4. Ксенибиотики (кб) как зазрязняющие факторы ос. Основные источники поступления. Пути миграции и превращения.

КБ – чужеродные д/организмов соедин-я (пестициды, ПАВ, красители, лекарственные в-ва и пр.), к-е практически не включаются в циклы С, N, S, Р. Их разделяют на 3 гр: 1) продукты хоз деятельности чел (промыш-ть, сх, тран-рт), 2) в-ва бытовой хим (моющие средства, в-ва д/борьбы с паразитами, парфюмерия), 3) большинство лекарств. КБ временно или постоянно накапливаются в ОС и вредно влияют на все живое. Широкое using пестицидов, накопление различных отходов привело к загрязнения ОС – недр, воды, воздуха. Накопление КБ - опасность д/чел, употребляющего в пищу рыбу и жив-х.

Судьба хим соедин-ий, попад-х в ОС, определ-ся комплексом физ, хим и, биол факторов. Биол-я трансфор-я соед-й, попавших в ОС, м приводить к минерализации, накоплению или полимеризации.

КБ, к-е минерализуются до СО2, Н2О, NH3, SO4 и PO4, used МО в кач-ве субстратов и проходят полный метаболический цикл. Частичная трансф-ия соед-ий происх-ит в проц-ах кометаболизма или соокисления и не связана с включением образуемых продуктов в метаболический цикл МО. Нек-е аромат С-Н и синтетич-е полимеры вообще не поддаются биол трансф-ции:

Скорость и степень трансф-и КБ определяют: стр-ра и св-ва самого соед-я, фх условия среды и вид МО. Биол деградация КБ оправдана, когда происх-т их полная минерализация, разрушение и детоксикация. Это может быть достигнуто в рез-те всего одной модификации стр-ры соед-я или в рез-те серии последоват-ых модификаций соед-я с участием неск-х микробных видов.

В природе на КБ воздействую микробные сообщества. Благодаря гетерогенности микробных сообществ КБ м подвергаться биодегр-и, а наличие в микробных сообществах взаимосвязанных метаболических путей разрушения токсинов (кооперация, комменсализм, взаимоhelp) яв-ся основой д/борьбы с загряз-ем ОС.

Есть 2 пути для борьбы с загрязнением биосферы КБ: сбор и детоксикация КБ до момента попадания в ОС и трансформация или удаление КБ, попавших в среду. Причем п/повторном попадании в среду хим соед-ий время до начала их трансформации (т.н. адаптац период МО к данному субстрату) значит-но <, по сравнению с первым попаданием этого соед-я. В течение этого периода МО в ходе адаптации к токсич соед-ю, как субстрату, селектируются по способ-ти деградировать данный субстрат  естест-ым путем возникают микробные популяции, к-е м сохраняться в течение неск-их мес после полной деградации токсиканта и к моменту new поступления этого соединения уже присутствуют адаптированные МО. Т.о., после попадания КБ в ОС м выделить микробные виды, способные деградировать конкретные КБ и далее среди них вести селекцию на  скорости деградации. Меth ГИ мб used д/усовершенс-я уже сущест-х деградативных способностей микробных клеток.

Большинство пестицидов (П), попадающих в ОС в рез-те using их д/обработки сх к-р, расщепл-ся бактериями и грибами. Превращение исходного П в < сложное соединение эф-но происходит под воздействием микробных сообществ.  токсичность ряда П м утрачиваться уже на 1ой стадии микробной трасформации. Cущ-ют Ф(гидролазы, эстеразы, ациламидазы) д/проведения первичного гидролиза П и  степени их последующей деградации. На основе имм Ф возможно удаление П из СВ; Ф use also вв аэрозолей д/удаления П с промышленных установок.

Полиароматические углеводороды (полихлорбифенилы (ПХБ)) - оч уст-ые соед-я, долго присутст-ют в ОС зс адсорбции и плохой миграции. МО не способны глубоко деград-ть эти соединения, но способны модиф-ть их (с образ-ем new типов соединений, п/это молекулы с низкой степенью хлорирования разрушаются). К таким в-вам относят бензапирен, полистирол (МО растут на стироле и разрушают ингибитор полимеризации, происходит полимеризация стирола и полистирол осаждается).

