприятий различного профиля, в частности, связанных с металлообработкой. Как продукт переработки мазута, нефтяные масла представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов. Являясь крайне инертными и опасными загрязнителями сточных вод, масла оказывают вредное воздействие на биосферу, что требует разработки современных, надежных способов обезвреживания подобных отходов. Эффективность существующих очистных сооружений невелика, например, в отношении нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ (ПАВ), пестицидов' она составляет лишь 30-60% (Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 1994 году, 1995).
Одним из важнейших направлений для обеспечения экологической безопасности и экономии водных ресурсов является освоение передовых технологий и новых конструкций очистных сооружений. Широкое применение оборотного и повторного использования воды промышленными предприятиями позволяет значительно сократить забор воды из водоемов. В настоящее время 70% потребности предприятий в воде на производственные нужды уже удовлетворяется за счет оборотной и повторно используемой воды (Изжеурова В.В., Павленко Н.И., 1995).
Наиболее эффективное удаление загрязнителей из стоков для обеспечения оборотного водоснабжения достигается путем создания локальных узлов очистки. Смешение производственных потоков приводит к их взаимному разбавлению, часто сопровождающемуся взаимодействием загрязнителей, ухудшению извлечения последних, а также увеличению объемов стоков и затрат на их очистку. Создание локальной системы очистки позволяет перерабатывать такие высококонцентрированные специфические масляные отходы, как отработанные моющие растворы (ОМР) и смазочно-охлаждающ'ие жидкости (СОЖ), тем самым уменьшая нагрузку на биологические очистные сооружения в случае их дальнейшей очистки либо обеспечивая оборотное водоснабжение.
Для удаления масла из сточных вод в настоящее время используют
механические, физико-химические и биологические методы.
Биологический метод занимает доминирующее положение в современной
технологии очистки. Возможность удаления из сточных вод различных
химических соединений, простота аппаратурного оформления сделали ее
самой крупнотоннажной биотехнологией. Современным достижением в
развитии биологической очистки явилось создание микробиологического
способа переработки отходов. Основу его составляет использование
селекционированных высокоактивных культур микроорганизмов-
деструкторов тех или иных загрязнителей, создание проточной системы
очистки воды и иммобилизация биомассы на инертных, нерастворимых в
воде носителях. Использование микробиологического метода в узлах
локальной очистки маслосодержащих сточных вод позволит эффективно
утилизировать масляные отходы. Кроме того, к достоинствам этого
способа следует отнести значительное сокращение финансовых затрат на
очистку, за счет самовоспроизводства биокатализатора
(иммобилизованных на носителе клеток микроорганизмов-деструкторов), а также отсутствие больших количеств шламов.
Для создания очистных устройств, работающих по этому принципу, необходимо наличие специализированных высокоактивных штаммов-деструкторов, разработка и совершенствование технологии их применения.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы явились разработка способа очистки маслосодержащих сточных вод и изучение микробиологических основ этого процесса.
Для достижения поставленной цели были определены следующие конкретные задачи исследований:
Селекция микробных консорциумов, разрушающігх минеральное
масло. Создание на их основе активных бнокаталтаюров -
комплексных систем .тля бподеірадашш многокомпонентного
субстрата.
Изучение деструктивной активности селекционированных
биокатализаторов.
Изучение видового состава микробных консорциумов і! субстратной
специфичности изолированных культур.
Моделирование и отработка основных технологических параметров
процесса очистки маслосодержащих сточных вод.
Исследование возможности использования селекционированных
штаммов дня восстановления нефтезагрязненных объектов
окружающей среды.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Получен ряд микрооных консорциумов, способных очищать сточные воды, содержащие минеральные масла. Изучены биологические и деструктивные характеристики селекционированных биокаталшаторов. Выделены новые штаммы-деструкторы нефтепродуктов. Определены основные технолопіческие параметры процессов с использованием полученных микроорганизмов.
-
Микробные консорциумы, подвергающие деградации минеральное масло.
-
Микробная деградация различных типов минеральных масел, их фракций и некоторых индивидуальных углеводородов.
-
Основные технологические параметры процесса очистки маслосодержащих стоков.
-
Возможности использования селекционированных штаммов-деструкторов для восстановления нефтезагрязненных объектов окружающей среды.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработан способ локальной очистки маслосодержащих сточных вод на основе селекционированных микроорганизмов. Создана пилотная очистная установка (заявка на патент № 96100951 с приоритетом от 16.01.96). Штаммы Acinetobacter calcoaceticus ТМ-31 (В-7141) и Mycobacterium sp. SL-5 (S-1541), разрушающие 'минеральные масла, депонированы во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов. Показана возможность использования микрооргаишмов, выделенных из состава
бпокатллизаюра очистной установки для биорекультнвацип нефтезагрязненных земель.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации и ее основные положення обсуждались на конференциях: "'Биология и биотехнология очистки воды" (Полтава. 1992): "Биология и биотехнология очистки воды" (Киев. 1993): International Symposium: Workshop on Environmental Biotechnology (Waterloo, 1994); "Новые направления биотехнологии" (Пушино, 1994). "Малоотходные и энергосберегающие технологии в системе водного хозяйства" (Пенза. 1995); "Процессы и оборудование экологических производств" (Волгоград. 1995): International Seminar: Biosorption and biore-mediation (Prague. 1995): World Environmental Congress (World'95) (London, Ont., Canada, 1995): "Микробное разнообразие: состояние, стратегия, экология, проблемы" (Пермь, 1996); "Вода, экология и технология" (Москва, 1996); "Проблемы изучения биосферы" (Саратов, 1996).
По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 в зарубежных изданиях, 1 принята к опубликованию.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертационная работа изложена на 186 страницах машинописного текста; содержит 24 таблицы, 22 рисунка; состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, включающего 213 источников, в том числе 88 зарубежных авторов.