Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность 54

Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
собствует снижению затрат и уменьшению контакта загрязнённого субстрата с людьми и окружающей средой. Фиторемедиация также получила одобрение у широкой общественности как экологически чистая технология, альтернативная химическим предприятиям и бульдозерам. Поэтому различные организации склонны включать фиторемедиацию в программу мероприятий по очистке среды.
Для фиторемедиации почв как растение - ремедиатор, мы использовали горчицу белую, выбор был её не случаен, так как она является растением неприхотливым и может расти в глинистых и
суглиныстых почвах, как почвы Юргинского полигона ТБО. В ходе исследования было выявлено,
что данный вид горчицы имеет высокие аккумулирующие способности:
Концентрация тяжелых металлов в горчице до и после изъятия из почвы
Название вещества
Концентрация до изъятия из Концентрация после изъятия
почвы, мг\кг
из почвы, мг\кг
Свинец
0
590,4
Кадмий
0
13
Ртуть
0
6,54
Для долгосрочной перспективы как растение ремедиатор может использоваться тополь обыкновенный. Каждое из данных растений можно использовать как фиторемедиатор и можно использовать их вместе, но для быстрой очистки почв больше подойдет горчица белая, так как период её роста гораздо меньше, чем у тополя обыкновенного. Но если рассматривать очищение почвы в долгосрочной перспективе, то лучше использовать тополь обыкновенный, так как накопившиеся в нем
загрязняющие вещества можно будет не выводить, а древесину тополя использовать в производстве,
своеобразно «запечатав» в нем загрязнители.
Исследования роста горчицы белой в почве полигона ТБО показали, что растения способны
расти в данной почве, но развиваются они хуже, чем растения в чистой почве. После изъятия растений из почвы концентрация кадмия и свинца значительно уменьшилась. Концентрация кадмия составила 2 ПДК, концентрация свинца 1 ПДК и концентрация ртути 1 ПДК, что говорит о высокой
эффективности данного метода очистки почв.
Литература.
1. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка / А.А. Дрейер, А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, А.В. Миронов. – Москва: Мир, 1997. – 300 с.
2. Раковская Е.Г. Промышленная экология. / Е.Г. Раковская. – СПб.: Наука, 2002. – 92 с.
3. Швец А.А. Фиторемедиация почв / А.А. Швец // Ломоносов – 2007: материалы XIV Междунар.
конф. студентов, аспирантов и молодых ученых; МГУ им. М.В. Ломоносова. – М.: МАКС Пресс,
2007. – С. 85–86.
4. Нашивочникова А.В.
Фиторемедиация почв, загрязнённых тяжелыми металлами [Электронный ресурс] / А.В. Нашивочникова, С.В. Степанова. // Фиторемедиация – Режим
доступа: URL: http://conf.sfu
kras.ru/sites/mn2011/thesis/s14/s14_71.pdf Дата
обращения
12.02.2014.
5. Велкова Н.И. Использование горчицы белой ЦЧР: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук / Н.И.Велкова. – Орел: ОГАУ, 2004. – 210 с.
6. Спирин Э.К. Теоретические основы защиты окружающей среды [Электронный ресурс] / Э.К.
Спирин, Н.Ю. Луговцова. – Юрга: ЮТИ ТПУ, 2010. – 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
ИЗУЧЕНИЕ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА КЕРАТИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ
К.В. Жданова, студент
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», г.Кемерово
650065, г. Кемерово, пр. Ленина, д.146, кв.155, тел. 8-923-533-83-33
E-mail: [email protected]
Проблема загрязнения окружающей среды твёрдыми бытовыми отходами в последние десятилетия приобретает катастрофические масштабы. Причина в том, что полимерные материалы (пластмассы), применяемые в быту, обладают очень большим периодом распада. В процессе распада мно54
Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
«Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения»
гие из них выделяют токсичные вещества, загрязняющие почву и воду. Для России проблема особенно актуальна, так как в нашей стране не налажена утилизация твёрдых бытовых отходов. В лучшем случае они попадают на свалки, но огромное количество их разбросано повсюду, особенно в
местах отдыха людей. Загрязнению пластиковыми отходами подвергся и Мировой океан.
В России каждый год образуется около 700 тыс. тонн полимерных отходов, пригодных для переработки и использования в качестве вторичных материальных ресурсов. Эту цифру можно считать
заниженной, поскольку ежегодно только полиэтиленовых бутылок производится и, соответственно,
выбрасывается более 450 тыс. тонн. А еще высоки объемы потребления полиэтиленовой пленки (632
тыс. тонн), полипропиленовой пленки (189 тыс. тонн) и ПВХ-пленки (170 тыс. тонн). Таким образом,
можно утверждать, что ежегодный объем полимерных отходов, пригодных для переработки во вторсырьё в России, превышает 1 млн. тонн.
Решение указанных проблем с успехом может быть достигнуто созданием биодеградируемых
полимеров.
