Сугак Н.Ю. Способы уничтожения взрывчатых материалов. Химическое разложение взрывчатых веществ в кислотной и щелочной средах - файл n1.doc

приобрести
Сугак Н.Ю. Способы уничтожения взрывчатых материалов. Химическое разложение взрывчатых веществ в кислотной и щелочной средах
скачать (883 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc883kb.16.09.2012 15:15скачать

n1.doc

  1   2   3   4


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова»

Н.Ю. Сугак

СПОСОБЫ УНИЧТОЖЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ
МАТЕРИАЛОВ. ХИМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ


В КИСЛОТНОЙ И ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДАХ
Учебное пособие


Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета
им. И.И. Ползунова

2007

УДК 66.012.34

Рецензенты: зав. лаб. ИПХЭТ СО РАН д.х.н. Г.Т. Суханов;

с.н.с. ФГУП «ФНПЦ «Алтай» Б.В. Ларионов;

доцент к.т.н. Г.Я. Петрова
Сугак, Н.Ю.

Способы уничтожения взрывчатых материалов. Химическое разложение взрывчатых веществ в кислотной и щелочной средах: учебное пособие / Н.Ю. Сугак.  Алт. гос. техн. ун-т, БТИ.  Бийск: Изд-во Алт. гос. тех. ун-та, 2007.  63 с.
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов специальности 240701 «Химическая технология органических соединений азота» и является практическим руководством при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Химическая технология энергоемких материалов» и «Технология взрывчатых веществ».
УДК 66.012.34

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры
химической технологии органических веществ ФХТиМ.

Протокол № 134 от 30.03.2007 г.

 Сугак Н.Ю., 2007




БТИ АлтГТУ, 2007

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ_______________________________________________

4

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ_______________________________

5

1 ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УНИЧТОЖЕНИЯ ВВ______________

6

1.1 Общие правила физического уничтожения ВВ______________

6

1.2 Способы физического уничтожения ВВ___________________

6

2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УНИЧТОЖЕНИЯ ВВ_____

9

3 БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ (БИОДЕСТРУКЦИЯ) ВВ___

14

4 ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ВВ________________

19

4.1 Тринитротолуол_______________________________________

19

4.2 Гексоген и октоген_____________________________________

29

4.3 Тетранитрат пентаэритрита (ТЭН)________________________

37

5 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ_______________________________

42

5.1 Свойства взрывчатых веществ___________________________

42

6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО
РАЗЛОЖЕНИЯ ВВ_________________________________________


49

6.1 Общие правила химического разложения ВВ_______________

49

6.2 Химическое превращение взрывчатых веществ

в кислотных средах_______________________________________


50

6.3 Химическое превращение ВВ в щелочных средах___________

51

6.4 Методики анализа_____________________________________

54

ЛИТЕРАТУРА_____________________________________________

56

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Стабильность гексогена в среде серной
кислоты___________________________________________________


59

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Стабильность октогена в среде серной

кислоты___________________________________________________


60

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Разложение тетранитрата пентаэритрита
в среде серной кислоты______________________________________


61

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Разложение тротила в водном растворе
сульфита натрия____________________________________________


62

ВВЕДЕНИЕ
В учебном пособии представлены литературные данные о методах уничтожения взрывчатых веществ (ВВ). Приведены методики химических методов уничтожения, разработанные и внедренные в лабораторный практикум на кафедре химической технологии органических веществ по дисциплинам «Химическая тех­нология энергоемких материалов» и «Технология взрывчатых веществ». Внедрение лабораторных работ по химическому уничтожению взрывчатых веществ в учебный процесс отвечает требованиям по технике безо­пасности, исключающим временное хранение ВВ.

Препаративные методы химического разложения бризантных взрывчатых веществ: гексогена, октогена, тетранитрата пентаэритрита и химического превращения тринитротолуола в кислых и щелочных средах  описаны в классической литературе, но некоторые вопросы недостаточно полно освещены и противоречат более поздним литературным данным. Работа содержит информацию о физико-химических и взрывчатых свойствах взрывчатых веществ, теоретические данные о химизме протекающих процессов, а также результаты исследования основных технологических закономерностей протекающих процессов.


