Рис.7.Процесс фотолитической деструкции антрацена
Необходимо отметить, что окисление антрацена и его превращение в антрахинон, по видимому, является инициирующим фактором для последующей микробной деструкции.
Анализ экспериментальных данных показывает, что бензперилен и инденопирен являются наиболее устойчивыми к действию облучения. Аналогичная картина наблюдалась и при микробной деструкции ПАУ. По-видимому, это явление, обнаруженное при деструкции ПАУ различными методами, может объясняться увеличением реакционной способности продуктов фотолитической и микробной деструкции ПАУ.
Из раннее приведенных данных видно, что первоначальной общей стадией разложения ароматического кольца является его окисление. В дальнейшем такие структуры, как, например о-оксибензойная кислота, продукт разложения нафталина, легко вступают в реакции присоединения с более сложными продуктами деструкции, например, с окисленной формой пирена, с образованием и накоплением в системе инденопирена (рис.8.):
Рис.8.Образование инденопирена
Высказанное предположение и возможный механизм протекания реакций между продуктами деструкции нуждается в дополнительной экспериментальной проверке. Однако, явление фотолитической деструкции ПАУ можно использовать для предобработки этих веществ при проведении их микробной утилизации.
7.2.4.Происхождение микроорганизмов-деструкторов ПАУ
Интенсивное промышленное воздействие на окружающую среду началось сравнительно недавно - в XIX веке. Очевидно, что за столь короткий промежуток времени не могли эволюционировать ферментные системы, способные разрушать ПАУ. Однако литературные данные /4,6,11,14,37,/ и наши собственные эксперименты показывают, что современные микроорганизмы такой способностью обладают, то есть в их геноме уже есть гены деструкции этих веществ.
Вероятнее всего, что появление первых микроорганизмов, разрушающих ПАУ следует отнести к эпохе появления первых сосудистых растений, содержащих лигнин в клеточной стенке - древовидных папоротников. Возраст самых древних папоротникообразных составляет около 380 млн. лет (конец Силурийского периода) /48/. Древесина современных растений содержит ряд веществ, имеющих в своем составе нафталиновое ядро /15/. Под воздействием солнечного света и микроорганизмов (собственные данные), а также при горении биомассы /49/, могут образовываться (в результате процессов конденсации) более сложные ПАУ. Таким образом на Земле были все условия для естественного отбора микроорганизмов-деструкторов ПАУ, естественным резервуаром являются почва и лесная подстилка. Логично предположить, что эти микроорганизмы, после интродукции могут приобрести способность разрушать полиароматические вещества и фенолы. В случае низкой субстратной специфичности ферментной системы микроорганизма возможно разрушение ароматических экотоксикантов-ксенобиотиков (нитротолуолы, нитрофенолы, хлорфенолы ит.д.).
7.2.5.Анализ возможности создания систем по утилизации твердых ПАУ-содержащих отходов
В связи с ухудшением экологической обстановки перед исследователями встала задача разработки методов утилизации вредных отходов производства и коммунального хозяйства.
Предложенные нами методы фотолитической предобработки техногенных, ПАУ содержащих субстратов, и их микробной деструкции позволяют создать производство по утилизации коммунальных отходов, содержащих ПАУ. Примером таких отходов является листовой опад крупных городов, загрязненнй как ПАУ, так и маслами, смолами и жидкими нефтепродуктами. Предобработку фотолизом можно осуществлять без особых затрат выдерживая субстраты на специальных площадках. Летом для качественной предобработки будет достаточно 4-5 солнечных дней. Далее субстраты перемещают в ферментационные ангары и вносят увлажняющую среду и посевной материал. Инкубацию ведут при температуре 20-30ОС в течении 40-60-ти суток (в зависимости от ПДК экотоксикантов). Производственный процесс желательно вести в теплое время года (с мая по октябрь) так как в этот период не требуется расходовать энергию на обогрев ферментационных ангаров. В процессе ферментации образуется компост, который можно использовать как почвообразователь. Схема установки по переработке ПАУ содержащих отходов представлена на рисунке 9:
