Анаэробное разложение высококонцентрированных нитроцеллюлозосодержащих отходов

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.

1. . 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.

2. . 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.

3. . 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.

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

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

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

7. . 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.

8. . 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.

9. . 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.

10. . 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.

11. . 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.

12. . 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.

13. . 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.

14. . 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.

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

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

17. . 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.

18. . 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.

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

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

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

22. . 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.

23. . 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.