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВ взрывчатое вещество;

ВМ взрывчатый материал;

ТЭН пентаэритриттетранитрат;

Г гексоген;

О октоген;

ТНТ тринитротолуол;

К конверсия ВВ (возврат ВВ), % и г;

Mr молекулярная масса, г;

[СК] концентрация серной кислоты,%;

[АК] концентрация азотной кислоты, %;

[NaOH] концентрация гидроокиси натрия NaOH, %;

SO3общ общее содержание триоксида серы, %;

SO3св свободное содержание триоксида серы, %;

?р время реакции, мин;

Т температура реакции, єС;

m масса, г;

Мк модуль конверсии, весовое соотношение реагента

и взрывчатого вещества;

?20 плотность при температуре 20єС, г/смі;

ПДК предельно допустимая концентрация;

?выд время выдержки, мин;

?доз время дозировки, мин;

Твыд температура выдержки, єС;

Vск объем серной кислоты, мл.

1 ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УНИЧТОЖЕНИЯ ВВ
1.1 Общие правила физического уничтожения ВВ [1]
Пришедшие в негодность и не отвечающие требованиям технических условий или стан­дартов взрывчатые материалы подлежат уничтожению.

Уничтожение взрывчатых материалов производится по письменному распоряжению заведующего кафед­рой. О каждом таком уничтожении ВМ должен составляться акт. В акте должно быть ука­зано коли­чество и наименование уничтоженных взрывчатых материалов, причины и способ уничтожения. Акт составляется в двух экземплярах, которые предназначаются сейфу хранения взрывчатых материалов и для хранения документа на кафедре.

Уничтожением взрывчатых материалов должны руководить ответственные за хранение ВВ. Уничтожение смёток ВВ должно проводиться по необходимости. Составление акта в этом случае не требуется.

Взрывчатые материалы разрешается уничтожать взрыванием, сжиганием, потоплением и растворением в воде.

Для уничтожения взрывчатых материалов взрыванием или сжиганием должна быть подготовлена удобная площадка, вокруг которой для предупреждения распространения огня следует образовать очи­щенную от горючего материала и дерна кольцевую зону. Размеры площадки устанав­ливаются лицом, руководящим уничтожением ВМ.
1.2 Способы физического уничтожения ВВ

1.2.1 Уничтожение взрыванием

Взрыванием разрешается уничтожать детонаторы, детонирующий шнур, взрывчатые вещества, если есть уверенность в полноте их взрыва.

Количество взрывчатых материалов, допустимое к уничтожению взрыванием за один прием, и место унич­то­жения должны устанавливаться в каждом отдельном случае, сообразуясь с местными условиями и с учетом расчета безопасных расстояний.

Если к месту производства взрывов будет доставлена сразу вся партия ВМ, подлежа­щего уничтожению, и если уничтожение намечено производить по частям (несколько приемов), то взрывчатые материалы должны помещаться с наветренной стороны за прикрытием и на рас­стоянии согласно требо­ваниям безопасных расстояний.

Уничтожение должно проводиться электрическим и (в крайнем случае) огневым способом. Патронированные взрывчатые вещества уничтожаются пачками. Детонаторы должны уничтожаться в любой упаковке, зарытой в землю. Шнур должен прокладываться к уничтожаемым взрывчатым веществам с подветренной стороны.

При пониженной детонационной способности уничтожаемых взрывчатых веществ, для достижения полноты детонации необходимо взрывать такие ВВ в ямах, закрытых щитами, а боевики располагать сверху, непосредственно на уничтожаемых взрывчатых веществах.

1.2.2 Уничтожение сжиганием

Для уничтожения бризантных ВВ лучшим способом является сжигание их, для чего во дворе разводят небольшой костер, в который с наветренной стороны бросают по 10 или 15 г уничтожаемого бризантного ВВ. Не следует забрасывать следующую порцию, пока не сгорело предыдущее взрывчатое вещество. Различные взрывчатые вещества лучше сжигать по отдельности, не смешивая их. Необходимо следить за тем, чтобы в костре не было металлических предметов. Около костра иметь запас взрывчатого вещества не более 200 г.

Сжиганием можно уничтожать только такие взрывчатые вещества, которые сгорают в открытом пространстве без взрыва. Взрывающиеся взрывчатые вещества, не способные гореть,  инициирующие взрывчатые вещества  уничтожают их подрывом.

При уничтожении сжиганием дымных порохов они рассыпаются дорожками шириной не более 10 см и на расстоянии между ними не менее 5 м. Одновременно разрешается поджигать не более трех дорожек с порохами.

