Дипломная (вкр): Оценка метанолутилизирующей активности биопрепарата экологического назначения для очистки окружающей среды от метанола

Оценка метанолутилизирующей активности биопрепарата экологического назначения для очистки окружающей среды от метанола

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии - МВА имени К.И.Скрябина»

Ветеринарно-биологический факультет

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Направление подготовки 19.03.01 «Биотехнология»

Квалификация (степень) - Бакалавр биотехнологии

На тему: «Оценка метанолутилизирующей активности биопрепарата экологического назначения для очистки окружающей среды от метанола»

Студентки IV курса ветеринарно-биологического факультета

Богаш Александры Сергеевны

Научный руководитель

Доктор биологических наук, профессор

кафедры иммунологии и биотехнологии

ФГБОУ ВО «МГАВМиБ МВА им К.И. Скрябина»

М.Ю. Волков

МОСКВА 2017

Введение

Загрязнение почвенного покрова и водной среды, обусловленное наличием значительных источников загрязнения (главными из которых являются: промышленные предприятия, сельское хозяйство, транспорт, жилые дома и бытовые предприятия), приводят к тому, что токсические вещества накапливаются и способствуют постепенному изменению компонентного состава почв и водных бассейнов, нарушая химические, биохимические и микробиологические характеристики среды обитания живых организмов.

Одним из основных источников загрязнения почв являются промышленные предприятия, в твердых и жидких отходах которых постоянно присутствуют различные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые микроорганизмы и их сообщества. Одним из таких соединений, представляющих серьезную проблему, обусловленную его высокой токсичностью и приводящему к возникновению экологических рисков, связанных со сбросами в окружающую среду на предприятиях газовой промышленности, является метанол. [2,3].

На объектах газовой промышленности разрешается использовать метанол только как средство предотвращения или разрушения кристаллогидратных пробок в аппаратах, приборах и газопроводах, а также для обработки призабойных зон газовых скважин. При этом очень большое количество операций с метанолом в ходе одной поставки. Каждая операция - потенциальный риск срыва всей поставки и возможной транспортной аварии, и соответственно розлива метанола и загрязнения окружающей среды. [1]

В настоящее время для очистки воды от метанола предлагается использовать стандартные технологии очистки, такие, как активный ил.

Недостатком их является низкая скорость деградации, необходимость дополнительной очистки образующихся органических соединений.

К биодеградации метанола способны также многие микроорганизмы (бактерии, дрожжи, микроскопические грибы). При этом основными агентами биодеградации метанола являются бактерии.

Таким образом, создание универсального и эффективного биопрепарата-метанолдеструктора, состоящего из композиции микроорганизмов, способных не только перерабатывать метанол, но и сопутствующие нефтепродукты (газовый конденсат), и одновременно облагораживать обработанную среду является актуальной задачей.

Цель настоящей работы состоит в оценке метанолутилизирующей активности биопрепарата экологического назначения для очистки окружающей среды от метанола.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

. выбор компонентов и штаммов биопрепарата с наибольшей скоростью накопления биомассы и глубиной разложения метанола, обосновать соотношения штаммов микроорганизмов метанолутилизаторов, их концентрации в конечной форме биопрепарата;

. определить критические концентрации метанола в воде и почве, позволяющих использовать биопрепарат

. оценить возможность применения биопрепарата в морской воде, засоленной почве;

. разработка ТУ на биопрепарат;

микроорганизм метанол биопрепарат засоленный

1.      Обзор литературы

1.1.   Использование метанола в газовой промышленности

Техногенные газовые гидраты могут образовываться в системах добычи газа: в призабойной зоне, в стволах скважин, в шлейфах и внутрипромысловых коллекторах, в системах промысловой и заводской подготовки газа, а также в магистральных газотранспортных системах. В технологических процессах добычи, подготовки и транспорта газа твердые газовые гидраты вызывают серьезные проблемы, связанные с нарушением протекания этих процессов.

Для борьбы с гидратами разработан ряд методов, показанных на рисунке 1, в том числе и методы, использующие химические реагенты - ингибиторы гидратообразования.

Рисунок 1. Методы борьбы с техногенным гидратообразованием в газопромысловых и газотранспортных системах

Наиболее распространенным методом предупреждения гидратообразования в системах сбора является ввод ингибитора гидратообразования (метанол).

Основным методом предупреждения гидратообразования на установках подготовки природного газа к транспорту, также, как и в случае борьбы с гидратообразованием в системах промыслового сбора углеводородного сырья, является ввод ингибитора гидратообразования (метанол).

В настоящее время на действующих месторождениях Крайнего Севера России в качестве ингибитора гидратообразования используется практически только метанол. Метанол - широко распространенный антигидратный реагент, используемый как для предупреждения гидратообразования, так и для ликвидации возникающих по каким-либо причинам гидратных отложений (несплошных гидратных пробок).