Биодеградируемые полимеры – это класс полимеров, в состав которых входят вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности растений или животных, а также в процессе биосинтеза в
клетках живых организмов, способные при соответствующих условиях разлагаться на нейтральные
для окружающей среды вещества.
Перспективным сырьем для получения биодеградируемых полимеров, является кератин.
Кератинсодержащими твердыми отходами являются шерсть, щетина, возникающие при переботке кожевенного и мехового полуфабриката (на подготовительных стадиях производства), основным структурным и химическим компонентом которых является уникальный по своим свойствам
фибриллярный белок кератин.
Цель работы - изучение ферментативного гидролиза кератинсодержащего сырья с целью создания биодеградируемых полимеров.
В работе изучилифизико-химический состав отходов птицеперерабатывающей промышленности. Определение молекулярно-массового распределения провели методом электрофореза в полиакриламидном геле. Содержание белка провели методом Дюма. Массовую долю влаги определили весовым методом. Зольность определяли по ГОСТ Р 54224-2010.
Результаты определения физических показателей перопухового сырья представлены в таблице 1.
Таблица 1
Физико-химические показатели перопухового сырья
Показатель
Значение показателя
Массовая доля общего белка, %
92,62±0,46
Массовая доля влаги,%
6,52±0,32
Массовая доля золы, %
6,81±0,34
Из таблицы 1 следует, что отходы птицеперерабатывающей промышленности, рассматриваемые в работе, характеризуются высоким содержанием белка (92,62%), что делает их перспективным
сырьем для биотехнологической промышленности.
Следующим этапом работы являлось исследование параметров гидролиза перопухового сырья. На сегодняшний день известны различные способы гидролиза кератинсодержащего сырья:
- щелочной гидролиз;
- кислотный гидролиз;
- ферментативынй гидролиз.
Щелочной гидролиз проводят при температуре 50˚С, в качестве химических реагентов используют растворы едкого натра, едкого калия или раствор аммиака. По окончании процесса гидролизат
нейтрализуют соляной или ортофосфорной кислотами. К недостаткам щелочного гидролиза относят
разрушение аминокислот цистина, метионина и цистеина, также длительность процесса.
55
Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
Кислотный гидролиз проводят при температурах от 80 до 152˚С, продолжительность гидролиза составляет 6-10 часов, очистку сырья производят соляной, серной и фосфорной кислотами. Гидролизаты очищают активированным углем и нейтрализуют окисью кальция или щелочами.
Кислотный гидролиз имеет некоторые преимущества перед щелочным: предотвращает распад
аминокислоты аргинина на орнитин и аммиак, исключается дезаминирование таких аминокислот,
как серин, треонин, цистин, цистеин и метионин, интенсифицируется гидролиз сырья.
Однако при кислотном способе разрушаются аминокислоты триптофан и тирозин, кроме того
гидролизаты имеют неприятный вкус и запах.
Ферментативный гидролиз приобретает важное значение в связи с возможностью создания на
его основе различных белковых добавок и гидролизатов не только кормового, но и пищевого значения.
В настоящее время эффективным является ферментативный гидролиз, поскольку не требует
специальной очистки полученных продуктов.
В данной работе исследовали 2 способа гидролиза перопухового сырья: щелочной и ферментативный (при разных соотношениях фермент-субстрат).
В качестве фермента использовали протеиназу К. Оптимальные условия действия протеиназы
К: рН 6-9 и температура 50-60 ºС.
Сравнительная характеристика щелочного и ферментативного гидролизатов перопухового сырья приведена в таблице 2.
Таблица 2
Сравнительная характеристика щелочного
и ферментативного гидролизатов кератина
Масса используемого
Обьем полученного
Масса нерастворимого
№ варианта
сырья, г
гидролизата, см3
остатка, г
1
0,1
5,9
0,075
2
0,1
8,5
0,092
3
0,1
14,3
0,087
4
0,1
14,9
0,063
Примечание:
№1 – результат щелочного гидролиза перопухового сырья;
№2 – результат ферментативного гидролиза перопухового сырья при соотношении ферментсубстрат 1:100;
№3 – результат ферментативного гидролиза перопухового сырья при соотношении ферментсубстрат 1:150;
№4 – результат ферментативного гидролиза перопухового сырья при соотношении ферментсубстрат 1:50.
О глубине протекания гидролиза белка можно судить по динамике накопления аминного азота. Зависимости содержания аминного азота от продолжительности гидролиза представлены на рисунках 1-4.
Рис. 1. Результат щелочного гидролиза перопухового сырья
56
Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
«Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения»
Рис. 2. Результат ферментативного гидролиза перопухового сырья
при соотношении фермент-субстрат 1:100
Рис. 3. Результат ферментативного гидролиза перопухового сырья
при соотношении фермент-субстрат 1:150
Рис. 4. Результат ферментативного гидролиза перопухового сырья
при соотношении фермент-субстрат 1:50
Из рисунков 1-4 следует, что интенсивность гидролиза кератинсодержащего сырья выше в случае
ферментативного гидролиза. Так, содержание аминного азота 0,01 см3% достигается в случае щелочного
гидролиза примерно за 12 часов (рисунок 1), а в случае ферментативного - за 6 часов (рисунок 4).
