Стимулирование биоценоза активного ила солями фосфоновой и фосфиновой кислот в процессе биологической очистки сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат химических наук Пантюкова, Мария Евгеньевна

• Пантюкова, Мария Евгеньевна
• кандидат химических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат химических наук Пантюкова, Мария Евгеньевна

ОГЛАВЛЕНИЕ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Биологически активные вещества для очистки сточных вод.

1.2 Использование биостимуляторов для роста и развития растений.

1.3 Об эффектах сверхмалых концентраций биологически активных препаратов.

1.4 О вероятных причинах биологических эффектов веществ с позиций структуры воды.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Синтез солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.1.1 Бис(оксиметил)фосфиновая кислота.

2.1.2 Диметилгидразиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.1.3 1,2,4-триазоловая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.1.4 Амино-1,2,4-триазоловая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.1.5 Аминопиридиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.1.6 >Щ-дифенилгуанидиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

2.2 Синтез солей оксиметилфосфоновой кислоты.

2.2.1 Оксиметилфосфоновая кислота.

2.2.2 Диметилгидразиновая соль оксиметилфосфоновой кислоты.

2.2.3 1,2,4-триазоловая соль оксиметилфосфоновой кислоты.

2.2.4 Амино-1,2,4-триазоловая соль оксиметилфосфоновой кислоты.

2.2.5 Аминопиридиновая соль оксиметилфосфоновой кислоты.

2.2.6 МДЧ-дифенилгуанидиновая соль оксиметилфосфоновой кислоты.

2.3 Подготовка исходных реактивов.

2.3.1 Приготовление солей в различных концентрациях.

2.3.2 Приготовление модельной воды.

2.3.3 Характеристика исходного активного ила.

2.3.4 Сточная вода.

2.3.5 Мониторинг сточных вод.

2.4 Изучение влияния синтезированнных солей на аэробную очистку сточных вод.

2.5 Анализ биологической активности микроорганизмов активного ила.

2.6 Оценка прироста биомассы в процессе культивирования.

2.7 Определение токсичности методом биотестирования с использованием инфузорий Paramecium caudatum.

2.8 Измерение размеров ассоциатов методом динамического светорассеяния.

2.9 Методики проведения анализов характеристик сточных вод.

2.9.1 Определение значений ХПК.

2.9.2 Определение рН среды.

2.9.3 Проведение хромато-масс-спектрального анализа сточных вод.

3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1 Влияние янтарной кислоты и меламиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на очистку реальных сточных вод органического синтеза.

3.2 Синтез новых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и их влияние на очистку ряда модельных растворов.

3.3 Определение оптимальной концентрации биологически активного вещества для очистки сточных вод активным илом.

3.4 Влияние солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на процесс биологической очистки реальных сточных вод производства органического синтеза.

3.5 Синтез новых солей оксиметилфосфоновой кислоты и их влияние на процесс биологической очистки реальных сточных вод производства органического синтеза.

3.6 Анализ состава сточных вод производства ОАО «Казаньоргсинтез» после заводской очистки и очистки в лабораторных условиях.

3.7 Влияние М,Н-дифенилгуанидиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на биоценоз активного ила.

3.8 Исследования влияния салициловой и парааминобензойной кислот на биологическую очистку сточных вод производства органического синтеза.

3.9 Сопоставление концентрационных зависимостей параметров наноассоциатов растворов КД^-дифенилгуанидиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и ХПК в области низких концентраций вещества.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ источников

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

БОС - биологические очистные сооружения ХПК - химическое потребление кислорода, мг02/л БАВ - биологически активные вещества СВ - сточная вода

ПАВ - поверхностно-активные вещества н-ПАВ - неогенные поверхностно-активные вещества

ПАБК - парааминобензойная кислота

НЭМ - нитрозоэтилмочевина

БПК - биологическое потребление кислорода, мгОг/дм

ИК - инфракрасный

УФ - ультрафиолетовый

НДМГ - несимметричный диметилгидразин

АСБ - абсолютно сухая биомасса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Стимулирование биоценоза активного ила солями фосфоновой и фосфиновой кислот в процессе биологической очистки сточных вод»

В настоящее время с развитием промышленного производства-увеличивается техногенная нагрузкана водные ресурсы.

Предприятия химической; промышленности, нефтедобычи и нефтепереработки, относящиеся к числу экологически опасных объектов, вносят существенный вклад в загрязнение природных вод. Сточные: воды, указанных предприятий имеют.сложный органический состав, в том числе и трудноокисляемые; органические соединения; от которых5 трудно; очистить., сточные; воды, вследствие чего они сбрасываются в поверхностные воды. В связи с этим в;поверхностных,источниках,,которые используют,,в частности; для; водоснабжения;. увеличивается, количество органических веществ антропогенного происхождения, которые оказывают негативное воздействие-на водную экосистему .

Проблема очистки производственных сточных вод. от углеводородов является, одной из наиболее значимых и одновременно трудно решаемых задач. Несмотря на имеющиеся отечественные и зарубежные разработки, данную проблему нельзя считать- решенной- Ситуация объясняется, во-первых, многообразием сточных вод по химическому составу, что требует проведения индивидуальных исследований5 для каждого; конкретного случая:. Во-вторых, технология! полной очистки воды,: как правило, диктует соблюдение', особых условий, которые бывают, трудновыполнимы, на практике. В-третьих, многие эффективные способы глубокой очистки сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами. Для их реализации требуются дорогостоящие, реагенты, которые в последствии необходимо регенерировать или утилизировать. Для многих предприятий-это трудно решаемая задача; Поэтому поиск, новых эффективных способов очистки промышленных сточных вод от углеводородов и усовершенствование существующих являются актуальными.

