References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2023.05.087-102

alternative-2260

Research Article

VII. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 17. Энергетика и экология

VII. ENVIRONMENTAL ASPECTS OF ENERGY.17. Energy and Ecology

Анаэробное разложение высококонцентрированных нитроцеллюлозосодержащих отходов

Anaerobic decomposition of highly concentrated nitrocellulose-containing waste

https://orcid.org/0000-0001-5356-9776

Гайдамака

С. Н.

Gaydamaka

S. N.

Гайдамака Сергей Николаевич - научный сотрудник кафедры химической энзимологии, кандидат химических наук, химик

119991, Российская Федерация, Москва, Ленинские горы, д. 1

+74959395083

Researcher ID: ABB-4102-2020

Scopus Author ID: 8968522300

Sergey N. Gaydamaka - Researcher of the Department of Chemical Enzymology, Candidate of Chemical Sciences, chemist

Leninskie Gory, 1, 119991, Moscow

+74959395083

Researcher ID: ABB-4102-2020

Scopus Author ID: 8968522300

s.gaidamaka@gmail.com

https://orcid.org/0000-0003-3233-0146

Гладченко

М. А.

Gladchenko

M. A.

Гладченко Марина Анатольевна - старший научный сотрудник кафедры химической энзимологии, кандидат технических наук, инженер-технолог

119991, Российская Федерация, Москва, Ленинские горы, д. 1

Researcher ID: K-2316-2015

Scopus Author ID: 6603312528

Marina A.Gladchenko - Senior Researcher of the Department of Chemical Enzymology, Candidate of Technical Sciences

Leninskie Gory, 1, 119991, Moscow

Researcher ID: K-2316-2015

Scopus Author ID: 6603312528

Корнилов

И. В.

Kornilov

I. V.

Корнилов Игорь Вадимович - руководитель департамента научных исследований

115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24

Igor’ V. Kornilov - head of the Department of Scientific Research

Bolshye Kamenschiki str., 6, p. 1A, room 24, 115172, Moscow

Рязанов

М. Н.

Ryazanov

M. N.

Рязанов Михаил Николаевич - советник, инженер-механик

115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24

Mikhail N. Ryazanov - advisor

Bolshye Kamenschiki str., 6, p. 1A, room 24, 115172, Moscow

Герасимов

М. А.

Gerasimov

M. A.

Герасимов Максим Александрович - директор

115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24

Maxim A. Gerasimov - director

Bolshye Kamenschiki str., 6, p. 1A, room 24, 115172, Moscow

https://orcid.org/0000-0002-5148-6907

Корнилова

А. А.

Kornilova

A. A.

Корнилова Альбина Александровна - старший научный сотрудник кафедры физики твёрдого тела, кандидат физико-математических наук, физик

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Scopus Author ID: 7004498796

Al’bina A. Kornilova - Senior Researcher of the Department of Solid State Physics, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, physicist

Leninskie Gory, 1, 119991, Moscow

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation

ООО «Центр проектирования технологий»РоссияLLC "Center Projection of Technologies"Russian Federation

2023

24102023

0587102

2023

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2260

Изучена деградация отходов с содержанием нитроцеллюлозы около 75% и влажностью 80% в строго анаэробных условиях при различных температурных условиях. Проверена возможность разложения нитроцеллюлозы под действием аборигенной анаэробной микрофлоры донных отложений шламонакопителя без дополнительного источника органических веществ, а также при дополнительном внесении источника биогенных веществ, послеспиртовой барды - отхода спиртового производства. С целью интенсификации процесса разложения НЦ содержащих отходов было исследовано применение анаэробных консорциумов мезофильных и термофильных микроорганизмов из действующих промышленных анаэробных биореакторов. Показано, что нитроцеллюлоза, накапливаемая в шламонакопителях, не претерпевает никаких изменений и остаётся взрывоопасной десятки лет. Стимуляция дополнительным источником биогенных элементов и развитие аборигенной микрофлоры позволило снизить концентрацию нитроцеллюлозы на 44 % за 100 суток в анаэробных условиях и температуре процесса 35 °C. Применение мезофильного биокатализатора с объемной загрузкой 30 % (от объема жидкой фазы биореактора) и температурой анаэробного процесса 35 °C снижает концентрацию нитроцеллюлозы на 39 %. Максимальное разложение НЦ достигается при внесении термофильного биокатализатора с объемной загрузкой 30 % (от объема жидкой фазы биореактора) с эффективностью разложения НЦ 99% за 100 суток. Константа скорости разложения НЦ с помощью термофильного биокатализатора составила 0,0248 сут1, в то время как период полураспада НЦ – 28 суток.

