Повышение эффективности биологической очистки СОЖ-содержащих сточных вод путём применения селективных деструкторов ПАВ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Общая характеристика СОЖ 8
1.2. Анализ негативного воздействия смазочно-охлаждающих жидкостей
на биосферу 10
1.3. Поражение смазочно-охлаждающих жидкостей микроорганизмами. . 10
1.4. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 12
1.4.1. Механизмы воздействия ПАВ на микроорганизмы 14
1.4.2. Влияние ПАВ на физиологические процессы внутри микробной
клетки 18
1.4.3. Действие ПАВ на организм человека 20
1.4.4. Утилизация ПАВов 22
1.4.5. Методы удаления ПАВ из сточной воды 26
1.4.6. Разрушение ПАВ в сточных водах окислителями 28
1.4.7. Очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ методом
электрофлотокоагуляци 32
1.4.8. Микробиологическая деструкция поверхностно-активных веществ. 33
1.5. Исследование физиолого-биохимических свойств 36
1.6. Проблема биологической очистки ПАВ содержащих сточных вод 38
1.7 Методы селекции микроорганизмов 43
1.8. Патентные исследования 46
1.8.1. Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. 46
1.8.2. Способ очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ 50
1.8.3 Способ очистки сточных вод от красителей и поверхностно активных веществ 54
1.8.4 Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и органических соединений 59
1.8.5 Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. 64
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 67
2.1. Определение токсичности веществ по смертности тест-объектов 67
2.2. Колориметрическое определение анионактивных поверхностно-
активных-веществ (АПАВ) 79
2.3. Химическое потребление кислорода (ХПК) 81
2.4 Метод определения количества клеток высевом на плотные питательные среды (чашечный метод Коха) 84
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 85
3.1. Определение токсичности ПАВ, входящих в состав эмульсионных
СОЖ 85
3.2. Селекция микрофлоры СОЖ, с целью выделения микроорганизмов,
разрушающих ПАВ 94
3.3. Активность селективных деструкторов на разложение ПАВ 99
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 101
4.1 Общие положения 101
4.2 Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из
стекла 104
4.3 Охрана труда при работе с кислотами и щелочами 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 114
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 115
ПРИЛОЖЕНИЕ 119
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Общая характеристика СОЖ 8
1.2. Анализ негативного воздействия смазочно-охлаждающих жидкостей
на биосферу 10
1.3. Поражение смазочно-охлаждающих жидкостей микроорганизмами. . 10
1.4. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 12
1.4.1. Механизмы воздействия ПАВ на микроорганизмы 14
1.4.2. Влияние ПАВ на физиологические процессы внутри микробной
клетки 18
1.4.3. Действие ПАВ на организм человека 20
1.4.4. Утилизация ПАВов 22
1.4.5. Методы удаления ПАВ из сточной воды 26
1.4.6. Разрушение ПАВ в сточных водах окислителями 28
1.4.7. Очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ методом
электрофлотокоагуляци 32
1.4.8. Микробиологическая деструкция поверхностно-активных веществ. 33
1.5. Исследование физиолого-биохимических свойств 36
1.6. Проблема биологической очистки ПАВ содержащих сточных вод 38
1.7 Методы селекции микроорганизмов 43
1.8. Патентные исследования 46
1.8.1. Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. 46
1.8.2. Способ очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ 50
1.8.3 Способ очистки сточных вод от красителей и поверхностно активных веществ 54
1.8.4 Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и органических соединений 59
1.8.5 Способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ. 64
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 67
2.1. Определение токсичности веществ по смертности тест-объектов 67
2.2. Колориметрическое определение анионактивных поверхностно-
активных-веществ (АПАВ) 79
2.3. Химическое потребление кислорода (ХПК) 81
2.4 Метод определения количества клеток высевом на плотные питательные среды (чашечный метод Коха) 84
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 85
3.1. Определение токсичности ПАВ, входящих в состав эмульсионных
СОЖ 85
3.2. Селекция микрофлоры СОЖ, с целью выделения микроорганизмов,
разрушающих ПАВ 94
3.3. Активность селективных деструкторов на разложение ПАВ 99
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 101
4.1 Общие положения 101
4.2 Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из
стекла 104
4.3 Охрана труда при работе с кислотами и щелочами 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 114
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 115
ПРИЛОЖЕНИЕ 119
Значительную часть антропогенной нагрузки, которая приходится на поверхностные водные объекты, составляют сточные воды, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), входящие в состав всех хозяйственно-бытовых и большинства промышленных сточных вод. Особое негативное воздействие на окружающую среду оказывают СОЖ-содержащие сточные воды, характеризующиеся биологически жесткими ПАВ и большими объёмами. Только на автомобильном заводе ПАО «КАМАЗ» образуется 360000 т/г СОЖ-содержащих сточных вод, на заводе Двигателей - 550000т/г.
