Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам

здоровью людей и объектам народного хозяйства в ЧС техногенного и природного характера.

5. МЕРОПРИЯТИИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 5.1. Краткая характеристика технологии эксперимента Одной из наиболее важных проблем в области охраны окружающей среды является защита воздушного и водного бассейнов от выбросов и от сточных вод промышленных предприятий химической отрасли. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3500-4000 км3. Основным источником загрязнения водоемов, приводящим к ухудшению качества воды и нарушению нормальных условий жизнедеятельности гидробионтов, являются сбросы промышленных сточных вод. Поэтому велика роль очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Суть исследований сводилась к изучению процесса сорбции ионов тяжелых металлов системой «мох-микроорганизмы» и построению следующих кривых: изотерм сорбции и кинетических кривых сорбции. Данная система сложна в изучении, поэтому была разделена на бинарные системы. Проведено исследование сорбционных свойств следующих систем: -мох- раствор металла; -суспензия микроорганизмов- раствор металла; -мох- суспензия микроорганизмов; -мох- суспензия микроорганизмов- раствор металла. По итогам исследований можно сделать вывод, что совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает эффективность биосорбции (примерно на 30%) и улучшает поглощение ионов тяжелых металлов из растворов этих металлов.
						БГТУ 05.00.ПЗ
Изм.	Кол.уч.	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Разраб.	Ковалевич А.			Мероприятия по охране окружающей среды	Стадия	Лист	Листов
Пров.							1	5
Консульт.				БГТУ
Н. контр.
Утв.

При использовании мха с адсорбированными на нем микроорганизмами рода Pseudomonas aeruginosa для очистки сточных вод от тяжелых металлов (ионов меди(II) и кадмия(II)) отработанный биосорбент накапливается в больших количествах. Учитывая, что биосорбент, в качестве которого мы используем мох вида сфагнум обладает большой поглотительной способностью, то в нем будут содержаться высокие концентрации тяжелых металлов. Таким образом, биосорбент представляет собой потенциальный источник вторичного загрязнения окружающей среды. Мероприятия по охране окружающей среды должны быть разработаны в плоскости предложения наиболее эффективных и экономически целесообразных способов утилизации отработанного биосорбента, для уменьшения возможного отрицательного воздействия на окружающую среду использованного мха.

5.2. Мероприятия по снижению загрязнений окружающей среды при утилизации мха

После подробного анализа возможных путей утилизации биосорбента (мха) были выделены следующие основные направления.

Все направления представлены на рис. 5.1.

Обезвоживание биосорбента. Оно предназначено для предварительной подготовки мха к следующим стадиям переработки. Учитывая, что при сушке в естественных условиях существует вероятность возможного попадания ионов тяжелых металлов в поверхностные и грунтовые воды, а также возможность заражения ионами тяжелых металлов почвы, сушку следует проводить только на специально выделенных под эти цели площадках. Площадки должны быть предварительно подготовлены и должны исключать возможное заражение окружающей среды. Предварительная подготовка площадок включает в себя укладку покрытия, которое обеспечивает полную водонепроницаемость. Также сушка использованного биосорбента может осуществляться термическим путем, при использовании специально оборудованных сушильных шкафов или приспособленных под эти цели печей.

Утилизация биосорбента. После мероприятий по обезвоживанию мох может использоваться в качестве набивного материала для применения в тепло- и звукоизоляции. В настоящее время можно с уверенностью говорить о том, что мху присущи свойства позволяющие использовать его как изоляционный материал. Однако следует отметить ряд негативных свойств, влияющих на использование мха в этой области.

Во-первых, мох очень гигроскопичный материал, поэтому нуждается в специальной предварительной обработке, что значительно удорожает технологический процесс. Во-вторых, при вымывании водой солей тяжелых металлов, становится небезопасным его использование в качестве изолятора.

Ликвидация. Способ ликвидации применяется только в том случае, если биосорбент невозможно подвергнуть утилизации на очистных сооружениях по вышеизложенной схеме. При сжигании биосорбента в печах, обязательно должен осуществляться процесс по параллельной очистке дымовых выбросов от солей тяжелых металлов. Этот способ достаточно дорогостоящ и поэтому не приемлем и не целесообразен в применении и дальнейшем внедрении. Сброс в накопители должен осуществляется таким образом, чтобы избежать загрязнения грунтовых вод ионами тяжелых металлов. В качестве альтернативного способа по утилизации отработанного мха можно использовать вывоз на свалки, однако этот способ не является экологически чистым, поэтому он нежелателен в применении.