Degradation of waste with a nitrocellulose content of about 75% and humidity of 80% under strictly anaerobic conditions under various temperature conditions has been studied. The possibility of decomposition of nitrocellulose under the action of the native anaerobic microflora of the bottom sediments of the sludge accumulator without an additional source of organic substances, as well as with the additional introduction of a source of nutrients, post-alcohol bard - waste of alcohol production was tested. In order to intensify the decomposition process of NC containing waste, the use of anaerobic consortia of mesophilic and thermophilic microorganisms from existing industrial anaerobic bioreactors was investigated. It is shown that nitrocellulose accumulated in sludge accumulators does not undergo any changes and remains explosive for decades. Stimulation by an additional source of biogenic elements and the development of native microflora made it possible to reduce the concentration of nitrocellulose by 44 % in 100 days under anaerobic conditions and a process temperature of 35 °C. The use of a mesophilic biocatalyst with a volume loading of 30 % (of the volume of the liquid phase of the bioreactor) and an anaerobic process temperature of 35° C reduces the concentration of nitrocellulose by 39 %. The maximum decomposition of NC is achieved when a thermophilic biocatalyst is introduced with a volumetric loading of 30 % (of the volume of the liquid phase of the bioreactor) with a decomposition efficiency of 99 % in 100 days. The rate constant of decomposition of NC using a thermophilic biocatalyst was 0.0248 day-1, while the half–life of NC was 28 days.

нитроцеллюлозаотходыанаэробные процессыкинетические параметрыбиокатализаторко-субстратымикроорганизмыбиогенные элементы

nitrocellulosewasteanaerobic processeskinetic parametersbiocatalystco-substratesmicroorganismsbiogenic elements

References1

. Ahmad A., Buang A., Bhat A. Renewable and sustainable bioenergy production from microalgal co-cultivation with palm oil mill effluent (POME): a review. Renew Sust Energ Rev 2016, 65, 214–234.https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.06.084.

. Crockett A.B., Craig H.D., Jenkins T.F., Sisk W.E. Field sampling and selecting on-site analytical methods for explosives in soil. EPA/540/S-97/501 1995, pp. 1–9.

. Levesen K., Mussmann E., Berger-Preiss A., Volmer D., Wunsch G. Analysis of nitro aromatics and nit amines in ammonition wastewater and in aqueous samples from former ammonition plants and other military sites. Acta Hydrochim. Hydrobiol. 1993, 21, 153–156.

. Kim D.H. Nitrocellulose. Encyclopedia of Toxicology (Third Edition) 2014, 540-542.

. Santos L.F. Characterization and treatment of effluents from nitrocellulose production. Doctoral Thesis, University of Sao Paulo: Lorena, 2006, 1–102.

. Забокрицкий А.А. Разработка технических решений микробиологической переработки промышленных отходов, содержащих нитроцеллюлозу. Диссертация канд. наук. Екатеринбург 2019, 162 с.

. Zabokritskiy A.A. Development of technical solutions for microbiological processing of industrial waste containing nitrocellulose. Dissertation of the Candidate of Sciences. Yekaterinburg 2019, 162 p.

. Ribeiro E.N., Da Silva F.T., De Paiva T.C. Ecotoxicological evaluation of waste water from nitrocellulose production. Journal of Environmental Science and Health, Part A 2013, 48:2, 197-204. 10.1080/10934529.2012.717812.

. Агзамов Р.З., Сироткин А.С., Братилова О.Б., Петров С.Е., Хацринов А.И., Михайлов Ю.М. Биологические методы утилизации отходов производства нитроцеллюлозы. Вестник Казанского технологического университета 2012, Т.15, №20, C.172-175.

. Agzamov R.Z., Sirotkin A.S., Bratilova O.B., Petrov S.E., Khatsrinov A.I., Mikhailov Yu.M. Biological methods of waste disposal of nitrocellulose production. Bulletin of Kazan Technological University 2012, Vol.15, No.20, 172-175.

. El-Diwani, G., El-Ibiari, N.N., Hawash, S.I. Treatment of hazardous wastewater contaminated by nitrocellulose. Journal of Hazardous Materials 2009. 167(1-3), 830–834. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.063.

. El-Diwani, G., El-Ibiari, N.N., Hawash, S.I. Treatment of hazardous wastewater contaminated by nitrocellulose. Journal of Hazardous Materials 2009, 167(1-3), 830–834. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.063.