Повсеместное использование метанола в качестве ингибитора гидратообразования на газодобывающих предприятиях России обусловлено следующими причинами:

относительно низкой стоимостью (по сравнению с другими ингибиторами гидратообразования), широко развитой промышленной базой. Производство метанола может быть развернуто непосредственно в местах потребления - газовых промыслах;

высокой технологичностью процесса ввода и распределения метанола в требуемые участки технологической цепочки; отпадает необходимость в блоке приготовления реагента, что, например, является характерной особенностью применения ингибиторов неэлектролитов;

наивысшей среди известных ингибиторов антигидратной активностью, сохраняющейся даже при низких температурах;

очень низкой температурой замерзания концентрированных растворов метанола и исключительно малой их вязкостью даже при температурах ниже -50 °С;

сравнительно малой растворимостью метанола в нестабильном конденсате, особенно при контакте нестабильного газового конденсата с отработанным (насыщенным) водным раствором метанола, концентрацией менее 50 масс. %;

некоррозионностью метанола и его водных растворов;

наличием достаточно простых технологических схем регенерации отработанных растворов;

принципиальной проработанностью в настоящее время вопросов утилизации и захоронения промышленных стоков, содержащих метанол, в связи с постоянно возрастающими требованиями к охране окружающей среды;

высокой эффективностью реагента не только для предупреждения гидратообразования, но и при ликвидации возникающих при нарушениях технологического режима несплошных гидратных пробок (отложений) в промысловых коммуникациях (скважинах, шлейфах, коллекторах, АВО, теплообменном оборудовании).

Взамен чистого метанола практически с той же антигидратной эффективностью можно использовать технические сорта, а также его водные растворы.

Однако использование ингибиторов на основе метанола имеет ряд серьезных недостатков, к которым прежде всего относятся:

очень высокая токсичность (как при действии паров, так и при попадании на кожные покровы и внутрь организма), а также высокая пожароопасность;

возможность выпадения солей при смешивании с сильно минерализованной пластовой водой и, как следствие, солеотложения в промысловых коммуникациях;

эффект ускоренного роста кристаллогидратов в присутствии разбавленных водных растворов метанола недостаточной концентрации для предупреждения гидратов;

высокая упругость паров метанола (нормальная температура кипения ~ 65 °С), связанная с этим его очень высокая растворимость в сжатом природном газе и, соответственно, повышенный удельный расход метанола.

Промышленная и экологическая безопасность работы с метанолом на объектах газовой промышленности

Безопасность работы с метанолом на объектах газовой промышленности России, определяется различного рода документами (инструкции, санитарные правила, правила безопасности, ГОСТы), указанными в Сборнике документов по безопасности работы с метанолом на объектах газовой промышленности России. [12, 13, 14]

Основным документом указанного сборника, регламентирующим применение метанола, является Инструкция о порядке получения от поставщиков, перевозки, хранения, отпуска и применения метанола на объектах газовой промышленности, утвержденная заместителем Министра газовой промышленности М.И. Агапчевым 7 июля 1975 года и согласованная с Минздравом СССР N 122-19/134-4 от 27.05.75 и МВД СССР 14.05.75. [12]

Порядок применения метанола на технологические нужды определяется в соответствии с утвержденными проектами обустройства газовых месторождений, «Правилами технической эксплуатации магистральных газопроводов» и «Правилами безопасности в нефтегазодобывающей промышленности».

Ответственность за обеспечение необходимых условий для правильной организации работ с метанолом и контроль за соблюдением настоящей Инструкции возлагается на руководителей предприятий.

Руководители объединений и управлений обязаны специальным приказом определить предприятия, в которых разрешается создание базовых складов метанола, а также обеспечить места и условия его содержания на производственных объектах.

Высокая токсичность метанола и его пожароопасность обуславливают необходимость строгого соблюдения требований техники безопасности, что практически сводит к минимуму возможность отравлений метанолом подготовленного технического персонала. Тем не менее, всегда существует вероятность аварии на любом этапе применения метанола в качестве ингибитора гидратообразования на том или ином объекте газовой промышленности, и, в результате, розливы метанола, загрязнение окружающей среды и отравление персонала.

Тем более вероятность аварии увеличивается с ростом потребления метанола в качестве ингибитора гидратообразования.

Основные требования на качество товарного природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам, регламентируются ГОСТом 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам. Технические условия».

