Химия и химические
технологии/5. Фундаментальные проблемы
создания новых материалов и технологий
Создание методов экологической безопасности
объектов окружающей среды достигается мероприятиями, которые направлены на
разработку безотходных или малоотходных технологий, сводящих к минимуму выбросы
токсикантов, усовершенствование методов мониторинга, а также разработку методов
удаления из объектов окружающей среды токсикантов и нежелательных включений. В литературе выделяют многочисленные методы очистки от
веществ данного класса. Рассмотрим основные из них, а также приведем их
основные преимущества.
Известно изобретение, описывающее биохимический
способ очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений, путём введения в
среду штамма аэробных бактерий и биогенных добавок (штамм Pseudomonas aeruginosa XP-25). Очистку проводят в
присутствии фенола или толуола при концентрации не более, мг/л: 150:2000:2000
соответственно или не более 150 мг/л пространственно-затрудненных фенолов к
4000 мг/л фенола или толуола [1]. Следующий способ биологической очистки
включает подачу рассматриваемой воды, содержащей компонент ХПК, который представляет
собой фенол или тиоцианат, в резервуар для биологической очистки c илом,
содержащим бактерии, способные разлагать компонент ХПК. [2].
При обработке воды с высоким содержанием
токсичных органических веществ может быть использован способ биохимической
очистки промышленных сточных вод, шламов и осадков. Очистку осуществляют
активным илом в периодическом режиме с дополнительным внесением сточных вод
порциями (не более 5 г/л – фенолы и 20 г/л – перекиси водорода) непосредственно
в среду биоокисления в течение всего процесса без оттока жидкой среды.
Микроорганизмы активного ила предварительно адаптируют к концентрациям фенола
не более 2,0 г/л и перекиси водорода не более 3,0 г/л без уменьшения
интенсивности биологического окисления. [3]. Ещё один способ очистки сточных
вод относится к области биохимии.
Через реактор колонного типа пропускают сточные воды с повышенным содержанием
фенольных соединений (300-1200 мг/л), сульфид-ионов (до 64,1 мг/л) и
сульфат-ионов (до 401,4 мг/л или 1843,7 мг/л) при барботаже воздухом. Реактор
содержит адсорбент – нефтяной кокс, на который иммобилизованы клетки штамма
аэробных бактерий Pseudomonas putida 131 ВКПМ В-10894. Предварительно в сточных
водах растворяют ортофосфорную кислоту или ее соли в качестве биогенной добавки
до pH 7-8, оптимального для деструкции фенола штаммом бактерий, что обеспечивает повышение
качества очистки сточных
вод, содержащих вышеперечисленные ионы от фенольных соединений до 0-50 мг/л
[4].
Для очистки сточных вод от взвешенных веществ
применим также метод с использованием фильтрующей дамбы, внутреннюю поверхность
которой обрабатывают бактериальной культурой Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM
00538 с титром 10-13-10-11 в количестве 30 мг/дм3
по сухому весу для создания биопленки. Ее заполняют очищаемой водой и
выдерживают не менее 3 сут. Дамба состоит из горных пород, что позволяет
очистить сточные воды от токсикантов до значений ПДК [5].
В качестве способа очистки воды, почвы лежит
использование биопрепарата (штамм бактерий Pseudomonas putida ВКПМ В-10997,
Bacillus cubtilis ВКПМ В-10999 и Rhodococcus erythropolis ВКПМ-Ac-1882 в
массовом соотношении (1-2):(1-2):1). Препарат содержит сорбент, органические, минеральные
и стимулирующие добавки и обладает стимулирующей рост растений активностью и
фунгицидными свойствами. Его вводят в виде водного раствора путем дождевания в
загрязненный грунт, что повышает степень очистки от устойчивых к разложению
соединений [6].
К способам очистки
воздуха от аммиака, формалина и крезола может быть отнесен и метод дезодорации
воздуха животноводческих ферм, убойных цехов птиц и крупного рогатого скота.
Метод включает пропускание воздуха через биологически активный адсорбент,
содержащий среду для накопления микроорганизмов. Адсорбент представляет собой
увлажненную до 60-70% смесь отработанного субстрата на основе древесных опилок
или соломы для выращивания пищевых грибов с добавлением зерновых отрубей и
мякины, а также многопористого минерального материала. Метод позволяет повысить
степень производимой очистки [7].
Очистка воздушных потоков от химических загрязнителей с использованием фотохимических реакций также достаточно распространена.
Устройство содержит последовательно расположенные секции электростатической
очистки, фотоокисления, фотокатализа и увлажнения. В процессе используют
источники излучения с максимумами длин волн 120-360 нм. Техническим результатом
является повышение эффективности очистки воздушных потоков [8].
Следующий метод – способ очистки сточных вод путём обработки различного
типа экстрагентами (нефть и/или газовый конденсат) [9]. Для локальной очистки
растворов используется способ, заключающийся в массообменном процессе двух
взаимно нерастворимых или ограниченно растворимых жидких фаз, сточной воды и
экстрагента, между которыми распределяется фенол и которые для повышения
скорости процесса экстракции приводят путем смешивания в тесный контакт друг с
другом [10].