. Романова С.М., Трескова В.И., Шулаев М.В. Исследование возможности утилизации продуктов производств нитратов целлюлозы активным илом. Вестник Казанского технологического университета 2011, 22, 68-74.

. Romanova S.M., Treskova V.I., Shulaev M.V. Investigation of the possibility of utilization of cellulose nitrate production products by activated sludge. Bulletin of Kazan Technological University 2011, 22, 68-74.

. Breed C.E., McGill K.E., Crim M.C., Brown C.W. Process and economic feasibility of using composting technology to treat waste nitrocellulose fines. Final Report, Tennessee Valley Authority, Environmental Research Carter, 1991.

. Gladchenko M.A., Gaidamaka S.N., Murygina V.P., Lifshits A.B., Cherenkov P.G. Laboratory Simulation Study of the Solid Phase Aerobic Fermentation of nitrocellulose Containing Wastewater Sludge. Russian Journal of Physical Chemistry B., 2015, 9(3), 429-435. 10.1134/S1990793115030161.

. Gladchenko M.A., Rogozin A.D., Cherenkov P.G., Murygina V.P.,Gaidamaka S.N., Lifshits A.B. Regulation of the Physicochemical and Biotechnological Process Parameters of the Liquid-Phase Aerobic Degradation of Nitrocellulose-Containing Wastewater Sludge. Russian Journal of Physical Chemistry B. 2016, 10(3), 504-510. 10.1134/S1990793116030180.

. Riley P.A, Kaplan D.L., Kaplan A.M. Stability of nitrocellulose to biological degradation. Technical Report 85-004 1984, US Army Natick Research, Development and Engineering Center, Natick, MA.

. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд. МГУ, 1998, 272.

. Vorobyova L.A. Chemical analysis of soil. Moscow: MSU Publishing House 1998, 272 p.

. Гладченко М.А. Разработка биотехнологических способов утилизации отходов виноделия. Диссертация канд. наук. Москва 2001, 194 с.

. Gladchenko M.A. Development of biotechnological methods of wine waste disposal. Dissertation of the Candidate of Sciences. Moscow 2001, 194 p.

. Gladchenko M.A., Kovalev D.A., Kovalev A.A., et. al. Methane Production by Anaerobic Digestion of Organic Waste from Vegetable Processing Facilities. Applied Biochemistry and Microbiology. 2017, 53(2), 242–249. 10.7868/S055510991702009X.

. Dubber D., Gray N.F. Replacement of chemical oxygen demand (COD) with total organic carbon (TOC) for monitoring wastewater treatment performance to minimize disposal of toxic analytical waste. J. Environ. Sci. Health. A. Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng 2010, 45(12), 1595–1600. 10.1080/10934529.2010.506116.

. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии. М.: Академия 2005, 603 с.

. Netrusov A.I. Workshop on Microbiology. Moscow: Academia 2005, 603 p.

. Вдовина Н.П., Будаева В.В., Якушева А.А. Определение химической стойкости нитроцеллюлозы ампульно-хроматографическим методом. Ползуновский вестник 2013, № 3, 220-224.

. Vdovina N.P., Budaeva V.V., Yakusheva A.A. Determination of chemical resistance of nitrocellulose by ampoule chromatographic method. Polzunovsky Bulletin 2013, No. 3, 220-224.

. Бокштейн Б.С., Менделев М.И. Краткий курс физической химии М.: "ЧеРо" 2001. 232 с.

. Bokshtein B.S., Mendelev M.I. Short course of physical chemistry M.: "Chero" 2001, 232 p.

. S. N. Gaydamaka, M. A. Gladchenko, and V. P. Murygina. Effect of electron acceptor on hydrocarbon pollution degradation rate caused by bacteria of the genus rhodococcus under anaerobic conditions. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2020, 14(1):160–166. 10.1134/S1990793120010200.

. S.N. Gaydamaka, M.A. Gladchenko, V.P. Murygina. Effect of electron acceptor on hydrocarbon pollution degradation rate caused by bacteria of the genus rhodococcus under anaerobic conditions. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2020, 14(1):160–166. 10.1134/S1990793120010200.

. Raghoebarsing A.A., Pol A., van de Pas-Schoonen K.T., Smolders A.J., Ettwig K.F., Rijpstra W.I., Schouten S., Damsté J.S., Op den Camp H.J., Jetten M.S., Strous M. A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification. Nature. 2006, 440, 918-921. 10.1038/nature04617.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.