Для поджигания костра с подветренной стороны прокладывается дорожка легковоспламеняющегося материала (стружки, хворост, бумага и так далее). Дорожка поджигается.

Костер должен быть настолько большим, чтобы в него не прихо-дилось подкладывать горючий материал во время сжигания взрывча-того материала. Приближение к месту сжигания разрешается лишь тогда, когда будет полная уверенность, что горение взрывчатого материала закончилось.

По окончании сжигания необходимо убедиться, что на площадке не осталось несгоревших взрывчатых материалов. Для этого надо осторожно разрыть золу деревянными лопатками и обнаруженные несгоревшие взрывчатые материалы собрать и сжечь так, как указано выше.

Сжигание взрывчатых материалов должно производиться только при сухой погоде.

1.2.3 Уничтожение потоплением

Уничтожение неводоустойчивых взрывчатых веществ потопле-нием не разрешается производить в реках, озерах, каналах и так далее (только в открытом море; при этом должны быть приняты меры, устраняющие всплывание уничтожаемых ВВ).

1.2.4 Уничтожение растворением в воде

Растворением в воде уничтожаются неводоустойчивые только аммиачно-селитренные ВВ и дымный порох. Растворение допускается в металлических, стеклянных и иных сосу­дах. Нерас­творимый остаток собирается и уничтожается сжиганием.

1.2.5 Использование или уничтожение тары из-под ВМ

Освободившаяся тара должна быть тщательно очищена от остатков ВМ. Тара от ВВ, содержащих жидкие нитроэфиры, кроме того, должна быть осмотрена на отсутст­вие следов экссудата и промыта щелочной водой. Тара со следами экссудата должна быть уничтожена [1].


2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УНИЧТОЖЕНИЯ ВВ
2,4,6-Тринитротолуол, гексоген, октоген широко используются для производства про­мышленных ВВ. Существуют следующие физико-химические методы уничтожения ВВ и обра­ботки сточных вод [2]:

- обработка сточных вод поверхностно-активными веществами (четвертичное аммо­ниевое основание);

- метод адсорбционной очистки с последующей деструкцией озоном или перекисью водорода (в качестве адсорбента используют: акриловые или сти­роловые полимеры с поперечными связями, активированный уголь, а также двуокись кремния и окись алюминия на активи­рованном угле);

- каталитическое озонирование;

- метод окислительного хлорирования;

- электрохимический метод;

- каталитическое восстановление органических веществ с использованием в качестве катализаторов металлов переходной валентнос-
ти [2];

- очистка «красной» воды озонированием, окислением перекисью водорода и ультрафиолетовым облучением [3];

- использование ультразвука высокой интенсивности для разрушения нитроароматических соединений [4];

- виброобработка взрывчатых материалов [5];

- комбинированный биологическо-химический процеcc минерализации тринитротолуола [6];

- cовмещённые плазменно-каталитические процессы [7].

Взрывчатое вещество 2,4,6-тринитротолуол, один из наиболее распространенных и стойких загрязнителей на прежних оружейных заводах и военных базах, совместно метаболически восстановливают илом (смешанными культурами) после установки по очистке сточных вод. Указанная обработка облегчает минерализацию в последующей стадии – фотохимической [6]. В аэробных условиях основными продуктами восстановления являются аминодинитротолуолы. Большое количество нитроароматики (около 30 %) адсорбируется илом. В анаэробных условиях тринитротолуол полностью превращается в аминодинитротолуолы и диаминонитротолуолы, при этом наблюдается только незначительная адсорбция в ил. Группой китайских ученых [3] исследован процесс окислительной деструкции тринитротолуола (ТНТ), тринитроароматических соединений (ТНАС) под действием озона O3 в воде. Установлено, что скорость окислительной деструкции ТНТ весьма мала при обработке только озоном O3 и значительно повышается при комбинировании обработки озоном с ультрафиолетовым
УФ-облучением (ртутная Hg-лампа низкого давления, 30 Вт). Повышение кислотности (рН < 7) не улучшает эффективности удаления ТНТ; на 1 мг ТНТ расходуется от 2 до 3 мг озона, и после удаления ТНТ в растворе остаются медленно разлагающиеся ТНАС, поэтому озон-ультрафиолет O3-УФ окислительная обработка экономически не подходит для окончательной очистки сточных вод от ТНАС [3].

