Введение к работе
Актуальность темы. Состоянию и охране окружающей среды, в том числе и водных объектов, всегда уделялось особое внимание и общества, и государства. Порядок охраны регламентируется рядом законов РФ и нормативных документов, перечень которых в последнее время существенно дополняется.
Совершенство и направленность техногенных процессов определяют качественный состав и общее количество загрязнений, поступающих в окружающую среду. Масса и особенно токсичность отходов производственной деятельности человека несравнимо выше бытовых. Особую опасность представляют миграционные формы тяжелых металлов (ТМ) и кислородсодержащие соединения хрома, хлора, азота, иода и других переменновалснтных элементов, обладающих не только токсичным, но и канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием. Причем, до настоящего времени для ряда производств, имеющих в составе жидких и твердых отходов подобные соединения, отсутствуют эффективные технологии их обезвреживания. В связи с этим актуальной является задача разработки технологических и технических решений по применению ресурсосберегающих методов обезвреживания неорганических кислородсодержащих анионов (ККСА) и ЇМ в жидких и твердых отходах промышленности, в том числе гальванических и спичечных производств.
Цель исследований: теоретическое и экспериментальное обоснование, разработка и внедрение ресурсосберегающей технологии защиты объектов окружающей среды от НКСА на базе окислительно-восстановительных микробных процессов.
Общими задачами исследований являлись:
термодинамическая оценка вероятности биохимических восстановительных процессов и прогноз поведения в окружающей среде НКСА;
выделение селективных ассоциаций и чистых культур микроорганизмов, восстанавливающих НКСА;
-количественная оценка значимости параметров культивирования микробных ассоциаций на кинетику восстановительных процессов;
разработка технологических и технических решений по обеспечению оптимальных условий культивирования промышленных микробных сообществ, по степени ппевпяшения НКСА. и эффективности удаления ТМ;
разработка конструкций и оптимизация режимов работы биореакторов при различной компоновке технологических схем;
- разработка ресурсосберегающей технологии обезвреживания отходов фосфор
ной массы и зажигательной смеси произвоства спичек.
Научная новизна:
получены кинетические характеристики восстановительных процессов в биореакторах, определяющие влияние регулируемых технологических факторов на продуктивность микробных ассоциаций, используемые в проектировании;
установлен бесконкурентный тип торможения процесса сульфатредукции органическим субстратом и сероводородом;
предложена достоверная математическая модель биохимического восстановления НКСА, положенная в основу инженерной методики расчета биореакторов;
впервые выделен, идентифицирован и депонирован в Центральном музее промышленных микроорганизмов института "ВНИИгенетика" штамм бактерий Aerococcus dechloraticans ТГС-463, способный восстанавливать хлораты при концентрации до 2 г/дм3.
Практическая значимость и реализация работы:
изучен состав и разработана биотехнология очистки сточных вод спичечного производства;
установлены экспериментально технологические параметры восстановления сульфатов накопительной культурой сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) в зависимости от концентрации органического субстрата, сероводорода, рН;
предложен ресурсосберегающий способ флегматизации осадков, содержащих пожаро- и взрывоопасные отходы зажигательной и фосфорной масс спичечногс произвоства, образующихся при обезвреживании промсточных вод;
определены удельные скорости восстановления хлоратов штаммом А. dechloraukans ТГС-463 в зависимости от типа субстрата;
теоретически предсказана и экспериментально подтверждена оптимальная величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и обоснована последовательность ввода НКСА в биореактор;
разработаны и прошли практическую апробацию технологические схемы: 1) биохимической очистки сточных вод от сульфатов и ТМ с использованием в качестве органического субстрата отходов производства синтетических жирны: кислот, содержащих моно- и дикэрбоновые кислоты (г. Волгодонск); 2) биохимической очистки сточных вод спичечного производства (г. Череповец).
Разработанная технология очистки вод от НКСА передана институту «Ги продревпром» (г. Москва) для проектирования системы очистки сточных вод
Череповецкой спичечной фабрики с ожидаемым экономическим эффектом 468,8 тыс. руб. (в пенах 1984 г.), внедрена в производство на заводе «Электроприбор» (г. Ростов-на-Дону) с экономическим эффектом 130,946 тыс.руб. (в ценах 1984 г.)
Апробация работы: основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ЮРГТУ (НГЖ) (г.Новочеркасск, 1983-1997 гг..), РГСУ (г.Ростов-на-Дону, 1986-1990, 1997 гг..), краткосрочном семинаре "Новое в технологии функциональных гальванических покрытий" (г.Ленинград, 1990 г.) на семинарах "Прогрессивные методы нейтрализации сточных вод промышленных предприятий и обезвоживания осадков, образующихся после очистки сточных вод" (г.Пенза, 1984г.), "Создание технологий и оборудования для замкну гых малоотходных систем водного хозяйства гальванических производств" (г.Харьков, 1989г.), научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы строительства" (г.Воронеж,1987г.).
Основное содержание работы изложено в 17 опубликованных работах, 6 авторских свидетельствах и 5 научно-технических отчетах.
Работа выполнялась в соответствии с КЦНТП СССР, РСФСР, УССР "Биотехнология" согласно Постановлению ЦК КПСС и СМ СССР "О дальнейшем развитии биологии и биотехнологии" № 807 от 26.08.85 г.
На защиту выносятся:
теоретическое обоснование возможности, кинетические и основные технологические параметры микробного восстановления ИКСА;
результаты экспериментальных исследований но определению влияния регулируемых факторов на процесс сульфатредукции;
оценка влияния ОВП среды биореактора на ход восстановления хроматов;
результаты кинетических исследований и методика расчета процесса восстановления хлоратов штаммом A. dechloratikans ТГС-463;
результаты производственных испытаний пилотных установок и рекомендации по очистке сточных вод от ТМ и ИКСА в режимах хромат-, хлорат- и сульфатредукции;
ресурсосберегающая технология флегматизации отходов фосфорной массы и зажигательной смеси производства спичек.
Основная идея заключается в разработке и доведении до практического использования технических рекомендаций и предложений по природоохранным биотехнологиям.на базе кинетических характеристик, механизма и математиче-
ского моделирования микробных восстановительных процессов (на примере НКСА, содержащихся в сточных водах гальванических и спичечных производств).
Объем и структура работы: диссертация изложена на 219 страницах машинописного текста, включая введение, 5 глав, заключение, 32 рисунка, 44 таблицы, 2 приложения. Библиография насчитывает 160 наименований.