Определение окисляемости промышленны, содержащих нефть и нефтепродуктых стоков

Первичным процессом окислительного превращения углеводородов и одноатомных фенолов является их гидроксилирование, в результате чего образуются соответствующие спирты и фенолы. Их дальнейшее окисление приводит к образованию органических кислот. Арены и фенолы окисляются с расщеплением ароматического кольца. Углеродные атомы всех изучаемых веществ при их катаболическом и окислительном метаболизме включаются через цикл Кребса в общий метаболизм растительной клетки. Часть углерода ксенобиотиков окисляется до углекислого газа. За счет превращения углеродного скелета ксенобиотиков в растениях могут образовываться органические кислоты, аминокислоты, сахара. Продукты метаболизма ксенобиотиков передвигаются обычными путями по всем органам растения. Первичные стадии детоксикации катализируются металлоферментами, содержащими атомы меди и железа. Хлоропласты играют важную роль в первичных процессах детоксикации, в частности, при гидроксилировании и декарбоскилировании.Важную роль в трансформации полиароматических углеводородов, в том числе такого опасного соединения как бенз(а)пирен, играют полифенолоксидазы (ПФО). В исследованиях [9] установлено высокое содержание данного фермента в водных растениях в течение всего вегетационного периода.Практическая частьВ связи с изменением концентрации озона в озоносфере под влиянием антропогенных факторов и в результате естественных циклических изменений.УФ-радиация приобретает все большее значение как экологический фактор. В природных условиях действию УФ-света подвергаются одновременно и микроорганизмы и органические соединения. В результате этого происходит изменение характера процессов разрушения органических веществ в водных экосистемах, вследствие их фототрансформации и изменения функциональной активности микробных комплексов. Нефтепродукты являются сложной многокомпонентной системой, каждый компонент которой характеризуется различной устойчивостью к фотопревращениям. Исследования ряда авторов показали, что фототрансформация ароматических углеводородов, входящих в состав нефти, сопровождается образованием новых соединений и увеличением токсичности водной среды по отношению к целому ряду тесторганизмов. В отношении бактериопланктона продукты фотолиза углеводородов нефти могут оказывать как ингибирующее, так и стимулирующее воздействие. Изменение активности и численности бактериопланктона зависит от спектральных характеристик УФ-радиации, состава природных вод и углеводородов.Для проведения экспериментальных работ был использован метод микрокосмов, содержавших природную воду (р. Амур), стерильную минеральную среду (KN03 1 г/л; MgS04 • 7Н20 0.2; NaCl 1; К2НР04 1 г/л) и нефтепродукты (керосин, дизельное топливо (ДТ), мазут) в концентрации 0.2 об. %. Для изучения влияния УФ-облучения на последующее микробиологическое окисление нефтепродуктов были использованы следующие варианты:1.Для изучения влияния УФ-облучения на углеводородокисляющую активность бактериопланктона во флаконы с 5 мл минеральной среды вносили 5 мл речной воды, подвергали УФ-облучению, после чего вносили нефтепродукты.2.Для изучения влияния фотолиза нефтепродуктов, последние вносили во флаконы, содержащие 5 мл минеральной среды, подвергали УФ-облучению после чего добавляли 5 мл речной воды.3.Для одновременного облучения нефтепродуктов и микробного комплекса во флаконы с 5 мл минеральной среды вносили 5 мл речной воды, нефтепродукты и затем подвергали облучению.В качестве контроля использовали флаконы, содержавшие дополнительно к минеральной среде только нефтепродукты или только речную воду.Флаконы закрывали резиновыми пробками и инкубировали при температуре 24°С. Концентрация кислорода в начале эксперимента составляла 19.820.1 об. %. Интенсивность микробиологической деградации нефтепродуктов оценивали пореспираторной активности микробных сообществ. Содержание кислорода в начале эксперимента и углекислого газа в пробах через 7 сут инкубации микрокосмов определяли с использованием газового хроматографа 504 (ELWRO, Польша).В качестве источника ультрафиолета использовали ртутную лампу высокого давления ОКН11М (ЗАО "ВНИИМПВИТА", Россия) (W = 1 МВт/см2), расстояние 40 см, время облучения 1 ч. Падающая энергия в данных условиях равна Р = 0.65 мВт/см2. Облучение проводили в открытой посуде в асептических условиях (в стерильном боксе при полной изоляции токов воздуха). Отсутствие бактериального заражения контролировали путем высевов на агаризованныйрыбопептонныйагар (РПА).