Отмечается, что нитробензол (НБ) в настоящее время широко используется в различных промышленных технологиях, в грунтовые воды (ГВ) поступает в результате инфильтрации через почву и другими путями [8]. НБ отличается высокой токсичностью, биодеструкции не поддается. Исследовались различные способы обработки ГВ, содержащих НБ, в том числе в процессах фотокаталитической деструкции и в восстановительных реакциях с использованием элементарного железа Fe(0). Установлено, что при этом образуются изомеры нитрофенола, а также нитроароматические соединения. Сообщается об исследованиях, в ходе которых пробы ГВ облучались от источника гамма-излучения, которым являлся радиактивный кобальт ({60}Cо). Грунтовые воды содержали нитробензол в концентрациях 0,2, 0,4 и
0,8 ммоль/л, полная деструкция НБ наблюдалась через 100, 160 и 300 минут соответственно. Установлено, что это происходило в результате воздействия гидроксил-радикалов, образующихся, в свою очередь, при воздействии гамма-излучения [8].

В ИГХТУ (г. Иваново) предложен метод плазмохимической обработки сточных вод для их обезвреживания от высокотоксичных фенолов [7]. Этот метод обеспечивает высокие показатели эколого-экономической эффективности, возможность дальнейшей оптимизации работы оборудования без значительных затрат на техническое переоснащение. Плазмохимическая обработка сточных вод является одной из наиболее перспективных среди других методов химии высоких энергий.

Была выполнена серия экспериментов по плазмохимической обработке модельных водных растворов и реального поверхностного стока на установке, конструкция которой обеспечивала максимальную эффективность процесса плазмохимической очистки воды от органических загрязнителей (рисунок 1).

Основной элемент экспериментальной установки – реактор с коаксиальным расположением электродов из молибденового стекла
С-49-2 (внутренний диаметр 12 мм, длина 760 мм, зона горения плазмы поверхностно-барьерного разряда варьировалась от 10 до 300 мм). Расстояние между изолированным и неизолированным электродами составляло 2 мм. Величина диэлектрического барьера составляла 1,7 мм. Разрядное устройство герметично закрывалось крышками, выполненными из ПТФЭ, по центру которых был укреплён неизолированный электрод ( 8 мм), изготовленный из алюминиевого сплава. В нём было высверлено отверстие глубиной 50 мм, через которое осуществлялся ввод подвергаемого очистке водного раствора, который поступал непосредственно на слой пористого гидрофильного материала (толщина 1 мм), покрывающего центральный электрод из ёмкости. Отвод очищенного раствора осуществлялся через аналогичное отверстие, расположенное внизу электрода. Объём раствора, подаваемый на очистку, варьировался от 0,019 до 0,556 мл/с. При увеличении расхода воды, содержащей загрязнитель, наблюдалось нарушение плёночного режима течения жидкости, частичное заполнение раствором объёма реактора и, как следствие, прекращение горения плазмы барьерного разряда.

1 – электроды; 2 – стеклянная трубка (диэлектрик);
3 – втулка из ПТФЭ; 4 – герметик; 5 – гидрофильный материал
Рисунок 1  Элемент реактора с коаксиальным расположением
электродов

Для подачи газовой смеси и удаления газообразных продуктов в стеклянный корпус реактора (диэлектрик) были вварены два патрубка на расстоянии 720 мм друг от друга (рисунок 2). В качестве плазмообразующего газа использовался технический кислород (99,8 %, основные примеси азот N2 и аргон Аr). Расход газовой смеси составлял
3,2 см3/с. Барьерный разряд возбуждали от высоковольтного трансформатора (переменный ток с частотой 50 Гц), величина приложенного к электродам напряжения составляла 16 кВ. В качестве модельных загрязнителей были выбраны фенол и его производные – резорцин и пирокатехин с различной начальной концентрацией. При проведении исследований контролировали содержание фенолов в воде до и после плазмохимической обработки.

1  баллон с кислородом; 2  ротаметр; 3  разрядник; 4  приемная емкость; 5  расходная емкость; 6 – высоковольтный трансформатор;
7  вольтметр; 8  ЛАТР
Рисунок 2  Схема экспериментальной установки
Обработку водных растворов фенолов проводили в присутствии соединений, проявляющих каталитические свойства, и без них. В первом случае перед пуском обрабатываемой воды в установку в зоне горения плазмы на гидрофильный, инертный материал (стекловолокно), покрывающий центральный неизолированный электрод, предварительно наносили катализатор, в качестве которого использовали медь- или никельсодержащие соединения. Конечными продуктами процесса разложения являлись низкомолекулярные продукты окисления. Образующиеся продукты деструкции менее токсичны по сравнению с исходными, и метод рекомендуется для использования в системах для очистки сточных вод, содержащих в своем составе различные фенолы.