Регенерация биосорбента. Из всех перечисленных способов обезвреживания отработанного мха целесообразнее всего это регенерация биосорбента разбавленными кислотами. Сорбент подлежит обработке растворами кислот в результате чего и происходит извлечение ионов тяжелых металлов. Извлечение происходит достаточно быстро, примерно в течение получаса. Затем сорбент поступает на стадию промывки водой, после нескольких циклов промывки сорбент готов к дальнейшему использованию в системе очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Кислота поступает на стадию извлечения ионов тяжелых металлов. На этой стадии происходит разделение на кислоту и соли металлов, после чего кислота возвращается на регенерацию биосорбента. Соли тяжелых металлов, подвергаются очистке, разделению и дальнейшему высушиванию. Кислота используется многократно, что дает значительный экономический эффект.

Способ является дорогостоящим так как требует материальных затрат на приобретение оборудования для процесса извлечения ионов тяжелых металлов из кислот и дальнейшей их переработке. Однако одновременно экономический эффект мы получаем на экономии средств для приобретения нового сорбента. С экологической точки зрения это наилучший способ утилизации отработанного сорбента, потому что полностью исключена возможность загрязнения окружающей среды [28,29,33].

Схема возможных путей утилизации отработанного сорбента.

Рис.5.1.

Таким образом, проведенные исследования по биосорбции очень важны в связи и возрастающей ролью проблемы очистки промышленных сточных вод. Однако при разработке этой проблемы ни в коем случае нельзя пренебрегать вопросами охраны окружающей среды. Предложенные мероприятия не совершенны, поэтому исследования следует вести и в направлении изыскания новых высокоэффективных систем по охране окружающей среды.

6.ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Целью данного раздела является определение затрат на НИР, а также определение стоимости научно исследовательской работы. НИР посвящена изучению сорбционных свойств мха вида сфагнум по отношению к микроорганизмам рода Pseudomonas aeruginosa и ионам тяжелых металлов (меди(II) и кадмия (II)). В затраты на проведение научно-исследовательской работы входят: 1) затраты на материалы; 2) затраты на все виды энергии; 3) основная и дополнительная зарплата исполнителей НИР; 4) отчисления на социальную защиту; 5) амортизационные отчисления, если эксперименты проводятся на действующей установке, или стоимость спецоборудования; 6) расходы на служебные командировки; 7) накладные расходы. 6.1. Расчет затрат на проведение исследования 6.1.1. Расчет затрат на материалы В эту статью включаются затраты на сырье, основные и вспомогательные материалы, покупные полуфабрикаты, которые необходимы для выполнения данной дипломной работы (за вычетом возвратных отходов). Затраты определяются на основе данных об общем расходе используемых в исследовании материалов и цен на них. Цены принимаем с учетом транспортно-заготовительных расходов. Примем их величину равной 10% от оптовой стоимости материалов. Результаты расчетов представлены в таблице 6.1.
						БГТУ 06.00.ПЗ
Изм.	Кол.уч.	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Разраб.	Ковалевич А.			Экономические расчеты	Стадия	Лист	Листов
Пров.							1	7
Консульт.				БГТУ 7140607 2004
Н. контр.
Утв.

Таблица 6.1

Расчёт потребности в материалах и посуде для проведения исследования

Наименование материала	Потребное количество	Цена за ед., руб.	Сумма, руб.
Питательный агар, г	36	152	5472
Хлорид натрия, г	50	5,2	260
Сульфат меди, г	7	180	1260
Ацетат кадмия, г	12	15,2	183
Фиксанал ЭДТА, шт.	1	6000	6000
Аммиак, л	0,02	12500	250
Агар-агар, г	3	371	1113
Мурексид, г	0,2	17,2	4
Эриохромовый черный Т, г	0,2	19,5	4
Маркер, шт.	1	500	500
Итого по материалам:	-	-	15045
Наименование	Количество, шт.	Цена за ед., руб.	Сумма, руб.
Колба КН-3-250 250 мл, шт.	12	3750	45000
Колба мерная 100 мл, шт.	1	2500	2500
Колба мерная 50 мл, шт.	1	2300	2300
Пробирка, шт.	50	1200	60000
Пипетка 10 мл, шт.	30	650	19500
Пипетка 5 мл, шт.	20	600	12000
Пипетка 1 мл, шт.	20	400	8000
Пипетка 0,1 мл, шт.	20	200	4000
Чашка Петри, шт.	30	1000	30000
Итого по посуде:	-	-	183300

6.2.2.Расчет затрат на все виды энергии.