Работы по оценке влияния нефтяного загрязнения на структуру и активность микробных комплексов в натурных условиях показали, что при поступлении дизельного топлива уже на 4е сут изменяется активность. С учетом оптимизации температурного режима и концентрации биогенов анализ газовой фазы был проведен через 7 сут инкубации проб. Выбранный срок инкубации также позволил избежать краткосрочных эффектов воздействия УФ-радиации, связанных со снижением численности бактериопланктона и образованием короткоживущих свободных радикалов. В результате было показано, что в контрольных вариантах, содержавших только нефтепродукты, концентрация С02 не зависела от УФ-облучения и составляла 0.10.15 об. %. В микрокосмах, содержавших только необлученную и облученную природную воду, содержание С02 было практически одинаковым 2.9 и 3.2 об. % соответственно. Это подтверждает, что за время инкубации проб происходило восстановление биохимической активности бактериопланктона.В газовой фазе микрокосмов, содержавших нефтепродукты и не подвергавшихся УФ-облучению, было отмечено наличие не только углекислого газа, но и метана. Содержание метана составило 0.7 об. % при утилизации мазута, 1.7 и 5 об. % при окислении ДТ и керосина. Образование метана в условиях проведенного эксперимента связано с восстановлением углекислого газа. В вариантах, где в газовой фазе были обнаружены и метан и углекислый газ, за точку отсчета принимали суммарное содержание этих газов (рис. 5а).Рисунок 5 - Влияние УФ-облучения речной воды (а), нефтепродуктов (б) и речной воды и нефтепродуктов одновременно (в) на образование С02 при микробиологической деградации нефтепродуктов: Ввода, К керосин, ДТ дизельное топливо, М мазут. * Компонент, подвергавшийся воздействию УФ-радиации.После УФ-облучения речной воды и последующего внесения нефтепродуктов метан не был обнаружен (как и во всех микрокосмах, подвергавшихся УФ-облучению), а содержание С02 снижалось в 2 раза приокислении керосина и ДТ и в 3.4 раза при утилизации мазута. Наиболее выраженный ингибирующий эффект УФ-облучения при биодеградации мазута, повидимому, связан с тем, что разложение данной фракции протекает медленно и при участии немногочисленных родов и видов микроорганизмов. Воздействие ультрафиолета приводит к ингибированию активностимикробных сообществ и, вероятно, чем меньше доля микроорганизмов, участвующих в окислении нефтепродуктов, тем ярче проявляется эффект ингибирования микробиологических процессов за счет иннактивациибактерийдеструкторов.При предварительном облучении нефтепродуктов содержание углекислого газа (по сравнению с суммарным содержанием газов при окислении необлученных субстратов) уменьшалось при окислении ДТ и керосина в 1.51.7 раза и незначительно изменялось на мазуте (рис. 5 б).При действии УФ-облучения одновременно на речную воду и нефтепродукты содержание С02 во всех вариантах значительно снижалось (рис. 5 в). В микрокосме, содержавшем мазут, было отмечено практически полное подавление респираторной активности. Это может объясняться тем, что данная фракция содержит максимальное количество циклических и ароматических соединений, которые более эффективно, по сравнению с алифатическими углеводородами подвергаются фототрансформации. Поскольку нефтепродукты образуют поверхностную пленку, которая должна поглощать основную дозу ультрафиолета, можно предположить, что ингибирование микробиологических процессов связано в большей степени с фототрансформацией углеводородов. Однако при облучении только нефтепродуктов такого ярко выраженного снижения респираторной активности микробоценозов не было отмечено. Снижение углеводородокисляющей активности связано с синергетическим эффектом, возникающим при действии УФ-излучения одновременно на природную воду и нефтепродукты, так как фототрансформация затрагивает и углеводороды и растворенные органические вещества. Синергетический эффект при взамодействии таких двух стрессовых факторов, как водорастворимые углеводороды нефти и УФ-излучение был подтвержден экспериментально для фито и бактериопланктона прибрежных морских акваторий.Таким образом, воздействие УФ-радиации приводит к снижению интенсивности микробиологической утилизации нефтепродуктов, оцененной по респираторной активности микробоценозов. Снижение углеводородокисляющей активности проявлялось не только в уменьшении концентрации С02, но и в отсутствии в газовой фазе микрокосмов метана. Наиболее значительное снижение углеводородокисляющей активности происходило при одновременном воздействии УФ-радиации на нефтепродукты и природную воду. Более выраженный ингибирующий эффект УФ-облучения был отмечен в микрокосме, содержавшем мазут. Концентрация С02 уменьшалась в 114 раз, по сравнению с контролем. В то же время в микрокосме, содержавшем ДТ, концентрация СО2 после предварительного УФ-облучения снижалась в 7.4 раза. Такое различие связано с содержанием ароматических соединений в составе данных фракций. Именно ароматические углеводороды наиболее эффективно подвергаются фототрансформации, так как имеют более низкую энергию связей по сравнению с парафинами. Токсический эффект фотолиза мазута также может быть связан с образованием токсичных водорастворимых соединений при трансформации циклических соединений, асфальтенов, смол. Ингибирующий эффект УФ-радиации в данном случае связан не только с фототрансформацией углеводородов, но и с реакциями, протекающими между продуктами фототрансформации нефтепродуктов и растворенными органическими веществами, содержащимися в речной воде.