Основные результаты Лаборатории инженерной экологии

Доказана кавитационная активация процессов радикально-цепного окисления органических поллютантов в условиях низконапорной гидродинамической кавитации с использованием устройств струйного типа на примере биорезистентных ароматических соединений - фенолов и азокрасителей.

При осуществлении комбинированных методов окисления {Fe⁰(Fe²⁺)/H₂O₂} в режиме развитой кавитации скорость реакции окисления возрастает в 1.5 раза и полная конверсия субстрата достигается при меньшем расходе окислителя. Это обеспечивается синергизмом, возникающим при дополнительной кавитационной обработке, который реализуется за счет активации молекул реагирующих веществ, дополнительного образования гидроксильных радикалов, создания нестационарной гидродинамической обстановки на границе раздела фаз и интенсификации массообменных процессов.

Раработаны способ и устройство для реализации комбинированного метода гальванохимического окисления органических загрязнителей в кавитирующем потоке со взешенным слоем активной загрузки с использованием низконапорных генераторов гидродинамической кавитации струйного типа.

Предложена методика определения интенсивности кавитационного воздействия флуоресцентным методом с использованием реакции гидроксилирования терефталевой кислоты.

В результате работ по экспериментальному моделированию процессов каталитической деструкции нелетучих неорганических соединений - тиоцианатов пероксидом водорода с использованием в качестве реактора низконапорного гидродинамического кавитатора струйного типа разработан комбинированный метод регенерации цианида из тиоцианатных растворов ("деструкция-регенерация").

Полученные результаты перспективны для разработки технологии обезвреживания оборотных растворов цианирования золотосодержащих сульфидых руд и концентратов.

Разработаны новые нанокомпозитные материалы Fe₂O₃/Al₂O₃·SiO₂, Fe₂O₃·WO₃/Al₂O₃·SiO₂ и Fe₂O₃·MoO₃/Al₂O₃·SiO₂ на основе монтмориллонита. Материалы характеризуются высокой каталитической активностью и стабильностью в реакциях окисления фенолов водных растворах и не уступают по этим параметрам известным железосодержащим нанесённым катализаторам IC-12-74 (Fe/γ-Al₂O₃) и Fe-aerosil-200 (Fe/SiO₂). Результаты важы для разработки энергосберегающих и экологобезопасных технологий очистки сточных вод от токсичных органических соединений.

Впервые экспериментально подтверждено образование гидроксильных радикалов при облучении воды эксилампами в присутствии Н₂О₂. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования эксиламп в комбинированных окислительных технологиях очистки и обеззараживания воды.

Показано, что узкополосное ультрафиолетовое излучение эксимерных эксиламп эффективно инактивирует патогенную микрофлору в воде и на поверхности (получено 3 патента РФ).

Высокочастотная (1,7 МГц) ультразвуковая и гидродинамическая кавитационная обработка воды высокоэффективна для инактивации патогенной микрофлоры.

• Проведено исследование современного загрязнения бассейна озера Байкал хлорорганическими пестицидами (ХОП), полиароматическими углеводородами (ПАУ) и полихлорированными бифенилами (ПХБ) и определены источники поступления стойких органических загрязнителей (СОЗ) в озеро.
• Были исследованы донные отложения рек Селенга, Хаим, Турка, Баргузин, а также залива Сор-Черкалово. Были идентифицированы и количественно определены следующие СОЗ:
1. хлорорганические пестициды: п,п'-ДДТ, п,п'-ДДЭ, п,п'-ДДД, о,п'-ДДТ, о,п'-ДДЭ, о,п'-ДДД, альфа-ГХЦГ, дильдрин, бета-ГХЦГ, гамма-ГХЦГ, дельта-ГХЦГ, о,п'-ДДЭ, о,п'-ДДД, эндрин, гексахлорбензол;
2. полиароматические углеводороды: нафталин, бифенил, аценафтилен, аценафтен, флуорен, фенантрен, антрацен, 3-метилфенантрен, 2-метилфенантрен, 4-/9-метилфенантрен, 1-метилфенантрен, флуорантен, пирен, бенз(а)антрацен, хризен, бенз(b)флуорантен, бенз(k)флуорантен, бенз(e)пирен, бенз(a)пирен, перилен, индено(1,2,3)пирен, дибенз(a,h)антрацен, бенз(ghi)перилен;
3. полихлорированные бифенилы, в соответствии с номенклатурой IUPAC: ПХБ 28, ПХБ 52, ПХБ 101, ПХБ 138, ПХБ 153, ПХБ 180;
4. хлорфенолы: 2- и 4-хлорфенол, 2,4- и 2,6-дихлорфенол, 2,4,5- и 2,4,6-трихлорфенол, пентахлорфенол.
• Полученные результаты позволили оценить источники поступления ХОП, ПАУ и ПХБ и хлорфенолов в Байкальский регион.
• На основании морфологических, физиологических признаков и анализа последовательности гена 16s рДНК идентифицирован микроорганизм-деструктор 2,4-дихлорфенола (2,4-ДХФ) как Bacillus cereus, выделенный из ила пруда-аэратора Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Установлена способность данного микроорганизма разлагать 2,4-дихлорфенол при его концентрации до 560 мкМ.
• Проведен и исследован процесс иммобилизации клеток Bacillus cereus на природном цеолите Холинского месторождения Республики Бурятия. Установлена высокая деструктивная способность иммобилизованных клеток Bacillus cereus по отношению к 2,4-ДХФ. С помощью хромато-масс-спектрометрии идентифицированы продукты биодеградации 2,4-ДХФ.
• Исследован прямой фотолиз хлорфенолов УФ-излучением Xe-Br эксилампы (283 нм) и разработан комбинированный метод деградации хлорфенолов в проточном фотореакторе с использованием УФ эксилампы и последующей обработки продуктов фотолиза микроорганизмом-деструктором Bacillus cereus. Максимальная эффективность разложения хлорфенолов составляет 95%, при этом достигается утилизация основных продуктов фотолиза.
• Определена эффективность деструкции 2,4-ДХФ, гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и азокрасителей в водных растворах с использованием комбинированных окислительных процессов (АОР - advanced oxidation processes) на основе обработки УФ-излучением XeBr (283 нм) и KrCl эксиламп (222 нм) в присутствии пероксида водорода H₂O₂ и/или нанодисперсного фотокатализатора диоксида титана TiO₂.
• Проведена инактивация клеток Escherichia coli и Bacillus cereus в воде УФ-излучением KrCl-эксилампы при исходной численности 10²–10⁷КОЕ/мл. Несмотря на эффект экранирования, выявленный при облучении высококонцентрированных бактериальных сусензий, инактивация 99.9% клеток наблюдалась в течение 2-5 минут облучения.
• Установлена высокая эффективность комбинированной обработки водных суспензий Escherichia coli и Bacillus cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода и/или наночастиц TiO₂. При этом не наблюдается темновая и световая фотореактивация клеток.