Кроме материалов, реактивов и посуды для проведения анализа необходима электрическая энергия.

При определении энергетических затрат (электроэнергии, пара, воды и т.п.) исходим из расхода данного вида энергии в единицу времени, эффективного фонда времени работы установки и стоимости энергии за 1 кВт*ч.

Затраты на электроэнергию определяются по формуле 6.1.:

Э = N·K_N·Т_эф·Ц, (6.1)

где N – установленная мощность, кВт;

К_N –коэффициент использования мощности, К_N = 0,9;

Т_эфф – эффективный фонд времени работы установки, ч;

Ц – стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, руб.

Результаты расчета затрат на электроэнергию сведены в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

Расчет энергетических затрат

Наименование оборудования	Установленная мощность N, Вт	Эффективный фонд времени Тэфф, ч	Цена 1 кВт*ч, руб.	Стоимость электроэнергии, руб.
Установка выращивания микроорганизмов термостатическая УВМТ-12-250	400	300	73,7	8844
Весы аналитические ВЛР-200-М	20	0,5	73,7	1
Термостат суховоздушный ТС-80М-2	300	150	73,7	3317
Центрифуга лабораторная РС-6	1000	2,5	73,7	185
РН-метр	10	0,1	73,7	1

Продолжение таблицы 6.2

Сушильный шкаф СНОЛ-35	3000	100	73,7	22110
Автоклав ВК-75	2000	20	73,7	2948
ФЭК	600	5	73,7	221
ИТОГО:				37627

6.1.3.Расчет основной и дополнительной заработной платы исполнителей НИР

Срок выполнения НИР – 2 месяца. Служебные командировки не предусматриваются. Расчет фонда оплаты труда представлен в таблице 6.3.

Месячный должностной оклад определяется по формуле:

О = Т₁·Т_к·К_п, (6.2)

где Т₁ – тарифная ставка первого разряда на 1.04.2004 г., Т₁=38000 руб.;

Т_к – тарифный коэффициент соответствующего разряда.

О = 38000·4,56 = 173280 руб.

Планируются следующие доплаты к тарифному фонду заработной платы:

-премии в размере 40% от месячного оклада:

173280·0,4 = 69312 руб.;

-надбавки за стаж. (1 – 5 лет – 10%, 5 –10 лет –15%, 10 –15 лет – 20%, свыше 15 лет – 30% от месячного должностного оклада):

173280·0,2 = 34656 руб.

Месячная зарплата определяется как сумма должностного оклада и всех доплат:

173280+69312+34656 = 277248 руб.

Отчисления на социальные нужды составляют 35,5% от основной и дополнительной зарплаты исполнителей:

С = 818976·0,355 = 290738руб.

Таблица 6.3

Расчет фонда оплаты труда

Наименование должности	Кол-во ед.	Тарифный разряд	Ктариф	Месячный оклад, руб.	Премии руб.	Надбавка за стаж, руб.	Месячная зарплата, руб.	Годовой фонд оплаты труда, руб.
Старший научный сотрудник	1	19	4,56	173280	69312	34656	277248	554496
Лаборант I категории	1	9	2,32	88160	35264	8816	132240	264480
ИТОГО:								818976

Учитывая, что старший научный сотрудник одновременно ведет две научные темы, рассчитываем долю данной исследовательской работы:

554496*0,5=277248 руб.

Таким образом, фонд оплаты труда составит 541728 руб.

6.1.4. Расчет суммы амортизационных отчислений

Расчет суммы амортизационных отчислений определяется как произведение стоимости ОПФ на норму амортизации. Результаты расчета сведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4

Расчет суммы амортизационных отчислений

Элементы основных производственных фондов (ОПФ)	Стоимость ОПФ, тыс.руб.	Амортизационные отчисления
Норма, %	Сумма, тыс.руб.
Установка выращивания микроорганизмов термостатическая УВМТ-12-250	510,0	10	51,0
Весы аналитические ВЛР-200-М	127,0	10	127,0

Продолжение таблицы 6.4

Термостат суховоздушный ТС-80М-2	765,0	15	114,75
Центрифуга лабораторная РС-6	1275,0	15	191,25
РН-метр	127,5	10	12,75
Сушильный шкаф СНОЛ-35	1275,0	15	191,25
Автоклав ВК-75	1275,0	15	191,25
ФЭК	20400,0	15	3060,0
Итого по оборудованию:	25754,5		3939,25
Итого по посуде:	183,3	10	18,33
ВСЕГО:	25937,8	--	3957,58

Так как проводимая исследовательская работа длится не год, а 2 месяца, то амортизационные отчисления составят 1/6 часть суммы, рассчитанной в таблице 6.4. - 659,60 тыс. руб.