В работе приводится сравнительная оценка энергозатрат на очистку воды от фенолов предлагаемым методом по сравнению с использованием озоновых технологий и комбинированных методов очистки воды. К этим методам относятся типичные гомогенные окислительные системы, такие как озон-ультрафиолет (O3-УФ), ультрафиолет-перекись водорода (УФ-H2O2), ультразвук (US), ультразвук-озон
(O3-US), реактив Фентона (H2O2-Fe2+), а также фото-Фентон
(H2O2-Fe2+-UV).

Для оценок были приняты следующие затраты на реактивы: H2O2 – 0,056 $ США/моль; FeSО4Ч7H2O – 0,118 $ США/кг; цена за 1 кВтЧч была принята 0,1 $ США; O3 – 20 кВтЧч/кг, то есть 0,04 $ США/моль; ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм – 0,304 Вт/л и эффективности УФ-источника света 15 %.

Эксплуатационные затраты на очистку воды с помощью плазменно-каталитических процессов складываются лишь из затрат на электроэнергию. Затратами на вещества, проявляющие каталитические свойства, пренебрегали, так как их масса, наносимая на поверхность гидрофильного материала и необходимая для очистки 1 м3 загрязнённой воды, не превышала одного грамма. Стоимость электроэнергии, стоимость очистки 1 м3 воды по расчетным данным составляет 0,042 $ [7].

3 БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ (БИОДЕСТРУКЦИЯ) ВВ
Нитроароматические соединения (2,4-динитрофенол, пикриновая кислота, 2,4,6-три­нит­ротолуол и другие) представляют распространенную группу ксенобиотиков, присутст­вую­щих в стоках химических предприятий, производящих взрывчатые вещества, краси­тели, пес­тициды. Попадание нитрофенолов в окружающую среду может представлять опасность для экосистем. В связи с этим деградация нитроароматических соединений яв­ляется актуальной проблемой. Существуют следующие виды биологического разложения ВВ в сточных водах:

- микробиологическое превращение ТНТ под воздействием активного ила;

- очищение культурами Azotobacter agillis, Pseudomonas;

- микробиологическое восстановление ТНТ до амино- и гидроксиламинопроизвод­ных культурами Bacillius subtilis;

- двухступенчатый процесс биологической очистки в анаэробно-аэробном режиме бак­те­риями рода Citrobacter, Bacillius, Enterobacner и Escherchia;

- стимулирование влияния глины на процесс аэробной бактериальной деструкции глины [2];

- электроферментативный метод, совмещающий электрохимические и ферментативные реакции [9].

При производстве и захоронении ВВ возникает опасность загрязнения окружающей среды. Представлены данные о биодеградации ТНТ, гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазина (ГТТ) и других ВВ. Сжигание почв для очистки требует значительных затрат. При фитоочистке могут образоваться более токсичные, чем загрязнитель, производные. Восстановление нитрогрупп характерно для микроорганизмов. Использование гетерологичных культур для биоде­градации ТНТ приводит к образованию аминонитротолуо­лов. Ферментами, участвующими в данном процессе, являются кислород О2  чувствительные нитроредуктазы (НР) (цитохромы), катализирующие превращение нитрогруппы в ради­кал, немедленно окисляющийся кислородом О2, и не чувст­вительные к кислороду О2 НР (флавопротеины), катали­зирующие двухстадийное превращение нитро­группы в нитрозо-, гидроксиламино-, аминогруппы. К бактериям, использующим ТНТ как единственный источник субстрата, относится Pseudomonas (продуктами биоочистки являются ди-, мононитрото­луолы, толуол, тетранитроазокси-димеры) [10]. Изучали особенности биодеградации in situ тринитротолуола (ТНТ), 2,4-динитротолуола (2,4-ДНТ) и 2,6-динитротолуола
(2,6-ДНТ) местными микробными сообществами (ММС), присутствующими в почве и в водоносных слоях в окрестностях уже закрытого завода боеприпасов близ Велдон Спринг в Миссури, США. Показали трансформацию ТНТ, 2,4-ДНТ и 2,6-ДНТ в промежуточные амино-нитросоединения за период от 20 до 70 дней. Исследования
ММС-минерализации по атому углерода (C) этих соединений с помощью как немеченых (ТНТ, 2,4-ДНТ и 2,6-ДНТ), так и радиоактивных [({14}C) ТНТ] субстратов выявили, что значительная часть исследуемых нитроароматических соединений превращается под действием ММС в двуокись углерода CO2. Показано, что ММС в Велдон Спринг способны к минерализации ТНТ и ДНТ, присутствующих в таких высоких концентрациях, которые полностью подавляют плесневый гриб Phanaerochaete chrysosporium. Заключается, что участие в биотрансформации ТНТ и ДНТ гриба P. chrysosporium, вообще-то способного минерализовать эти соединения, в данном случае сомнительно [11].

