Статья посвящена оптимизации процесса фиторемедиации толуола на экологически загрязненных участках. Рассмотрена и решена задача оптимизации процесса фиторемедиации замкнутых производственных участков с негомогенным уровнем загрязнения воздуха толуолом. Для оптимизации последовательной фиторемедиации вводится понятие интенсивности фиторемедиации, на усредненное значение которого налагается ограничение. Показано, что при последовательной фиторемедиации участков, загрязненных толуолом, в случае негомогенности загрязнения участков для оптимизации процесса фиторемедиации по предложенному критерию должна быть обеспечена нелинейная зависимость между скоростью удаления загрязнителя и длительностью одногоподцикла очищения.
фиторемедиация, толуол, загрязнение, растительность, оптимизация, эффективность
1. Введение в проблему
Толуол относится к группе ароматических углеводородов. Будучи токсичным химическим соединением, толуол загрязняет воздух и может оказать вредное воздействие на организм человека [1–2]. Толуол (С7Н8), или метилбензол, фенилметан, метацид, — бесцветная летучая жидкость, способная воспламеняться и взрываться в воздухе. Толуол — химический продукт, вырабатываемый при переработке нефти [3–4]. Толуол оказывает сильное вредное воздействие на живые организмы и считается ядовитой технической жидкостью. Вдыхание паров толуола может вызвать угнетение центральной нервной системы, а при повторном вдыхании происходит хроническое отравление [5], возникают мышечная слабость, расстройство желудка, нервно-психические нарушения, проявляется депрессия или возбужденное состояние.
Вышеуказанные свойства толуола диктуют необходимость разработки и совершенствования различных методов очищения замкнутых территорий, загрязненных нефтепродуктами, в том числе толуолом. Одним из эффективных методов очищения замкнутых производственных участков, загрязненных толуолом, является фиторемедиация — использование растений для очищения загрязненной среды, включая воздух, почвы, осадки и поверхностные воды. Фиторемедиация экономически эффективная и экологически совместимая технология для очистки окружающей среды от ряда загрязнителей — нефтяных углеводородных соединений, хлорсодержащих растворителей, пестицидов, тяжелых металлов и др. [6, 7, 8].
Процесс фиторемедиации делится на этапы: забор органических соединений из очищаемой среды; аккумулирование или обработка этих химических веществ с помощью процессов лигнификации, волатилизации, метаболизации и минерализации.
1. US EPA. Office of Air and Radiation.(ANR-445).Report to Congress on indoor air quality. Vol. II: Assessment and control of indoor air pollution. EPA/400/1-89/001C. August 1989.
2. Kostiainen R. Volatile organic compounds in the indoor air of normal and sick houses Atoms. Environ. 1995. 29:693-702.
3. EPA. 1990. Drinking Water Criteria Document for toluene ECAO-CIN-408. Environmental Criteria and Assessment. Office of Health and Environmental Assessment, U. S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH, July 1990. www.epa.gov/dwstandardsregulations (дата обращения: 25.05.2015)
4. Toxicology and carcinogenesis studies of toluene (CAS No. 108-88-3) in F344/N rats and B6C3F1 mice (inhalation studies). Technical Rept. Series No.371. http://www.researchgate.net/publication/255090972_Texicology_and_carcinogenesis_studies_of_toluene_CAS_No_108-88-3_in_F344Nrats_and_B6C3F1mise. (дата обращения: 25.05.2015)
5. Витрищак С. В., Бондаренко В. В., Изоркина И. И., Гаврик С. Ю., Бондаренко М. В., Санмна Е. В. Воздействие толуола на организм человека и меры профилактики // Украiнський журнал клiнiчноi та лабораторноi медицини, 2013, том 8, № 2, с. 12-16. [Vitrishchak S. V., Bondarenko V. V., Izorkina I. I., Gavrik S. Yu., Bondarenko M. V., Sanmna E. V. Vozdeystvie toluola na organizm cheloveka i mery profilaktiki [Toluene impact on the human body and prevention]. Ukrains’kiy zhurnal klinichnoi ta laboratornoi meditsini [Ukrainsky magazine klinichnoi that laboratornoi Medicine]. 2013, V. 8, I. 2, pp. 12-16.]
6. Оспанова Ж. Х., Хантурин М. Р. Фиторемедиация нефтезагрязненной сточной воды // Вестник ОГУ № 12(118), 2010, с. 73-78. [Ospanova Zh.Kh., Khanturin M. R. Fitoremediatsiya neftezagryaznennoy stochnoy vody [Phytoremediation oily wastewater]. Vestnik OGU [Vestnik OSU]. 2010, I. 12(118), pp. 73-78.]
7. Коротченко И. С. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами (Со, Ni). http://www.kgau.ru/new/all/konferenc/konferenc/2013/b5.pdf (дата обращения: 25.05.2015) [Korotchenko I. S. Fitoremediatsiya pochv, zagryaznennykh tyazhelymi metallami (So, Ni) [Phytoremediation of soils contaminated with heavy metals (Co, Ni)]. Available at: http://www.kgau.ru/new/all/konferenc/konferenc/2013/b5.pdf (accessed 25 May 2015)]
8. Kathi S., Khan A. B. Phytoremediation approaches to PAH contaminated soil. Indian Journal of Science and Technology, 2011, vol.4, № 1. p.56-63.
9. Мустафабейли Х. Ш., Тахмазли М. С., Абдуллаева Л. Дж. Оптимизация процесса фиторемедиации почв загрязненных углеводородами // Вестник ВГУ, серия: Химия. Биология. Фармация, 2014, № 2, с. 72-75. [Mustafabeyli Kh.Sh., Takhmazli M. S., Abdullaeva L. Dzh. Optimizatsiya protsessa fitoremediatsii pochv zagryaznennykh uglevodorodami [Optimization of the process of phytoremediation of soils contaminated with hydrocarbons]. Vestnik VGU, seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya [Vestnik VSU series Chemistry. Biology. Pharmacy]. 2014, I. 2, pp. 72-75.]
10. James C. A., Strand S. E. Phytoremediation of small organic contaminants using transgenic plants.Curr/ Opin. Biotechnol. 2009, 20(2), p. 237-241
11. Kim K. J., Yoo E. H., Kays S. J. Decay Kinetics of Toluene Phytoremediation Stimulation. Hort. Scince. 47(8), p.1195-1198.
12. Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление // Наука 1969, 425 с. [Elsgolts L. E. Differential equations and calculus of variations. Moscow: Nauka, 1969, 425 p. (in Russian)]