6.1.5.Накладные расходы

Накладные расходы на проведение НИР составляют 40% от основной и дополнительной заработной платы:

541,728·0,4 = 216,691 тыс. руб.

6.1.6.Калькуляция себестоимости проведения НИР

На основании полученных данных по отдельным статьям составляем калькуляцию себестоимости в целом по НИР.

Калькуляция себестоимости научно-исследовательской работы представлена в таблице 6.5. и на рис. 6.1.

Таблица 6.5

Калькуляция себестоимости проведения НИР

Статьи расхода	Сумма затрат, тыс. руб.	В % к итогу
Затраты на материалы	15,05	0,85
Затраты на электроэнергию	37,63	2,14

Продолжение таблицы 6.5

Основная и дополнительная зарплата исполнителей	541,73	30,75
Отчисления на социальные нужды	290,74	16,51
Амортизационные отчисления	659,60	37,45
Накладные расходы	216,69	12,30
Итого:	1761,44	100

Рис.6.1.

6.2. Расчет отпускной цены НИР

На основании себестоимости исследования рассчитываем отпускную цену НИР по формуле 6.3.:

Цотп=(С+П)+ОМБ+ОГБ (6.3)

где С – себестоимость;

П – прибыль;

ОМБ – отчисления в местный бюджет;

ОГБ – отчисления в государственный бюджет.

Цотп=(1761,44+88,07)+1849,51*0,025+1895,75*0,02=1933,67 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведенные исследования показали, что мох вида Sphagnum является хорошим сорбентом ионов кадмия(II) и меди(II). Исследования сорбционных свойств Pseudomonas aeruginosa следует продолжить для выяснения конкретного механизма сорбции металлов и для выяснения пригодности данного вида микроорганизмов для сорбции других загрязнителей окружающей среды (органические соединения). В настоящий момент известны и широко используются в биологической очистке стоков микроорганизмы, более эффективно поглощающие металлы и другие загрязнители. Кривые выживаемости и данные по сорбции ионов металлов позволяют предположить, что сорбция идет не только живой культурой микроорганизмов, но и мертвой биомассой. Использование для сорбции системы «мох - микроорганизмы» позволяет увеличить степень очистки раствора от ионов металлов. Так как, по данным эксперимента, мох обладает хорошей сорбционной способностью, его можно применить в качестве твердой загрузки в биофильтрах. Такие фильтры будут иметь ряд достоинств: дешевизна сорбента-носителя микроорганизмов; возможность регенерации отработанного мха; высокая эффективность при очистке разбавленных растворов от ионов тяжелых металлов; возможность исключения отрицательного воздействия на окружающую среду.
						БГТУ 00.00.ПЗ
Изм.	Кол.уч.	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Разраб.	Ковалевич А.			Заключение	Стадия	Лист	Листов
Пров.	Собещук О.П.						1	1
Консульт.	Собещук О.П.			БГТУ 7140607 2004
Н. контр.	Собещук О.П.
Утв.	Гриц Н.В.

1. Формат А1:

Название: Изотермы сорбции металлов мхом

2) Название: Изотермы сорбции металлов системой мох-микроорганизмы

Название: Кинетика сорбции металлов системой мох-микроорганизмы

Название: Изотермы сорбции металлов суспензией микроорганизмов

Название: Схема исследований

Приготовление ПА. Приготовление реактивов.

Приготовление микробной суспензии

Изучение сорбции металлов

Изучение сорбции микроорганизмов мхом

Обработка растворами металлов

Фильтрование через бумажный фильтр

Фильтрование через микробный фильтр

Центрифугирование 8000 об/мин

Разведение

Посев на чашки

Петри

Инкубирование в термостате

Подсчет выросших колоний

Титрование раствором ЭДТА в присутствии металлоиндикатора

Обработка экспериментальных результатов

Название: Затраты на проведение НИР

Калькуляция себестоимости проведения НИР

Статьи расхода	Сумма затрат, тыс. руб.	В % к итогу
Затраты на материалы	15,05	0,85
Затраты на электроэнергию	37,63	2,14
Основная и дополнительная зарплата исполнителей	541,73	30,75
Отчисления на социальные нужды	290,74	16,51
Амортизационные отчисления	659,60	37,45
Накладные расходы	216,69	12,30
Итого:	1761,44	100

Пример заполнения рамки.