Для очистки бытовых и промышленных сточных вод от ПАВ широко используются физико-химические и биологические методы. Однако, полная очистка ПАВ-содержащих сточных вод является актуальной проблемой настоящего времени. Актуальным является поиск экологически безопасных методов, основанных на угнетении физиологических функций микробных клеток при эксплуатации эмульсий и повышении активности деструкторов при утилизации СОЖ-содержащих сточных вод.
При изготовлении и обработке металлических деталей для смазки и защиты от коррозии применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Они представляют собой многокомпонентные системы, содержащие базовую основу (воду, минеральное масло, ПАВы) и присадки, обеспечивающие комплекс физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств. Отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляют собой стойкие эмульсии типа «масло в воде». Их образование составляет 0,5—200 куб. м/сут. в зависимости от мощности предприятия и типа его продукции.
Не менее актуальной является и проблема утилизации СОЖ-содержащих сточных вод, представляющих экологическую опасность не только для биоценоза водоемов, но и активного ила очистных сооружений. Объёмы СОЖ- содержащих сточных вод напрямую зависят от биостойкости эмульсий. Биологическая очистка сточных вод является одним из самых универсальных и экологически целесообразных способов предотвращения попадания в окружающую среду СОС путем их перевода в биологические молекулы и простейшие неорганические вещества, возвращая таким образом ксенобиотики в природные циклы. [1]
Однако, все поверхностно-активные вещества затрудняют процесс очистки сточной воды и снижают его качество. Это связано с тем, что большинство поверхностно-активных веществ не могут быть разложены биологическим путем, поэтому под их действием снижается эффективность работы сооружений биологической очистки так как они понижают жизнедеятельность бактерий и микроорганизмов активного ила и замедляются процессы окисления.
Цель работы - повышение эффективности биологической очистки СОЖ- содержащих сточных вод путём применения селективных деструкторов ПАВ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• изучить проблемы, связанные с микробной деструкцией СОЖ;
• изучить токсичность ПАВ, входящих в состав рецептуры эмульсионных СОЖ, на представителей биоценоза открытых водоёмов;
• провести селекцию микрофлоры СОЖ с целью выделения микроорганизмов, разрушающих ПАВ;
• исследовать активность селективных деструкторов на разложение ПАВ.
Для очистки бытовых и промышленных сточных вод от ПАВ широко используются физико-химические и биологические методы. Однако, полная очистка ПАВ-содержащих сточных вод является актуальной проблемой настоящего времени. Актуальным является поиск экологически безопасных методов, основанных на угнетении физиологических функций микробных клеток при эксплуатации эмульсий и повышении активности деструкторов при утилизации СОЖ-содержащих сточных вод.
При изготовлении и обработке металлических деталей для смазки и защиты от коррозии применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Они представляют собой многокомпонентные системы, содержащие базовую основу (воду, минеральное масло, ПАВы) и присадки, обеспечивающие комплекс физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств. Отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляют собой стойкие эмульсии типа «масло в воде». Их образование составляет 0,5—200 куб. м/сут. в зависимости от мощности предприятия и типа его продукции.
Не менее актуальной является и проблема утилизации СОЖ-содержащих сточных вод, представляющих экологическую опасность не только для биоценоза водоемов, но и активного ила очистных сооружений. Объёмы СОЖ- содержащих сточных вод напрямую зависят от биостойкости эмульсий. Биологическая очистка сточных вод является одним из самых универсальных и экологически целесообразных способов предотвращения попадания в окружающую среду СОС путем их перевода в биологические молекулы и простейшие неорганические вещества, возвращая таким образом ксенобиотики в природные циклы. [1]
Однако, все поверхностно-активные вещества затрудняют процесс очистки сточной воды и снижают его качество. Это связано с тем, что большинство поверхностно-активных веществ не могут быть разложены биологическим путем, поэтому под их действием снижается эффективность работы сооружений биологической очистки так как они понижают жизнедеятельность бактерий и микроорганизмов активного ила и замедляются процессы окисления.