Галогенсодержащие (ГС) КБ – облад-ют  токс-ю и плохой деград-тью, т.к. присутствует трудно расщепляемая галоген-углерод связь. Нек-е ГС соед-ия яв-ся природными образованиями и п.с. метаболиты бактерий, грибов, водорослей. Д/эфф-ой трансформации КБ need адаптация МО, включая его генетическую изменчивость. Длительные исследования путей деградации галогенсодержащих ксенобиотиков показали, что для получения суперштамма, эффективно разлагающего данные ксенобиотики, нужно модифицировать существующий катаболический механизм деградации ароматических соединений.

Биол меth also применимы д/оч-ки природной среды от нефт загрязнений – СВ нефт пром-ти и загряз-я в рез-те разлива нефти. Применяют аэрируемые системы биоочистки с АИ, содержащим адаптированное к компонентам нефти сообщество. Скорость деградации зависит от качественного состава и конц-ии С-Н, а также Т и степени аэрации среды. Наи> эф-но биодеградация осуществляется, когда нефть эмульгирована в воде. Загряз-е нефтью почвы ведет к ухудшению пахотных земель и источников питьевой воды. Д/ акт-ти деградации нефти в почве вносят удобрения (в состав вх – азот, фосфаты, мин эл-ты).

4.5.. Математическое описание структуры потока в аппарате как основа построения моделей. Функция распределения частиц потока по времени их пребывания в аппарате как качественный параметр, характеризующий гидродинамическую структуру потока. Источники неравномерности потока.

Известно, что гидродинамическая структура потока в аппарате существенно определяет эффективность и завершенность химико-технологических процессов. При этом математическая модель структуры потока является основой, на которой строится математическое описание всего химико-технологического процесса. Однако поведение потока в аппарате является настолько сложным, что в большинстве случаев не поддается строгому математическому описанию. Следовательно, необходимо найти такой параметр оценки структуры потока, который, не вдаваясь в математические подробности, позволил бы качественно его охарактеризовать. Одним из таких параметров является функция распределения по времени пребывания (РВП) частиц потока в аппарате рис. 3.1.

Рис. 3.1. Функция распределения по времени пребывания частиц потока в аппарате

Функция РВП отражает время пребывания различных долей потока в аппарате и, следовательно, характеризует длительность взаимодействия компонентов реакционной смеси.

Если известен явный вид функции РВП и кинетические закономерности процесса, то, составив математическую модель, легче определить оптимальные условия его протекания.

Характер функции РВП определяется неравномерностью потока в аппарате, имеет стохастическую природу и оценивается статистическим распределением.

Наиболее существенными источниками неравномерности потока являются:

– неравномерность профиля скоростей;

– турбулизация потока;

– наличие застойных зон;

– каналообразование, перекрестные и байпасные токи;

– температурные градиенты движущихся сред;

– тепло- и массообмен между фазами и т.д.

Рассмотрим наиболее распространенные экспериментальные методы исследования структуры потоков.

БИЛЕТ № 4

Расход сточной воды 0.45 м /с, содержание в ней взвешенных веществ 240 мг/л, коэффициент смешения  = 0.4, расход в реке 55 м/с, концентрация фона (содержание взвешенных веществ в реке) 20 мг/л. Определить предельно допустимую концентрацию взвешенных веществ и степень очистки.

Решение:

Определение необходимой степени очистки сводится к установлению величины допустимой концентрации загрязняющих веществ, с которой сточная жидкость может быть сброшена в водоем (С_ст).

Предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в сточной жидкости при выпуске в водоем определяется по формуле:

С_ст = С_ф + n р мг/л

р - величина нормативной надбавки взвешенных веществ, мг/л (0.25 мг/л).

n - коэффициент разбавления. - показывает, во сколько раз сточная вода разбавляется речной водой, участвующей в смешении в расчетном створе и определяется по формуле:

q - расход сточной жидкости, м³/с; Q - расход речной воды, м³/с;  - коэффициент смешения. Коэффициент смешения показывает, какая часть речной воды в расчетном створе смешивается со сточной.

1. Определяем коэффициент разбавления:

n = (Q + q)/q = (0.455 + 0,45)/ 0,45 = 50

2. Определяем предельно допустимую концентрацию взвешенных веществ и степень очистки:

С_ст = С_ф + n р = 20 + 500.25 = 32.5 < 240 мг/л;

К = (1-С_ст/С_об) 100 = (1- 32.5/240) 100 = 86.4 %.