57
Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
В случае ферментативныхгидролизатов наблюдается максимальный рост аминного азота в
начальный период реакции. Из анализа рисунков 2-4 следует, что наиболее эффективным является
способ ферментативного гидролиза при соотношении фермент – субстрат 1:50.
Так, при продолжительности гидролиза 5 часов содержание аминного азота при соотношении
1:100 равно 0,0075 см3%, при соотношении 1:150-0,0085 см3% и при соотношении 1:50 -0,0093см3%.
В результате для дальнейших исследований выбраны следующие параметры ферментативного
гидролиза перопухового сырья протеиназой К: соотношение фермент - субстрат 1:50, температура
50˚С, рН 6,6 продолжительность 5 часов.
Литература.
1. Пат. 1028236 Российская Федерация, МКП5С 11 N 1/12, A 61 K35/74. Биоразлагаемая термопластичная композиция / Е.В. Бастиоли, В.Л. Флориди, Н.Г. Краснова; заявитель и патентообразовательБастиоли Екатерина Валерьевна.- 2009114686/05; заявл. 10.11.2010; опубл. 27.02.2013, Бюл. № 05.
2. Пат. 2008493Российская Федерация, МПК5 С 9 N 1/34, A 45/83. Способ получения биодеградиремых пористых полимерных изделий / Е.В. Бастиоли, В.Л. Флориди, Н.Г. Краснова; заявитель и патентообразовательБастиоли Екатерина Валерьевна.- № 96110194/03; заявл. 13.05.2008; опубл.
23.07.2010, Бюл. № 03.
3. Пат. 284047 Российская Федерация, МПК5 С 13 N 4/52, A 75 K 43/85. Способ получения белкового продукта / А.С. Потапов, В.Л. Мозгунова, М.И. Ларионов; заявитель и патентообладатель Александр Сергеевич Потапов.- № 2011142892/04; заявл. 25.10.2011; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 04.
4. Пат. 2008139288 Российская Федерация, МПК51A 61 K 36/00. Способ модифицирования биоразлагаемых полимеров / И.А. Прудниченко, Е.А. Маркевичева, Н.Л. Ключко, Б.М. Фельдман; заявитель
и патентообладатель Прудниченко Игорь Аркадьевич.- № 2012135000/15; заявл. 16.08.2012;
опубл. 10.10.2013, Бюл. № 15.
5. Пат. 2471824 Российская Федерация, МПК51C 09K 8/20. Биосовместимый биодеградируемый пористый композиционный материал и способ его получения / А.И. Сливкин, В.Л. Лапенко, В.А. Быков, А.И. Бычук; заявитель и патентообладатель Сливкин Алексей Иванович.- № 2011141448/13;
заявл. 12.10.2011; опубл. 20.04.2013, Бюл. № 13.
6. Соболева, А.В. . Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования - Прикладная
биохимия и микробиология, 2004. 282-287 с.
БЕЗРЕАГЕНТНОЕ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ
О.О. Горбенко, к.т.н., доц.
Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), г.Москва
123001, г. Москва, Вспольный пер., 16-1-11, тел. +7-916-497-22-16
E-mail: [email protected]
Основным источником микробного загрязнения объектов водопользования, поверхностных и
морских вод, почвы, подземных водоносных горизонтов, питьевой воды являются хозяйственнобытовые сточные воды. Для таких вод характерен высокий уровень микробного загрязнения на фоне
значительной концентрации взвешенных и органических веществ. В сточных водах населенных
пунктов обнаруживаются многие виды патогенных бактерий, вирусов и паразитов. Болезни, вызываемые этими микроорганизмами, весьма различны и могут приводить к серьезным последствиям
для здоровья человека. Средством предотвращения распространения инфекционных болезней и защиты поверхностных и подземных водоемов от заражения является обеззараживание сточных вод.
В системах коммунального водоснабжения на протяжении более столетия применяются различные методы обеззараживания воды. Однако и в настоящее время сохраняется риск возникновения
заболеваний, связанных с употреблением населением питьевой воды, содержащей вирусы и простейшие. Попытки повышения надежности обеззараживания воды в отношении этих микроорганизмов посредством увеличения доз хлора приводит к образованию опасных для здоровья человека хлорорганических соединений.
Анализ зарубежной научной литературы и нормативных документов показывает, что совершенствованию схем обеззараживания воды сейчас уделяется большое внимание. Во многих странах
на государственном уровне ведутся исследования с целью определения возможности использования
различных методов и технологий (программы Агентства по защите окружающей среды в США, Министерства образования, науки, исследований и технологий в Германии, EAAP в Италии и др.).
58