Химия. Эконология. Биотехнология

coli могут быть использованы как относительно простые тестсистемы для оценки токсичности различных субстратов.

Установлено, что добавление сульфата кобальта в дозе 0,01 ммоль не оказывало влияния на рост бактерий. Однако при действии соли кобальта совместно с окислительным стрессом, вызванным действием пероксида в течение 60 мин, рост клеток ингибировался в 1,52 раза больше, чем при действии одного пероксида. В наших исследованиях выявлено также, что комбинированное действие кобальта и пероксида замедляет восстановление роста в условиях окислительного стресса.

Известно, что в ответ на действие пероксида у бактерий синтезируется фермент каталаза, разрушающий пероксид, и это способствует восстановлению роста. Нами обнаружено, что в присутствии соли кобальта повышается экспрессия гена katG так же, как и при действии одной перекиси. В то же время при совместном действии окислительного стресса и кобальта наблюдалось быстрое увеличение экспрессии гена и через 45 мин этот показатель увеличивался более чем в 3 раза по сравнению с контролем.

Таким образом, присутствие в среде культивирования соли тяжелого металла усиливает токсичность пероксида. Это указывает на то, что при оценке токсичности загрязняющих веществ следуетучитывать наличие в сточных водах другихкомпонентов.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 8114, гранта Президента РФ МК-1763.2012.4.

71

elib.pstu.ru

УДК 576.854/576.193

В.Д. Коновалова, Т.С. Соколова, О.Л. Бухаринова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ВЫДЕЛЕНИЕ ТИОНОВЫХ БАКТЕРИЙ ИЗ РЕЧНОЙ ВОДЫ

Тионовые бактерии широко распространены в водоемах, почве, рудных месторождениях и участвуют в круговороте серы

вприроде. Наиболее важными в геохимическом отношении являются тионовые бактерии рода Thiobacillus. Энергия окисления восстановленных соединений серы используется этими микроорганизмами для автотрофной ассимиляции углекислоты. Тионовые бактерии окисляют соединения серы, как правило, до сульфатов и серной кислоты, что способствует развитию коррозии металлов и сплавов, а также разрушению бетонных сооружений.

Вработе проведены исследования по выделению тионовых бактерий из речной воды и их культивированию с целью оценки

вдальнейшем коррозионной агрессивности тионовых бактерий по отношению к металлам.

Для выделения тионовых бактерий была отобрана вода из реки Данилихи. Культивирование проводили в питательной среде Старки, рекомендуемой для вида бактерий Thiobacillus thioparus при температуре 28 оС. В течение пяти дней культивирования были замечены признаки роста биомассы: пленка на поверхности жидкости, помутнение, осадок. Путем посева на плотную среду (МПА) на чашки Петри по методу Коха были получены пять типов колоний (таблица).

72

elib.pstu.ru

Основные характеристики выделенных колоний

Проведены предварительные коррозионные испытания образцов углеродистой стали (Ст. 3) в стерильной дистиллированной воде в условиях естественной аэрации при различных исходных значениях рН, которые корректировали через 2–5 сут. В интервале значений рН от 7 до 9,5 скорость коррозии стабилизируется и составляет 0,043–0,045 г/(м2·ч). При значении рН, равном 10, скорость коррозии увеличивается в 1,8 раза, и в процессе коррозии наиболее значительно изменяется величина рН.

УДК 665.765

К.А. Сибиряков, Л.Г. Тархов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

СЕРНОКИСЛАЯ ЭКСТРАКЦИЯ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НЕФТЯНОГО ДИСТИЛЛЯТА 190–360 °С

Цель – разработать технологию очистки дизельного топлива серной кислотой.

Задачи:

1)провести очистку дизельного топлива до содержания в нем общей серы в количестве, не превышающем 0,35 %;

2)найти оптимальные условия экстракции.

73

elib.pstu.ru

Внастоящее время и ближайшем будущем к топливам предъявляются и будут предъявляться все более жесткие требования по ряду критериев: содержание непредельных углеводородов, содержание азота, содержание общей серы и меркаптанов. Из-за ужесточения требований к топливам ряду предприятий нефтеперерабатывающей отрасли приходится переходить на новые технологии или оптимизировать уже существующие. На данный момент существуют такие виды обессеривания, как гидроочистка, каталитическое окисление меркаптанов, щелочная и сернокислая экстракция. Сернокислая экстракция является одной из старейших и широко применяемых технологий по очистке топлив от сернистых соединений. Экономическая составляющая этого процесса является самой выгодной из всех имеющихся, так как стоимость экстрагента незначительная, процесс проходит при естественном давлении и температуре, не требует сложного технологического оборудования и катализаторов. Данное исследование проводилось с целью оптимизации технологии сернокислой экстракции.

