Деградации полициклических ароматических углеводородов в городских почвах с участием композитного биосорбента
|
Список сокращений ВВЕДЕНИЕ 12
1. Обзор литературы 15
1.1. Структура и физико-химические свойства полициклических
ароматических углеводородов 15
1.2. Механизмы образования полициклических ароматических углеводородов
в почвах 17
1.3. Определение полициклических ароматических углеводородов в почвах с
использованием газовой хроматографии - масс-спектрометрии 18
2. Экспериментальная часть 20
2.1 Объект и методы исследования 20
2.1.1 Образцы почв 20
2.1.2 Коммерческие нанопорошки оксидов металлов 20
2.1.3 Плесневые грибы Aspergillus niger 21
2.1.4 Среды 22
2.2 Получение композитных биосорбентов на основе плесневых грибов
A. niger 22
2.3 Проведение деградации полициклических ароматических углеводородов
композитным биосорбентом 24
2.4 Определение полициклических ароматических углеводородов в почвах с
использованием газовой хроматографии - масс-спектрометр 24
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 31
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 31
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 39
Заключение 64
Список публикаций 67
1. Обзор литературы 15
1.1. Структура и физико-химические свойства полициклических
ароматических углеводородов 15
1.2. Механизмы образования полициклических ароматических углеводородов
в почвах 17
1.3. Определение полициклических ароматических углеводородов в почвах с
использованием газовой хроматографии - масс-спектрометрии 18
2. Экспериментальная часть 20
2.1 Объект и методы исследования 20
2.1.1 Образцы почв 20
2.1.2 Коммерческие нанопорошки оксидов металлов 20
2.1.3 Плесневые грибы Aspergillus niger 21
2.1.4 Среды 22
2.2 Получение композитных биосорбентов на основе плесневых грибов
A. niger 22
2.3 Проведение деградации полициклических ароматических углеводородов
композитным биосорбентом 24
2.4 Определение полициклических ароматических углеводородов в почвах с
использованием газовой хроматографии - масс-спектрометр 24
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 31
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 31
4.2 Планирование научно-исследовательских работ 39
Заключение 64
Список публикаций 67
Проблема сохранения здоровья человека в эпоху научно-технического прогресса становится все более актуальной в связи с ухудшающимся качеством окружающей среды. Большую роль в загрязнении атмосферы играют выхлопные газы автомобилей, которые поступают в приземный слой воздуха и тем самым представляют большую опасность для здоровья населения. Масса выбросов от автотранспорта составила 120,37 тыс. т в год в г. Томск, что составляет 29,3 % от валового выброса по Томской области [1].
В настоящее время для очистки и восстановления территорий c техногенным загрязнением начинают широко использоваться методы биоремедиации и фиторемедиации, основанные на применении нового поколения биопрепаратов-деструкторов органических токсикантов и растений- ремедиантов, способных к гипераккумуляции ионов металлов и радионуклидов.
Исследование почв городов характеризуется усилением интереса к установлению органических веществ, входящих в их состав. В числе наиболее важных и мало изученных составляющих веществ в почве считают низкомолекулярные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
На настоящий момент разработано немало различных методик по определению в почвах ПАУ, хотя в России нормативно установлено ПДК только для бенз(а)пирена, которая составляет 20 мкг/кг почвы с учётом фона. ПАУ оказывают существенное негативное влияние на биологические свойства почвы и условия обитания живых микроорганизмов. Также часть углеводородов обладает мутагенным и канцерогенным эффектом. Характерной особенностью ароматических соединений является способность накапливаться и увеличивать концентрацию в организме животных при продвижении по экологическим пищевым цепям. Такие соединения, накапливаясь в органах и тканях животных и человека, приводят к развитию онкологических и других заболеваний. Как следствие, остро встает вопрос о необходимости проведения максимально эффективной очистки загрязненных территорий.
Решение этой проблемы заключается в разработке технологий для ремедиации почв на основе композитного биосорбента.
Для работы были использованы плесневые грибы Aspergillus niger, так как они показали наилучшие результаты сорбции ПАУ, среди разных микроорганизмов (актиномицетов, водорослей, плесневых грибов, бактерии). .
В качестве нанокомпонента в состав композитного биосорбента был выбран нанопорошок оксида меди. Наночастицы получены методом электрического взрыва медного проводника в атмосфере воздуха. Описание порошка оксида меди: отдельные частицы порошка образуют микроагломераты. Насыпная плотность около 2,2 г/см , средний размер частиц 45 нм. Микроагломераты разбиваются ультразвуковой лабораторной установкой на отдельные частицы, что увеличивает их удельную поверхность, и как следствие их степень сорбции [5].
Композитный биосорбент благодаря своей большой удельной поверхности способен сорбировать вредные вещества, входящие в состав выхлопных газов от автотранспорта.
Для определения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почве широко распространён метод ГХ-МС.
Цель работы: изучить процесс деградации ПАУ из почвы с использованием композитного биосорбента.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие взаимозависимые задачи:
1. Получить биосорбент на основе наноматериалов и плесневых грибов, использовать его для возможной деградации ПАУ в городских почвах;
2. Определить концентрацию полициклических ароматических углеводородов в почвах до и после сорбции методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии.
3. Оценить финансовую эффективность проекта, ресурсоэффективность и ресурсосбережение;
4. Оценить производственную и экологическую безопасность проекта. Объектом исследования является композитный биосорбент на основе
мицелия плесневых грибов A.niger и наночастиц CuO.
В результате исследовательской работы также определена перспективность научно-исследовательского проекта, определен его коммерческий и инновационный потенциал, проведен предпроектный анализ и планирование проекта, а также рассчитана себестоимость реализации данной научно-исследовательской работы.