Цель работы - повышение эффективности биологической очистки СОЖ- содержащих сточных вод путём применения селективных деструкторов ПАВ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• изучить проблемы, связанные с микробной деструкцией СОЖ;
• изучить токсичность ПАВ, входящих в состав рецептуры эмульсионных СОЖ, на представителей биоценоза открытых водоёмов;
• провести селекцию микрофлоры СОЖ с целью выделения микроорганизмов, разрушающих ПАВ;
• исследовать активность селективных деструкторов на разложение ПАВ.
1. Изучены проблемы, связанные с микробной деструкцией ПАВ. Изучены проблемы, связанные с микробной деструкцией СОЖ. В процессе микробной деструкции дорогостоящие технологические жидкости теряют комплекс технологических свойств и требуют замены. Особое негативное воздействие на окружающую среду оказывают СОЖ-содержащие сточные воды, характеризующиеся биологически жесткими ПАВ и большими объёмами.
2. При изучении токсичности ПАВ выявлено, что лаурилсульфат
натрия, лаурилсульфат аммония и неонол в разведениях от 1:10 до 1:100 100% смертность тест-объектов наблюдалось в данных образцах от 30 мин до 4 часов. Необходимо отметить, что тест-объекты Daphnia magna Straus является не только представителем биоценоза водных экосистем поверхностых вод, но и входит в состав активного ила.
Полученные данные свидетельствуют о негативном воздействии ПАВ- содержащих сточных вод, к числу которых относятся СОЖ-содержащие водные объекты и активный ил очистных сооружений.
Подтверждением негативного воздействия ПАВ на фитоценоз водоёмов являются полученные данные об отрицательном влиянии, исследуемых веществ на функцию хлоропластов водорослей Elodea canadensis ответственных за фотосинтез.
3. Методом химического мутагенеза и адаптации мутагенных микроорганизов к повышенному содержанию ПАВ, получено 5 штаммов селективных деструкторов способных разлагать лаурилсульфат натрия, лаурилсульфат аммония и неонол. Исследования селективных деструкторов на разложение ПАВ показало, что в течение 21 суток снизилась концентрация у неонола с 3326 до 38,9 мг/дм3, лаурилсульфата натрия с 2757 до 905 мг/дм3 и лаурилсульфата аммония с 1814 до 942 мг/дм3, в контрольных образцах снижение ПАВ не наблюдалось.
4. Полученные данные по активности деструкторов ПАВ свидетельствуют о возможности более эффективной биологической очистки СОЖ-содержащих сточных вод, в составе которых присутствуют ПАВ как эмульгаторы.
2. При изучении токсичности ПАВ выявлено, что лаурилсульфат
натрия, лаурилсульфат аммония и неонол в разведениях от 1:10 до 1:100 100% смертность тест-объектов наблюдалось в данных образцах от 30 мин до 4 часов. Необходимо отметить, что тест-объекты Daphnia magna Straus является не только представителем биоценоза водных экосистем поверхностых вод, но и входит в состав активного ила.
Полученные данные свидетельствуют о негативном воздействии ПАВ- содержащих сточных вод, к числу которых относятся СОЖ-содержащие водные объекты и активный ил очистных сооружений.
Подтверждением негативного воздействия ПАВ на фитоценоз водоёмов являются полученные данные об отрицательном влиянии, исследуемых веществ на функцию хлоропластов водорослей Elodea canadensis ответственных за фотосинтез.
3. Методом химического мутагенеза и адаптации мутагенных микроорганизов к повышенному содержанию ПАВ, получено 5 штаммов селективных деструкторов способных разлагать лаурилсульфат натрия, лаурилсульфат аммония и неонол. Исследования селективных деструкторов на разложение ПАВ показало, что в течение 21 суток снизилась концентрация у неонола с 3326 до 38,9 мг/дм3, лаурилсульфата натрия с 2757 до 905 мг/дм3 и лаурилсульфата аммония с 1814 до 942 мг/дм3, в контрольных образцах снижение ПАВ не наблюдалось.
4. Полученные данные по активности деструкторов ПАВ свидетельствуют о возможности более эффективной биологической очистки СОЖ-содержащих сточных вод, в составе которых присутствуют ПАВ как эмульгаторы.
Подобные работы
- Снижение негативного воздействия на окружающую среду машиностроительных предприятий путем разработки рецептуры экологически безопасной эмульсионной СОЖ
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 4950 р. Год сдачи: 2018