Рис.9.Схема установки по утилизации ПАУ содержащих отходов
8.Стандартизация
В работе использовались материалы, приборы, оборудование, посуда, отвечающие государственным и отраслевым стандартам. Перечень стандартов приведена в таблице 9:
таблица 9
| №п/п | наименование | нормативный документ |
| 1.Материалы | ||
| 1 | Спирт этиловый | ГОСТ 17299-78 |
| 2 | Сахароза | ГОСТ 5833-75 |
| 3 | Дрожжевой экстракт | АО «Дифко» |
| 4 | Сусло пивное неохмеленное | АО «Бавария», Россия, г.СПб |
| 5 | Креозот | АО «Пропиточный завод», Россия, г.Отрадное |
| 6 | Бумага фильтровальная лабораторная | ГОСТ 12026-76 |
| 2.Приборы | ||
| 1 | Весы аналитические ВЛР-200 | ГОСТ 24104-88 |
| 2 | Лампа газоразрядная ПРК-7 | ГОСТ10771-82 |
| 3 | Хромато-масс-спектрометр LKB-2091 | LKB-BROMA, Швеция |
| 3.Оборудование | ||
| 1 | Шкаф сушильный МЛМ | ГОСТ 28115-89 |
| 2 | Шкаф вытяжной 2Ш-НЖ | ГОСТ 22360-86 |
| 3 | Автоклав | СТ СЭВ 28694-90 |
| 4 | Спиртовка | ГОСТ 28165-89 |
| 4.Посуда | ||
| 1 | Чашки Петри одноразовые, диаметр 90мм | ТУ 64-2-19-79 |
| 2 | Колбы качалочные 750мл | ГОСТ 822-81 |
| 3 | Пробирки 20мл | ГОСТ 1770-81 |
| 4 | Пипетки 2мл 5мл | ГОСТ 1770-81 ГОСТ 1770-81 |
9.Охрана труда и окружающей среды
Мероприятия, проводимые в разделе ’’Охрана труда и окружающей среды’’ очень важны, так как их выполнение обеспечивает безопасность проводимых экспериментов для человека и окружающей среды.
9.1.Характеристика опасных и вредных производственных факторов
Согласно /50/ ,опасные и вредные производственные факторы делятся на следующие группы: физические, химические, биологические и психофизические. К физическим опасным и вредным производственным факторам относят электричество, ультрафиолетовое излучение. Группа химических опасных и вредных производственных факторов и их воздействие на человека представлены в таблице 10, которая составлена в соответствии с /1,51,52,53/.
Биологические опасные и вредные производственные факторы отсутствуют, так как используемые микроорганизмы являются непатогенными.
9.2.Пожаробезопасность
Так как мы не можем рассчитать пожарную нагрузку, то нельзя определить категорию помещения по /54/. Согласно ПУЭ-85 /55/, класс взрывоопасной зоны лаборатории В-1б. На случай пожарной опасности в лаборатории имеются средства огнетушения: огнетушители марки ОХЛ-10, ОУ-2, ящик с песком, асбестовые одеяла. В целях электробезопасности все приборы в лаборатории заземлены.
Характеристика физико-химических, пожаровзрывоопасных и токсичных свойств сырья, готового продукта и отходов производства
таблица 10
| Физико-химические свойства вещества /51/ | Пожаровзрывоопасные свойства /52/ | Токсические свойства | |||||||||||
| Температура, tо C | Пределы распространения пламени | ||||||||||||
| Вещест-ва | Агрегат-ное состояние | Темпера-тура кипения, | Темпера-тура плавле- | Плот-ность, кг/м3 | Вспышки |
| Температурные, tоС | Концентрационные, об. % | Характер действия на | Класс опасности | ПДКр.з мг/м3 | ||
| tоС | ния, tоС | менения | нижний | верхний | нижний | верхний | организм человека / 2 / | /53 / | / 53/ | ||||
| Этанол | ж | 78.5 | -114.6 | 785 | 13 | 400 | 11 | 41 | 3.6 | 17.7 | Действует на ЦНС и печень | IV | 1000 |
| Нафталин | тв | 218 | 80.28 | 1140 | 80 | 520 | - | - | 0.9 | - | Действует на ЦНС, желудок, почки. Лейкоцитоз | IV | 20 |
| Антрацен | тв | 351 | 216, 6 | 1132 | 121 | 472 | - | - | - | - | Фотодерматит, эритема | - | - |
| Аценафтилен | тв | 270 | 92 | 1160 | - | - | - | - | - | - | Действует на кожу, слизистую оболочку | - | - |
| Аценафтен | тв | 279 | 96 | 831 | - | 359 | - | - | 12 | - | Действует на почки, печень | III | 10 |
| Пирен | тв | 392 | 149 | 1277 | - | - | - | - | - | - | Лейкоцитоз, нарушения функции печени | - | - |
9.3.Санитария и гигиена