						БГТУ 00.00.ПЗ
Изм.	Кол.уч.	Лист	№докум	Подпись	Дата
Разраб.	Ковалевич			Название формата	Стадия	Лист	Листов
Пров.	Собещук О.П.						1	1
Консульт.	Собещук О.П.			БГТУ 7140607 2004
Н. контр.	Собещук О.П.
Утв.	Гриц Н.В.

Стандартная рамка.

ВВЕДЕНИЕ Выпуск промышленной продукции с каждым годом увеличивается, что влечет за собой неминуемое загрязнение окружающей среды. Использовавшиеся раньше методы мониторинга за состоянием окружающей среды и методы защиты ее от различных органических и неорганических загрязнителей не всегда эффективны и достаточны в сложившемся положении. В настоящее время значительно обострились проблемы связанные с воздействием на окружающую среду неорганических загрязнителей. Из неорганических веществ наибольшую экологическую опасность для окружающей среды создают тяжелые металлы и их соединения, которые накапливаются в водном и воздушном бассейнах. Промышленность использует сотни тысяч химических веществ, практически все элементы периодической таблицы нашли применение в различных отраслях науки и техники. Так, можно отметить невероятное увеличение применения и соответственно производства тяжелых металлов и их соединений. На этом фоне возрастает значение современной биотехнологии, так как за последние десятилетия эта наука совершила огромный рывок, и сейчас достижения биотехнологии позволяют решать в том числе и экологические проблемы. Например, широко используются микроорганизмы для очистки сточных вод (активный ил), известны исследования по применению лишайников и водорослей для экологического мониторинга. Активно ведутся исследования по извлечению металлов из растворов с помощью мицелиальных грибов и бактерий. При сорбции металлов из растворов они накапливаются в биомассе до определенной концентрации. При этом содержание металлов в биомассе микроорганизмов может быть весьма значительным. Для повышения эффективности используются различные методы иммобилизации микроорганизмов, т.е. закрепления их на различных носителях, в качестве которых можно использовать как синтетические, так и природные материалы. Благодаря своим свойствам все более широкое применение в качестве природных сорбентов-носителей находят древесные опилки, целлюлоза, торф, а также мох. Мох достаточно новый вид природного носителя, который можно использовать в качестве загрузки, однако на настоящий момент проведено недостаточно исследований возможности его широкого промышленного применения.
						БГТУ 00.00.ПЗ
Изм.	Кол.уч.	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Разраб.	Ковалевич А.			Введение	Стадия	Лист	Листов
Пров.							1	2
Консульт.				БГТУ 7140607 2004
Н. контр.
Утв.

Целью данной дипломной работы является изучение сорбционных свойств мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам, а также изучение сорбционной способности системы «мох-микроорганизмы» и выявление доли участия каждого компонента этой системы в процессе биосорбции металлов (ионов кадмия(II) и меди(II)).

Исследования велись в следующих направлениях:

1. Изучение возможности применения Pseudomonas aeruginosa для извлечения тяжелых металлов из разбавленных водных растворов;

2. Изучение сорбции металлов мхом вида Sphagnum;

3. Определение сорбционной способности сложной системы «мох-микроорганизмы»;

4. Изучение кинетики сорбции металлов мхом, микроорганизмами и системой «мох-микроорганизмы»;

5. Определение влияния концентрации ионов тяжелых металлов на жизнедеятельность микроорганизмов.

СОДЕРЖАНИЕ Введение …………………………………………………………………………………5 Аналитический обзор …………………………………………………………… 7 Тяжелые металлы …………………………………………………………………7 Сорбенты, теоретические основы сорбционных процессов……………………20 Механизм сорбции ………………………………………………………………..22 Биосорбенты и их применение …………………………………………………..22 Иммобилизация клеток микроорганизмов………………………………………25 Мох вида сфагнум ……………………………………………………………… .26 Механизм сорбции металлов микроорганизмами из растворов ………………28 Экспериментальная часть………………………………………………………...32 Методы исследований ……………………………………………………………32 2.1.1. Получение микробной суспензии ……………………………………………….32 Определение количества жизнеспособных клеток …………………………….32 Изучение сорбции металлов мхом ………………………………………………34 Определение кинетики сорбции металлов мхом ……………………………….35 Изучение сорбции металлов микроорганизмами……………………………….36 Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами………………..36 Изучение сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов……36 Определение кинетики металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов37  Copyright © yurii.ru - 2023