Входе исследований был проведен ряд опытов. Сырьем для опытов являлся нефтяной дистиллят 190–360 °С с двух месторождений Западной Сибири. В качестве экстрагентов выступали серные кислоты различной концентрации и чистоты

(табл. 1, 2).

Таблица 1

Зависимость содержания серы в I партии сырья от условий экстракции

elib.pstu.ru

Окончание табл. 1

* – обозначается кислота из предыдущего процесса экстракции.

Модель реактора идеального смешения состояла из стакана 800 мл и электрической мешалки с регулирумым числом оборотов, в качестве измерительного прибора на серу – анализатор рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный «Спектрон». Начальное содержание серы в I партии 0,562 %, во II – 0,439 %.

Как видно из табл. 1, лучшим экстрагентом является 98%-я серная кислота. C уменьшением концентрации кислоты эффективность очистки падает. Наиболее оптимальный метод экстракции – использование отработанной кислоты путем порционной подачи свежего экстрагента в емкость. Таким образом мы смогли провести очистку сырья от серы до требуемого результата, используя в среднем 6 г кислоты на 94 г дизельного топлива. При однократной подаче серной кислоты количество экстрагента, необходимое для достижения сопоставимой глубины очистки, возрастает до 23 %.

Таблица 2

Зависимость содержания серы во II партии сырья от условий экстракции

elib.pstu.ru

Окончание табл. 2

* – обозначается кислота из предыдущего процесса экстракции

Выводы по табл. 2 аналогичны выводам по данным табл. 1. Из отработанной серной кислоты можно реэкстрагировать сульфиды и в последующем получить из них сульфооксиды, широко используемые в промышленности. Также при процессе сернокислой экстракции образуются кислые смолы, которые в дальнейшем можно использовать в битумах, а саму кислоту вновь использовать как экстрагент после повышения ее концен-

трации упариванием или иными методами.

Таким образом, разработана технология сернокислой экстракции дизельного топлива. Для наиболее оптимальной очистки предложено применять ступенчатую экстракцию, с использованием кислоты из предыдущего процесса. Количество этапов, на которых можно применять отработанную в предыдущем цикле кислоту, и концентрацию кислоты следует определять для каждого конкретного сырья.

76

elib.pstu.ru

УДК 661.635.42

М.Ю. Силуянова, Г.В. Леонтьева, В.В. Вольхин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ВЫБОР ФОСФАТОВ МАГНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ МЕЛИОРАНТОВ-СТАБИЛИЗАТОРОВ ИОНОВ МЕДИ (II)

ВЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЕ

Вкачестве мелиорантов-стабилизаторов ионов тяжелых металлов (ТМ) в загрязненных почвах могут выступать такие вещества, которые способны связывать ионы металлов, т.е. переводить их в малоподвижное состояние, и не приводят к загрязнению природной среды дополнительными токсикантами. Этим требованиям могут удовлетворять фосфаты магния. Ионы

Mg2+ и PO34– используются растениями и различными организмами почвы как элементы питания, а ионы PO34– способны свя-

зывать ионыТМ засчетобразованиямалорастворимых фосфатов. Ранее проведенные исследования подтвердили способность фосфатов поглощать ионы Cu2+, Pb2+ и Zn2+. Однако область низких концентраций ионов ТМ, которая типична для загрязненных почв, остается не исследованной в отношении полноты связывания ионов металлов. В то же время накапливается все больше экспериментальных данных о том, что фазовый состав образующихся фосфатов металлов существенно зависит от концентрации ионов металлов в водных средах, рН сред и других условий. Соответственно изменяется и такой показатель, как полнота поглощения ионов металлов в твердую фазу. В связи с этим необходимо было исследовать область низких концентраций ионов ТМ. Соответствующее исследование было проведено применительно к ионам Cu2+ – наиболее типичному представи-

телю промышленных экотоксикантов.

77

elib.pstu.ru

Проведенные эксперименты показали, что магнийаммонийфосфат гексагидрат (струвит) поглощает ионы Cu2+ при низких концентрациях в водных средах ≤0,02 М с образованием смешанных фосфатов состава (Mg,Cu)NH4PO4·6H2O и CuNH4PO4. Частично образуются также основные фосфаты меди. В конечном итоге концентрация ионов Cu2+ в водных средах понижается до уровня ниже 1 мг/л.