Среди применяемых в ^ настоящее время систем и принципов очистки сточных вод едва ли не самое значимое место занимают биологические методы, как наиболее перспективные и экологически оправданные. Биологический метод основан на использовании специфических биологических сообществ, носящих общее название активного ила.

Однако традиционные биологические очистные сооружения работают с перегрузкой и часто не выдерживают современных требований к качеству очищенной воды, а также к стабильности и устойчивости работы [1].

Известно, что многие природные и синтетические биологически активные вещества (БАВ) проявляют биоэффекты в области низких (1-Ю"10 — 1-Ю"4 моль/л) и сверхнизких (1-Ю'20 - МО'11 моль/л) концентрации, интенсифицируя процесс очистки [1, 2]. Существующие в настоящее время гипотезы механизма действия- водных растворов биологически активных веществ в области низких концентраций не могут объяснить природы этого достаточно распространенного явления [1,2]. Для объяснения накопившихся фактов высокой физиологической активности водных, растворов БАВ необходимо раскрыть, физико-химические закономерности, присущие разбавленным водным растворам, выяснить влияние низких и сверхнизких концентраций растворенных веществ на процессы структурообразования в водных системах, установить взаимосвязь структурообразования, свойств водных растворов и их биоэффектов. Учитывая уникальную роль воды в биологических процессах, установление таких закономерностей может открыть пути для решения многих фундаментальных проблем, в той или иной степени связанных с живыми системами, таких, например, как нормализация состояния окружающей природной среды. Использование веществ в области низких и сверхнизких концентраций в процессе интенсификации очистки сточных вод производственных стоков решает такие проблемы как:

• экономия энергии на барботаж и подачу воздуха;

• отсутствие отходов после использования этих веществ в сверхнизкой концентрации;

• исключение действия самого вещества на очищенную сточнуюводу.

Актуальность темы. В создавшейся ситуации высокого антропогенного давления на окружающую природную среду встает ряд задач по интенсификации очистки отходящих от производств потоков. Одна из задач связана с очисткой сточных вод производств органического и нефтехимического- синтеза. Существующие технологии на этих заводах работают с большим напряжением, а постоянно возрастающие объемы производств требуют интенсификации процессов. Одним из вариантов интенсификации процессов биологической очистки,является'стимулирование микроорганизмов - деструкторов загрязняющих веществ с использованием химических веществ, обладающих биологической'активностью.

Известно, что некоторые органические соединения выполняют функцию, активизации микроорганизмов абиотической деятельности. Наиболее часто применяемым препаратом является янтарная кислота, и ее производные. Вместе с тем дефицит подобных продуктов и избирательная активность к определенным биообъектам требуют изысканий новых ' эффективных соединений, выступающих в качестве биостимуляторов микробной активности. Таким образом, поиск соединений, способствующих эффективной биоочистке сточных вод является актуальной задачей.

Цель работы. Целью настоящей работы являлась оценка биологически активных солей фосфоновой и фосфиновой кислот для интенсификации деятельности микроорганизмов активного ила в процессах биообезвреживания сточных вод химических предприятий.

Научная новизна. Впервые для интенсификации функционирования биоценоза активного ила использован ряд новых синтезированных солей фосфоновой и фосфиновой кислот. Показано, что синтезированные соли селективно воздействуют на процесс очистки загрязняющих веществ с различной химической структурой: фенол, н-ПАВ, этиленгликоль, триэтиламин, изопропилбензол, анилин.

Исследовано влияние концентраций солей на биологическую активность биоценоза. Выявлена их оптимальная концентрация для очистки загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах производства органического синтеза. Определено^ повышение интенсивности очистки сточных вод биоценозом активного ила под действием N,N-дифенилгуанидиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислот, увеличение дегидрогеназной активности в среднем на 75 % и снижение ХПК очищенной воды на 66 %.

По результатам- физико-химического исследования растворов N,N-дифенилгуанидиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и их биохимического окисления показано, что изменение значений ХПК коррелирует с изменением значений размера наноассоциатов водных растворов 1Ч,М-дифенилгуанидиновой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.

Практическая значимость работы заключается в том, что найдены и исследованы биологически активные вещества, позволяющие сократить на биологических очистных сооружениях длительность процесса биообезвреживания сточных вод, сэкономить энергию на барботаж и подачу воздуха, что обеспечивает экологическую безопасность окружающей среды.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: IX конференции научно-производственного экологического центра «Экоцентр» «Химия и инженерная экология» (г. Казань, 2009 г.), «II Молодежной научно-технической конференции «ИДЕЛЬ-2» (г. Казань, 2009 г.), Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству» (г. Набережные Челны, 2010 г.), 2-ой межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Камские чтения» (г. Набережные Челны, 2010 г.), VIII

Международной конференции «Биоантиоксидант» (г. Москва, 2010 г.), 2-ом Международном конгрессе «Чистая вода. Казань» (г. Казань, 2011 г.).

Данная работа была-представлена в финальной части II Молодежной научно-технической1 конференции «ИДЕЛЬ-2» по программе «УМНИК-09» (г. Казань, 2010 г.) и отмечена сертификатом Международной научно-технической конференции. «Образование и наука — производству» (г. Набережные Челны, 2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 научных работах, 4 из которых в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Получен 1 патент РФ.

Структура диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, 3-х глав, выводов и списка использованной литературы. Материал диссертационной работы изложен на 121 страницах, содержит 20 рисунков, 4 таблицы, библиографический список включает 117 наименования.