При экстракционной
очистке стоков с
содержанием фенолов выше 60 мг/дм3 производят активирование стоков в
начале цикла очистки раствором универсального промывочного технического
средства. Далее проводят одновременное активирование первичного экстракта и
извлечение очистки из
экстракта. Способ позволяет повысить эффективность очистки и ускорить ее при
минимальных затратах [11].
Для очистки сточных вод от фенола
и хлорпроизводных достаточно активно используется способ окисления
пероксидом водорода в присутствии катализатора с последующим отделением осадка.
В качестве катализатора используют водорастворимые замещенные фталоцианина
железа [12].
Применим также способ очистки с использованием барботажа, где воду подают в виде
водно-воздушной смеси в сатуратор, где осуществляют процесс под давлением не
ниже 2 атм с многократной циркуляцией через сатуратор воды в течение 2-5 мин до
обеспечения заданной остаточной концентрации фенола [13].
Способ
очистки промышленных
сточных вод от фенола
заключается в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного
короткоимпульсного электрического разряда в присутствии перекиси водорода в
количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV). Метод позволяет
обеспечить полное разложение фенола до элементарного углерода, СО, СО2 и воды [14].
Метод для очистки и обеззараживания сточных вод малых и
средних предприятий предполагает обработку воды встречным электронным пучком с
энергией 300-500 кэВ, длительностью импульса 20-50 нс, и плотностью тока
электронного пучка 5-300 А/см2 и
частотой следования импульсов до 100 имп/с. Сточные воды предварительно
насыщают кислородом или кислородом в смеси с другими газами, формируя
аэрозольный поток. Способ характеризуется повышением мощности в 103-105 раз поглощенной дозы без повышения энергии
электронов в пучке и обеспечивает обеззараживание и очистку сточных вод от фенолов,
нефтепродуктов и ПАВ [15].
Метод по очистке фенолсодержащих сбросных вод и
попутных вод нефтепромыслов включает каталитическое окисление фенолов марганецсодержащим окислителем
в термостатированном реакторе с автоматическим перемешиванием. В качестве
марганецсодержащего окислителя используют железомарганцевые конкреции,
содержащие оксид железа(III) в мольном отношении 1:2 к активному оксиду
марганца(IV). Способ обеспечивает снижение содержания фенола в
высоконцентрированных сточных водах до 0,15-0,18 г/л, в низкоконцентрированных
до 0,001 мг/л [16].
Известен способ очистки сточных вод от фенола путем его сорбции адсорбентом. В качестве адсорбента
используют фракции глауконита 45-90 мкм, подвергнутого термической обработке
при (300±10)°С [17].
Таким
образом, существует разнообразное количество методов очистки фенола и его
производных, позволяющие разработать безотходные или малоотходные технологии,
минимизирующие выбросы токсикантов, в том числе фенола и его производных,
усовершенствовать методы удаления из объектов окружающей среды токсикантов и
нежелательных включений. В связи с этим усовершенствование уже имеющихся методов очистки является актуальной
проблемой.
Список публикаций
1.
Патент 2004110627 RU. МПК C02F3/34, C12N1/20 C12N1/20, C12R1:385. Способ биохимической очистки сточных вод от
фенолсодержащих соединений [Текст] / Р.М. Салаватова, А.Ф. Туктаров, А.А.
Ниязов, И.Ю. Логутов // № 2004110627/13; заявл.:07.04.2004; опубл.:20.09.2005 .
2.
Патент 2012109877
A RU. МПК C02F3/12. Способ биологической очистки [Текст] // К.
Мацуока (JP), Инукаи Масанори (JP), ИНАМАСУ Хиронобу (JP), ЯМАСИТА Тецуо (JP),
АКАСИ Акира (JP) // № 2012109877/04; 30.08.1994; опубл.: 10.10.2013.
3.
Патент 2209186
C2 RU. МПК C02F3/02, C02F3/02, C02F3/02, C02F101:30. Способ биологической очистки сточных вод от
органических соединений [Текст] / А.Е. Кузнецов, В.В. Сафронов // №
2000132533/12; заявл.: 26.12.2000; опубл.: 27.07.2003.
4.
Патент 2476385 C1 RU. МПК C02F3/34, C12R1/40. Способ
очистки сточных вод от фенольных соединений [Текст] / П.В. Крупин, Е.Ф.
Дехтярь, В.А. Будник, Г.А. Янгулова // №2011131460/10; заявл.: 26.07.2011;
опубл.: 26.07.2011.
5.
Патент 2490216
C2 RU. МПК C02F3/34,
C12R1/39. Способ очистки сточных
вод [Текст] / А.П. Вяткин, В.Ю. Каплунов, Ю.В. Каплунов, А.А. Харионовский,
И.В. Катаева, Н.А. Галкина, О.А. Назаренко, А.В. Курицын, В.Л. Калин, А.В.