По существу, предотвращение гидратообразования является одним из элементов подготовки газа к транспорту. При этом, чем ниже температура реализации технологических процессов добычи, сбора и промысловой подготовки газа, тем выше вероятность образования гидратов и тем больше ингибиторов, а именно метанола, требуется для предотвращения процесса выпадения гидратов. [15-17]

1.2.   Свойства метанола

Метанол (CAS 67-56-1) - бесцветная жидкость с запахом, напоминающим запах этилового спирта. Горючая жидкость (категория 1), высокотоксичное вещество (категория 1), обладающее репродуктивной токсичностью 1B и токсичное для определенных органов (при многократном воздействии). [18]

Внешний вид: Бесцветная прозрачная жидкость

Запах: Характерный запах спирта средней интенсивности

Порог восприятия запаха: обнаружение: 4,2 - 5960 промилле (среднее геометрическое) 160 промилле; распознавание: 53 - 8940 промилле (среднее геометрическое) 690 промилле: Не определяется

Точка замерзания: -97,8°C

Точка кипения: 64,7°C

Область кипения: Не определяется

Температура воспламенения: 11,0°C

Растворимость: Полностью растворим

Частный коэффициент:Log P (oct) = -0,82

Давление пара: 12,8 кПа при 20°C

Высший предел взрываемости: 36,5 %

Низший предел взрываемости: 6%

Температура самовоспламенения: 464°C

Растворимость в других жидкостях: Растворяется в любых пропорциях в этиловом спирте, бензоле, других спиртах, хлороформе, диэтиловом эфире и прочих эфирах, а также в сложных эфирах, кетонах и большинстве органических растворителей.

Критическая температура: 239,4°C

Удельный вес: 0,791 при 20°C

Скорость испарения: 4,1 (n-бутилацетат = 1)

Плотность пара: 1,105 при 15°C (воздух = 1)

Температура разложения: Не определяется

Чувствительность к ударам: Отсутствует

Чувствительность к статическому разряду: Низкая

ПДК-СВК: 200 промилле, кожа (262 мг/м3);

ПДК-КПУВ: 250 промилле, кожа (328 мг/м3);

ДУВ-СВК: 200 промилле, кожа

СВК-КПУВ: 250 промилле, кожа. [18-23]

Критическое воздействие ПДК: невропатия, нарушения зрения и центральной нервной системы.

Доза, непосредственно опасная для жизни и здоровья: 6000 промилле, острая токсичность у животных при вдыхании. [20]

Метанол - яд, действующий на нервную и сосудистую системы. Токсическое действие метанола обусловлено так называемым «летальным синтезом» - метаболическим окислением в организме до очень ядовитого формальдегида. Приём внутрь 5-10 мл метанола приводит к тяжёлому отравлению (одно из последствий - слепота), а 30 мл и более - к смерти.

Токсичность для окружающей среды: НЕ ДОПУСКАТЬ попадания в канализационный коллектор или источники водоснабжения.

Находясь в пресной или соленой воде, метанол способен оказывать серьезное воздействие на водную флору и фауну. Исследования токсического действия метанола на бактерии водоочистных сооружений показали незначительное влияние на его усвоение при уровне 0,1%, в то время как концентрация 0,5% замедляла усвоение. Метанол разлагается на двуокись углерода и воду.

Устранение в условиях окружающей среды:

Разложение микроорганизмами: Легко разлагается микроорганизмами в воде и почве.

Бионакопление:

Устранение в почве: Согласно схеме классификации, приблизительное значение величины Кока, равное 1 и полученное с помощью структурного метода оценки, указывает на высокую мобильность метанола в почве. Улетучивание с поверхности влажной почвы является важной составляющей устранения метанола при значении постоянной закона Генри, равной 4,55х10-6 (атм. м3/моль). Возможность улетучивания метанола с поверхности сухой почвы может существовать при давлении пара, составляющем 127 мм рт.ст. Важным фактором устранения метанола также является разложение его микроорганизмами.

Устранение в воде: Согласно схеме классификации, приблизительное значение величины Кока, равное 1 и полученное с помощью структурного метода оценки, указывает на то, что метанол не поглощается взвешенными твердыми частицами или осадком.

Интенсивность улетучивания метанола с поверхности воды определяется значением постоянной закона Генри, равной 4,55X10-6 (атм. м3/моль). Используя эту постоянную и метод оценки, находим продолжительность полуулетучивания метанола для эталонной реки и эталонного озера, которая будет составлять 3 и 35 дней соответственно. Согласно схеме классификации, значение фактора биоконцентрации (ФБК), не превышающее 10 и измеренное у рыб, указывает на низкую степень накопления метанола в водных организмах. Гидролиз и фотолиз на освещенной солнцем поверхности воды не будут играть значительной роли в процессе устранения метанола, поскольку у данного соединения нет функциональных групп, подверженных гидролизу или абсорбирующих свет в условиях окружающей среды. При проведении различных отборочных исследований метанол продемонстрировал подверженность быстрому разложению бактериями очистных сооружений и осадочными культурами, что указывает на то, что в условиях водоемов будет иметь место устранение его микроорганизмами.