Из различных водоемов северо-западной Флориды собирали донные осадки с минимальным содержанием песчаного слоя и извлекали из них ферменты. В аэробных условиях в присутствии донора электронов указанные ферменты восстанавливают 2,4,6-тринитротолуол. Происхождение этих ферментов еще не установлено, так как в осадках содержатся и микроорганизмы, и растительные остатки. Ферментативная активность ингибируется нагреванием или под действием протеаз. Установлено, что эти ферменты присутствуют в осадках из водоемов как с пресной, так и с соленой водой [12].

Американскими исследователями проведена работа по изучению возможности использования энзимов, прежде всего содержащихся в шпинате и молоке для разрушения тринитротолуола и других взрывчатых веществ, накопленные запасы которых в США составляют
500 тысяч тонн. В особенности хорошие результаты получены с использованием ферредоксин-редуктазы и глутатион-редуктазы, выделенных из шпината. Процесс расщепления ВВ можно эффективно вести в водной фазе при обычной температуре и нормальном давлении без добавления токсичных компонентов. Получен патент на предложенную технологию разрушения взрывчатых веществ [12].

Бактерии Enterobacter cloacae (РВ2), продуцирующие фермент PETN-редуктазу (PETN), в своей жизнедеятельности используют ТНТ как источник азота. Альтернативно PETN-редук­таза может быть использована для деструкции ТНТ. РВ2 и PETN, а также компо­зиции на их основе могут быть выращены в биореакторах и затем введены в зара­женные объекты (воду, почву) или культивироваться в указанном объекте, обеспе­чивая свой рост за счет де­струкции ТНТ и рекультивируя таким образом зараженную среду. Разработан также способ определения присутствия ТНТ в образцах, взятых из окружающей среды, включающий спектроскопию в ультрафиолетовой УФ и видимой области и окрашивание пробы в присутствии определенных реактивов [13].

Ленденманом, Спэйном и Сметсом спроектирована пилотная установка сопряженного аэробного биоразложения изомеров 2,4- и
2,6-динитротолуола в реакторе в кипящем слое частиц воска с иммобилизованной биопленкой [14]. Определено, что биопленка обеспечивает эффективное биоразложение в низкоконцентрированной смеси указанных субстратов. Использован реактор ёмкостью 1,5 литра (диаметром 52 мм), заполненный 0,74 кг песка (фракция от 0,425 до 0,595 мм) при аэрации. Нагрузку по органическим примесям постепенно увеличивали от 35 до 600 мг в день при концентрации от 1 до 40 мг/л. Степень разложения динитротолуолов достигает 98 %. На основе анализа обрабо­танных стоков сделан вывод о полной минерализации ароматических нитропродуктов. Присутствующие в реакционной среде нитритокисляющие бактерии обеспечивают выделение азота в виде нитратов. Отмечена целесообразность дальнейшего исследования процесса на основе полученных данных [14].

Для утилизации промышленных сточных вод, содержащих ТНТ, используется метод комбинированной биологически-химической переработки. Используется метаболическое восстановление илом (смешанные культуры) до аминодинитротолуола и диаминонитротолуола. Указанная обработка облегчает минерализацию ТНТ и соответствующих продуктов его неполного восстановления в последующей стадии  фотохимической [15].