Катаев // № 2011147884/10; заявл.: 24.11.2011; опубл.: 20.08.2013.
6.
Патент 2484131
C2 RU. МПК C12N1/26, C02F3/34, B09C1/10, C12R1/125, C12R1/01, C12R1/40. Биопрепарат для очистки воды, почвы и промышленных
стоков от устойчивых к разложению пестицидов и способ его применения [Текст] /
Л.Г. Анисимова, Т.В. Маркушева, А.В. Кураков, А.П. Закутаев // № 2011128996/10;
заявл.: 13.07.2011; опубл.: 10.06.2013.
7.
Патент 2407781
C1 RU. МПК C12M1/00. Способ очистки воздуха от вредных веществ [Текст] /
Тен Хак Мун, Б.А. Воронов, Д.К. Куренщиков // № 2009111966/10; заявл.:
31.03.2009; опубл.: 27.12.2010.
8.
Патент 2494794
C2 RU. МПК B01D53/86.
Способ
очистки воздушных потоков от химических загрязнителей и устройство для его
существования [Текст] / В.П. Фоканов, А.В Шалларь, А.Б. Павлов // № 2011112503/02; заявл.: 29.03.2011;
опубл.: 10.10.2013.
9.
Патент 96105652
A RU. МПК C02F1/26. Способ очистки сточных вод от фенола [Текст] / Р.Г. Галеев,
И.В. Егоров, У.Б. Имашев, Э.Г. Иоакимис, В.А. Ганцев, Р.М. Усманов, С.Г.
Прокопюк, А.В. Купцов, И.Н. Шамсутдинов // № 96105652/25; заявл.: 25.03.1996; опубл.: 10.06.1998.
10.
Патент 2005138739ARU. МПК C02F1/26, C02F101/34.
Способ локальной экстракционной очистки отработанных растворов отфенолов
[Текст] / В.Р. Лнгошина, А.В. Степанов, В.П. Лебедев, С.И. Бушланова, Т.В.
Прокопьева, Л.В. Ермолович // № 2005138739/15; заявл.: 12.12.2005; опубл.:
20.06.2007.
11.
Патент 2306261
C1 RU. МПК C02F1/26, C02F101/34. Способ локальной экстракционной очистки
отработанных растворов от фенолов [Текст] / В.Р. Легошина, А.В. Степанов, В.П.
Лебедев, С.И. Бушланова, Т.В. Прокопьева, Л.В. Ермолович, Н.П. Зернова // №
2005138739/15; заявл.: 12.12.2005; опубл.: 20.09.2007.
12.
Патент 2008123559A RU. МПК C02F1/72, C02F101/34, C02F101/36,. C02F103/38. Способ очистки сточных вод от фенола и его
хлорпроизводных [Текст] / Т.М. Федорова, Ворожцов Г.Н., Е.А. Лукьянец, О.Л.
Калия, Т.Е. Егорова, Т.К. Куцель, В.М. Деркачева, В.М. Негримовский // №
2008123559/15; заявл.: 17.06.2008; опубл.:27.12.2009.
13.
Патент 2011145623
А RU. МПК C02F1/74.
Способ очистки сточных и природных вод от фенола М.П. Ким и Г.Л. Молодчик
[Текст] / М.П.
Ким, Г.Л. Молодчик // № 2011145623/05; заявл.: 09.11.2011; опубл.: 20.05.2013.
14.
Патент 2326055
C1 RU. МПК C02F1/48, C02F1/72. Способ очистки промышленных сточных
вод от фенола [Текст] / В.П. Севостьянов, П.Г. Никоноров, И.Д. Кособудский,
Т.В. Холкина // № 2006135570/15; заявл.: 10.10.2006; опубл.: 10.06.2008.
15.
Патент 2473469
C1 RU. МПК C02F1/30,
C02F9/12, B01J19/08. Способ очистки сточных вод
[Текст] / В.А. Маркелов, В.А. Михаленко, А.С. Маслов, Б.А. Сярг, А.В. Попов,
Г.Е. Ремнев, А.В. Степанов, М.И. Кайканов, Л.Р. Меринова, И.С. Егоров // №
2011133121/05; заявл.: 05.08.2011; опубл.: 27.01.2013.
16.
Патент 2476384
C1 RU. МПК C02F1/72, B01J23/34,
C02F101/34. Способ очистки сточных вод от фенолов [Текст]
О.В. Черемисина, Д.Э. Чиркст, М.А. Сулимова, Т.Е. Литвинова // № 2011113133/05;
заявл.: 05.04.2011; опубл.: 27.02.2013.
17.
Патент 2489365
C2 RU. МПК C02F1/74,
C02F1/00, C02F101/34. Способ очистки сточных и природных вод от фенола [Текст]
/ М.П. Ким, Г.Л. Молодчик // №
2011145623/05; заявл.: 09.11.2011; опубл.: 10.08.2013.