ЗаключениеВода – один из самых ценных природных ресурсов. Практически поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений. Мониторинг качества сточных вод в Москве показал значительные превышения ПДК для вод рыбохозяйственного значения органических загрязнений, нефтепродуктов, ПАВ и др. Основной источник загрязнений нефтепродуктами является автотранспорт, ПАВ – ЖКХ. Данные загрязнения являются характерными для больших городов.В результате исследований разработана технология защиты водных объектов от загрязнения нефтепродуктами и бенз(а)пиреном, поступающими в них с поверхностным стоком с объектов железнодорожного транспорта, которая применима к любому объекту техносферы, загрязняющему водные объекты нефтепродуктами и особенно таким высокоопасным канцерогенным соединением, как бенз(а)пирен.Широкие возможности биосинтеза азотсодержащих веществ у растений используются ими и для детоксикацииксенобиотиков. Не исключается возможность, что ксенобиотики вначале усиливают образование пептидов, а затем сами взаимодействуют с ними. Катаболический и окислительный метаболизм ксенобиотиков, наряду с процессами конъюгации в растительной клетке, повидимому, является одним из условий защиты ее внутриклеточного метаболизма и ультраструктуры.Таким образом, роль фитоценоза в самоочищении водных объектов от нефтепродуктов сложна, включая как создание условий для интенсификации окисления последних гетеротрофной микрофлорой, так и непосредственную детоксикацию названных соединений в процессах метаболизма.Список литературыПодвинцев И.Б. Нефтепереработка и нефтехимия. Вводный курс. – М.: Интеллект, 2020. – 208 с.Подвинцев И.Б. Нефтепереработка. Практический вводный курс. Учебное пособие. –М.: Интеллект, 2015. – 160 с.Либерман Н. Выявление и устранение проблем в нефтепереработке. Практическое руководство. – М.: Профессия, 2014. – 528 с.Салманова Ч.К.К., Мамедов А.П.О., Джафарова Р.А.К., Наджафова М.А.К., Ахмедбекова С.Ф.К., Йолчуева У.Д.К. Термохемилюминесценция нефтепродуктов в реакциях жидкофазного инициированного окисления //Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2015. № 11. С. 33-37.Решняк В.И., Каляуш А.И., Решняк К.В. Очистка нефтесодержащей подсланевой воды озоном //Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2014. № 5 (27). С. 135-140.Решняк В.И., Пластинин А.Е., Наумов В.С., Слюсарев А.С. Применение озона в процессах очистки нефтесодержащей льяльной (подсланевой) воды //Морские интеллектуальные технологии. 2019. № 4-2 (46). С. 168-173.Шихалева Е.П. Применение озонирования в технологии очистки сточных вод //Сантехника. 2019. № 6. С. 40-47.Грамм-Осипова В.Н., Нисковская Е.В., Осотов А.С. Окисление углеводородов нефти в сточных водах НПЗ растворенным кислородом с позиции гидропероксидной теории //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № S3. С. 20-25.Грушова Е.И., Куис О.В., Пахомчик А.С., Юсевич А.И. Окисление нефтяного гудрона в присутствии добавки-инициатора //Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2016. № 6. С. 105-108.Хапаев М.Р., Цедилин А.Н. Исследование очистки сточных вод методом озоно-мембранной ультрафильтрации.В сборнике: Образовательная система: новации в сфере современного научного знания. Сборник научных трудов. Казань, 2019. С. 342-348. Рябцева Н.Д., Никитина В.С., Абдуллин М.И., Багаутдинов Р.Ф., Кадиров А.А. Изучение каталитических процессов микробного окисления нефтяных углеводородов //Вестник Башкирского университета. 2016. Т. 21. № 2. С. 308-313.Бондаренко В.В., Сучкова Н.Б. Роль водной растительности в процессах самоочищения водных объектов от нефтепродуктов //Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 1. С. 64-75. Степанов С.В., Швецов В.Н., Морозова К.М., Беляков А.В., Блинкова Л.А. Исследование технологии нитри-денитрификации для очистки нефтесодержащих сточных вод //Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 5. С. 50-56.Хайруллина А.И., Митриковский А.Я. Поиск экологически чистого способа утилизации нефтешламов.В сборнике: Водные ресурсы - основа устойчивого развития поселений Сибири и Арктики в XXI веке. Сборник докладов XXI Международной научно-практической конференции. 2019. С. 322-327. Бабаев Э.Р. Биодеградация нефтезагрязнений под воздействием углеводородокисляющих микроорганизмов //Нефтегазохимия. 2019. № 1. С. 48-51.