В настоящее время для очистки и восстановления территорий c техногенным загрязнением начинают широко использоваться методы биоремедиации и фиторемедиации, основанные на применении нового поколения биопрепаратов-деструкторов органических токсикантов и растений- ремедиантов, способных к гипераккумуляции ионов металлов и радионуклидов.
Исследование почв городов характеризуется усилением интереса к установлению органических веществ, входящих в их состав. В числе наиболее важных и мало изученных составляющих веществ в почве считают низкомолекулярные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
На настоящий момент разработано немало различных методик по определению в почвах ПАУ, хотя в России нормативно установлено ПДК только для бенз(а)пирена, которая составляет 20 мкг/кг почвы с учётом фона. ПАУ оказывают существенное негативное влияние на биологические свойства почвы и условия обитания живых микроорганизмов. Также часть углеводородов обладает мутагенным и канцерогенным эффектом. Характерной особенностью ароматических соединений является способность накапливаться и увеличивать концентрацию в организме животных при продвижении по экологическим пищевым цепям. Такие соединения, накапливаясь в органах и тканях животных и человека, приводят к развитию онкологических и других заболеваний. Как следствие, остро встает вопрос о необходимости проведения максимально эффективной очистки загрязненных территорий.
Решение этой проблемы заключается в разработке технологий для ремедиации почв на основе композитного биосорбента.
Для работы были использованы плесневые грибы Aspergillus niger, так как они показали наилучшие результаты сорбции ПАУ, среди разных микроорганизмов (актиномицетов, водорослей, плесневых грибов, бактерии). .
В качестве нанокомпонента в состав композитного биосорбента был выбран нанопорошок оксида меди. Наночастицы получены методом электрического взрыва медного проводника в атмосфере воздуха. Описание порошка оксида меди: отдельные частицы порошка образуют микроагломераты. Насыпная плотность около 2,2 г/см , средний размер частиц 45 нм. Микроагломераты разбиваются ультразвуковой лабораторной установкой на отдельные частицы, что увеличивает их удельную поверхность, и как следствие их степень сорбции [5].
Композитный биосорбент благодаря своей большой удельной поверхности способен сорбировать вредные вещества, входящие в состав выхлопных газов от автотранспорта.
Для определения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почве широко распространён метод ГХ-МС.
Цель работы: изучить процесс деградации ПАУ из почвы с использованием композитного биосорбента.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие взаимозависимые задачи:
1. Получить биосорбент на основе наноматериалов и плесневых грибов, использовать его для возможной деградации ПАУ в городских почвах;
2. Определить концентрацию полициклических ароматических углеводородов в почвах до и после сорбции методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии.
3. Оценить финансовую эффективность проекта, ресурсоэффективность и ресурсосбережение;
4. Оценить производственную и экологическую безопасность проекта. Объектом исследования является композитный биосорбент на основе
мицелия плесневых грибов A.niger и наночастиц CuO.
В результате исследовательской работы также определена перспективность научно-исследовательского проекта, определен его коммерческий и инновационный потенциал, проведен предпроектный анализ и планирование проекта, а также рассчитана себестоимость реализации данной научно-исследовательской работы.
Целью данной работы было изучить процесс деградации ПАУ из почвы с использованием композитного биосорбента.
В процессе работы в лабораторных условиях был получен композитный биосорбент. Для определения концентрации ПАУ в почве использовали метод ГХ-МС
Используя композитный биосорбент на основе плесневого гриба и наноматериалов, провели процесс деградации ПАУ из почвы, предварительно определили концентрацию ПАУ в указанных образцах.
В результате работы было выявлено, что при добавлении композитного биосорбента в почву концентрация ПАУ уменьшается. Изменение концентрации после микробиологической обработки помещены в табл. 3.2.
В процессе работы была также проанализирована перспективность проведения исследования, доказана конкурентоспособность научной разработки с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения.
Оценена экологическая и производственная безопасность, выявлены относительно опасные и вредные факторы при выполнении исследования.
1. Показано, что внесенный в почву композитный биосорбент приводит к уменьшению концентрации полициклических ароматических углеводородов.
2. Практическая значимость результатов исследования: предполагается разработка технологии для ремедиации почв на основе композитного биосорбента.
3. В разделе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение определена ресурсная (ресурсосберегающая), финансовая, бюджетная, социальная и экономическая эффективность исследования. Бюджет затрат НТИ составил 84697,59 руб.
4. В разделе социальная ответственность выполнен анализ вредных и опасных факторов, способов защиты людей, разработаны мероприятия в условиях чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
В процессе работы в лабораторных условиях был получен композитный биосорбент. Для определения концентрации ПАУ в почве использовали метод ГХ-МС
Используя композитный биосорбент на основе плесневого гриба и наноматериалов, провели процесс деградации ПАУ из почвы, предварительно определили концентрацию ПАУ в указанных образцах.
В результате работы было выявлено, что при добавлении композитного биосорбента в почву концентрация ПАУ уменьшается. Изменение концентрации после микробиологической обработки помещены в табл. 3.2.
В процессе работы была также проанализирована перспективность проведения исследования, доказана конкурентоспособность научной разработки с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения.
Оценена экологическая и производственная безопасность, выявлены относительно опасные и вредные факторы при выполнении исследования.
1. Показано, что внесенный в почву композитный биосорбент приводит к уменьшению концентрации полициклических ароматических углеводородов.
2. Практическая значимость результатов исследования: предполагается разработка технологии для ремедиации почв на основе композитного биосорбента.
3. В разделе финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение определена ресурсная (ресурсосберегающая), финансовая, бюджетная, социальная и экономическая эффективность исследования. Бюджет затрат НТИ составил 84697,59 руб.
4. В разделе социальная ответственность выполнен анализ вредных и опасных факторов, способов защиты людей, разработаны мероприятия в условиях чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.