Показано также, что образование либетенита, Cu2PO4OH, ранее выявленного при взаимодействии магнийаммонийфосфата с ионами Cu2+, происходит только в кислых средах и сопровождается менее полным поглощением ионов Cu2+.

Полученные экспериментальные данные подтверждают возможность использования магнийаммонийфосфата со структурой струвита для снижения подвижности ионов Cu2+ в водных средах.

УДК 504.05

Л.С. Юшкова, Е.А. Фарберова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

БИОХИМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ИХ ПРИМЕНЕНИЕМ В ПРОЦЕССЕ БИОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ

В последнее время все острее стоит проблема загрязнения окружающей среды вредными компонентами. Стремительное развитие химической промышленности привело к интенсивному накоплению в природных биоценозах значительных количеств токсичных веществ. Для эффективного обезвреживания отходов

78

elib.pstu.ru

необходимы технологии, наносящие минимальный экологический ущерб окружающей среде, имеющие низкие капитальные затраты и позволяющие получить прибыль.

Данная работа выполнена по предложению предприятия ОАО «Сорбент». ОАО «Сорбент» является российским лидером по выпуску дробленных активированных углей как на древесной основе (древесина березы), так и гранулированных на основе каменноугольного сырья с использованием лесохимических и каменноугольных смол. При производстве активированных углей предприятие ОАО «Сорбент» столкнулось с несколькими проблемами. Одна из них – это загрязнение почвы смолами на территории смолохозяйства в результате розлива. Данная территория уже в течение многих лет постоянно загрязняется смолами и ни разу не подвергалась очистке. Кроме того, на предприятии существует проблема очистки отходящих газов, образующихся в печах активации древесного карбонизованного угля. Эти газы содержат низкомолекулярные летучие, смолистые соединения. В нагретом состоянии газы поступают на очистку в скруббер циклонного типа, заполненный водой. Проходя через слой воды, они очищаются от растворимых и механических примесей. В дальнейшем скрубберная вода отводится на очистку, а на стенках и дне скруббера остается твердый остаток, содержащий частички недоактивированного угля. Остаток слеживается, превращаясь в монолит, тем самым затрудняя чистку аппарата.

Цель данной работы – переработка твердого остатка биохимическим методом в биопрепарат, пригодный для биоремедиации почвына территории смолохозяйстваОАО «Сорбент».

С этой целью на предприятии были отобраны пробы воды и твердого остатка из скруббера циклонного типа, лесотехническая и каменноугольная смолы и пробы земли с территории смолохозяйства. Проведены исследования ИК-спектров твердого остатка, образующегося на стенках и дне скруббера, смол лесотехнической и каменноугольной и почвы, отобранной с загрязненного участка. Методом ИК-спектроскопии в образце

79

elib.pstu.ru

почвы удалось обнаружить полосы поглощения, характерные для смол, использующихся на предприятии ОАО «Сорбент».

Смолы, попавшие в почву, не претерпевают существенных изменений и не преобразуются в почве в течение длительного времени независимо от сезона. Зимой при отрицательной температуре смолы переходят в твердое состояние и не окисляются, а в весенне-летний период УФ-излучение способствует их окислению, но оно протекает крайне медленно.

В работе изучены изменения каталазной активности почвы, содержащей различные количества смолы. Каталазная активность чистой почвы 15,1 млО2/мин, загрязненной почвы: у весеннего образца – 4,46 млО2/мин, у осеннего образца – 2,23 млО2/мин. В отобранные пробы почвы с территории смолохозяйства был введен активный уголь в количестве 5 %, после внесения угля каталазная активность составила 3,25 млО2/мин. Проведены также исследования с искусственными пробами, которые были получены путем смешивания чистой почвы со смолами в различном процентном соотношении (5, 10, 20, 30, 40 %). Каталазная активноть искусственных проб с течением времени уменьшается при введении смолы в чистую почву. При введении в искусственные пробы почвы активного угля и консорциума микроорганизмов, выделенных из скрубберной воды, каталазная активность постепенно увеличивается, а фитотоксичность данных проб уменьшается.

Сделано предположение о возможности использования порошкообразных отходов, образующихся при чистке скруббера, для очистки скрубберной воды и ремедиации почвы. Изучен гидрохимический и микробиологический состав скрубберной воды и из нее выделены микроорганизмы – деструкторы органических соединений, которые использовали в дальнейшем для биохимического окисления твердого остатка. При обработке твердого остатка культурой микроорганизмов наблюдалось его разрыхление, снижение ХПК и перманганатной окисляемости водной вытяжки по сравнению с исходными образцами. Прошедший биохимическое окисление твердый осадок проанализи-

80

elib.pstu.ru