Механизм биотрансформации ТНТ микроорганизмами интенсивно исследуется. Вместе с тем вопрос о механизме его токсического действия на микроорганизмы остается открытым. Токсическое действие различных веществ может не только подавлять жизнеспособность микроорганизмов, но и вызывать их метаболическую адаптацию к новым условиям существования. Концентрация ТНТ как ксенобиотика оказывает решающее значение на его трансформацию и возможность жизнедеятельности исследованных Яковлевой Г.Ю.[16] микроорганизмов: Bacillus subtilisSKI и Pseudomonas fluorescens B-3468. Было установлено, что при концентрации ксенобиотика 20 и 50 мг/л в культуральной жидкости преобладают продукты нитровосстановления (ПНВ), а при концентрации выше 50 мг/л при незначительном количестве ПНВ в среде культивирования начинают накапливаться нитриты. Увеличение количества нитритов при неизменной концентрации продуктов нитровосстановления свидетельствует об использовании клеткой ферментативных систем, приводящих к образованию продуктов трансформации ТНТ не содержащих аминогрупп и, следовательно, к изменению стратегии трансформации ксенобиотика. Переключение стратегии трансформации зависит от длительности контакта клеток с ксенобиотиком. С увеличением длительности контакта порог переключения смещается в область более низких концентраций ТНТ [16].

Установлено, что под действием оксигеназ происходит восстановление нитрогрупп. Для разложения 2,4,6-тринитротолуола используют аэробное и анаэробное воздействие оксигеназ. Нитроредуктаза, извлекаемая из микроорганизмов Escherichia coli и Enterobacter cloacae, эффективно разлагает ТНТ. Кратко описан механизм воздействия бактерий на ТНТ и другие ВВ. Указаны микроорганизмы, разлагающие ВВ, в частности, пентаэритриттетранитрат, глицеринтринитрат, в аэробных условиях (в том числе бактерии Stenotrophomonas maltophilia PB1, E. cloacae). Отмечено получение генетическим путем новых ферментов, которые могут быть использованы в указанных целях.

Наиболее предпочтительный метод для расщепления ТНТ  электроферментативный метод, совмещающий электрохимические и ферментативные реакции. В реакции применяются лигнинпероксидазы в комбинации с перекисью водорода H2O2. В качестве лигнинпероксидазы в процессе использовали Phanerochaete chrisosporium. Этот метод более эффективен по показателям скорости и энергетическим затратам, чем биохимический метод. Для электроферментативной реакции оптимальный потенциал 0,1 В. При добавке вератрилового спирта увеличиваются эффективность и коэффициент полезного действия в реакции расщепления ТНТ. Денитрификация пропорциональна количеству расщепленного тринитротолуола. Один из полупродуктов 
2,4-диамино-6-нитротолуол, образующийся в процессе окислительного расщепления тринитротолуола. Электроферментативный метод достаточно легок и эффективен для расщепления ТНТ при генерировании в среде перекиси водорода H2O2, потребляет меньше энергии, чем электрохимическое окисление, проводимое при напряжении от 0,2 до 0,4 В [9].

Тринитротолуол чрезвычайно устойчивое вещество и обладает токсическими свойствами (ПДК в рабочей зоне от 0,1 до 0,5 мг/м3, в населенном пункте от 0,0007 до 0,3 мг/м3, в водо­еме от 0,1 до
0,5 мг/м3). Тринитротолуол и сопутствующие взрывчатые вещества квалифицируются US EPA как возможные канцерогены. Сравнительная токсикологическая оценка химических стандартов ТНТ и его метаболитов (гидроксиламинодинитротолуолов (ГА) и гидридного комплекса Мейзенгеймера (Н-ТНТ)) показала, что ГА являются наиболее токсичными. В процессе биологического разложения ТНТ при исследовании микроорганизмов Paramecium caudatum, Candida sp. AN-L13, Saccharomyces sp. SZ-A1 установлен их высо­кий уровень смертности вследствие высокой токсичности даже небольших количеств ГА. Токсикологическое тестирование свидетельствует о важной роли пути через восстановление ароматического кольца ТНТ, который позволяет избежать образования высокотоксичных продуктов, ответственных за сокращение видового разнообразия микроорганизмов почвы. Это подтверждает прогноз о привлекательной роли пути, ведущего к образованию гидридного комплекса Мейзенгеймера, с точки зрения создания катаболического потенциала для эффективной биодеградации ТНТ [17].

  1   2   3   4


Бийский технологический институт (филиал)
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации