Химия-металлургия ғылымдары ҚазҰТУ хабаршысы №1 2011 165

● Химия-металлургия ғылымдары
М.К. Джексенов, Е.Ж. Айбасов, Б.Б.Болатханов
НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КАТАЛИЗАТОРА «МУХАМЕДЖАН-1» ДЛЯ
ДЕТОКСИКАЦИИ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА НДМГ В ПОЗИЦИОННОМ
РАЙОНЕ КОСМОДРОМА «БАЙКОНУР»
Наличие на территории Казахстана ракетно-космического комплекса «Байконур» обостряет
проблему загрязнения окружающей среды компонентами ракетного топлива (КРТ) НДМГ и
продуктами его превращения в местах запуска ракетоносителей «Протон» и падения отделяющихся
частей ракетоносителя.
В этой связи, все более актуальными становятся вопросы локализации и утилизации
зараженных НДМГ территорий.
Одной из актуальных проблем является детоксикация почвы, загрязненной высокотоксичным
НДМГ в местах падения отделяющихся частей ракет-носителей «Протон», которые обладают
высоким мутационным и канцерогенным действием.
Существует большое количество методов дезактивации зараженных почв, но многие из них не
применяются из-за климатических условий Центрального Казахстана. Перспективным в этом
отношении является применение каталитических технологий для дезактивации почв от НДМГ.
В качестве катализатора мы предлагаем использовать катализатор на основе природного
цеолита как доступного и эффективного сырья. Метод детоксикации почв в местах пролива НДМГ
основан на каталитическом разложении НДМГ на молекулярный азот и метан катализатором
«Мухамеджан-1», защищенный патентом РК № 15583 от 01.02.05 г. НДМГ взаимодействует с
катализатором «Мухамеджан-1» с образованием молекулярного азота и метана по реакции:
(CH3)2NNH2 + KtOX = N2 + 2 CH4 + KtRED
(1)
Реакция регенерации отработанного катализатора КТRed кислородом воздуха описывается
следующим образом:
КТRed + О2 = КtОх
(2)
Окисление НДМГ катализатором «Мухамеджан-1»
протекает
по
сложному
многоступенчатому механизму. Температура проведения каталитического окисления НДМГ 5-30оС.
Исходная концентрация НДМГ: в пределах 10 000 – 100 000 ПДУ, при предельно допустимом
уровне (ПДУ), равном 0,1 мг/кг.
Послойный отбор проб почвы проводили почвенным буром с контрольных точек – с
поверхности (0-10 см), на глубинах 10-20 см – сразу после проведения детоксикации (обработки)
почвы для определения исходной концентрации НДМГ и через 24, 48, 72 ч после обработки – для
оценки степени очистки. Количество контрольных точек – 5-6 на каждом участке.
Обработку и анализ проб почвы на содержание НДМГ проводили две стационарные
лаборатории: ОАО «ВПК» «НПО машиностроение» и филиала ФГУП «ЦЭНКИ» «ЦЭНКИКОМ» (г.
Байконур).
Результаты эксперимента по дезактивации зараженной почвы от НДМГ катализатором
«Мухамеджан-1» на площадках 31 и 196 в позиционном районе космодрома «Байконур» приведены в
табл. 1.
Таблица 1. Содержание НДМГ в контрольной и очищенной почве
Участок 1 (песчаная почва, 31 площадка, нагрузка НДМГ = 10 г/кг)
№ площадки
1к
1к
7 «Мухамеджан-1»
7 «Мухамеджан-1»
ҚазҰТУ хабаршысы №1 2011
Уровень отбора
0–10 см
10-20 см
0-10 см
10-20 см
Количество НДМГ, мг/кг
8000
600
170
50
165
● Химия-металлургия ғылымдары
Участок 1 (песчаная почва, 31 площадка, нагрузка НДМГ = 1 г/кг)
№ площадки
1к
1к
7 «Мухамеджан-1»
7 «Мухамеджан-1»
Уровень отбора
0–10 см
10-20 см
0-10 см
10-20 см
Количество НДМГ, мг/кг
200
30
40
5
Участок 1 (глинистая почва, 196 площадка, нагрузка НДМГ = 10 г/кг)
№ площадки
1к
1к
7 «Мухамеджан-1»
7 «Мухамеджан-1»
Уровень отбора
0–10 см
10-20 см
0-10 см
10-20 см
Количество НДМГ, мг/кг
17000
550
4000
170
Участок 1 (глинистая почва, 196 площадка, нагрузка НДМГ = 1 г/кг)
№ площадки
1к
1к
7 «Мухамеджан-1»
7 «Мухамеджан-1»
Уровень отбора
0–10 см
10-20 см
0-10 см
10-20 см
Количество НДМГ, мг/кг
300
30
170
7
Исходя из данных табл. 1, наблюдается следующая динамика процесса сорбции НДМГ из
почвы различной концентрации. При концентрации 10 г/кг, что соответствует 100 000 ПДК для почв,
через 24 ч происходит 99% детоксикация НДМГ катализатором «Мухамеджан-1».
Для изучения влияния катализатора «Мухамеджан-1» на микроорганизмы в почве были
проведены модельные эксперименты по изучению влияния каталитического метода очистки почвы от
НДМГ на микробиологическую трансформацию почвы.
Материалы и методы
Численность микроорганизмов подсчитывали путем ряда последовательных разведений в
стерильной водопроводной воде и высева их в агаризованную питательную среду с последующим
подсевом выросших колоний.
Основными средами для выделения микроорганизмов служили агаризованные питательные
среды. Для определения общего количества микроорганизмов использовали питательный бульон
следующего состава (г/л): пептон – 5,0; натрия хлорид – 5,0; мясной экстракт – 1,5; дрожжевой
экстракт – 1,5. Для выделения актиномицетов – среда 2 Гаузе (г/л): бульон Хоттингера – 50 мл;
пептон – 5; хлорид натрия – 5; глюкоза – 10. Для выделения грибов – среда Чапека (г/л): сахароза –
30; нитрит натрия – 2; фосфат калия двухзамещенный – 1; сульфат магния – 0,5;% хлорид калия – 0,5;
железо сернокислое – 0,01.
Для повышения частоты выделения актиномицетов использовали метод внесения антибиотиков
как селективных агентов. Канамицин вносили в среду 2 Гаузе в концентрации 25 мкг/мл, после
предварительного растворения в стерильной водопроводной воде /1/.
Морфологию клеток изучали визуально на микроскопе Polyvar.
Взвешивали почвенные образцы на весах 54-S/A, 51g/0,1 mg cat. – Mettler-Toledo-Nr.11103007.
В табл. 1 и 2 представлены средние результаты из трех повторностей.
Результаты и обсуждение
Установлено, что в исходном варианте почвы до обработки НДМГ катализатором
«Мухамеджан-1» общее количество микроорганизмов в 1 г почвы составляет 24000 тыс. КОЕ/г
ҚазҰТУ хабаршысы №1 2011
166
● Химия-металлургия ғылымдары
(колонии с гладкой поверхностью составляют 79% и колонии с шероховатой поверхностью – 21%),
микроскопических грибов 1700 тыс. КОЕ/г, актиномицетов – 3 тыс. КОЕ/г.
После обработки почвы (20 г) в течение 24 ч №% катализатором «Мухамеджан-1» (2 мл) общее
число микроорганизмов снизилось до 340 тыс. КОЕ/г, причем процент шероховатых колоний
повысился до 35%. Микроскопические грибы в опытных образцах не обнаружены. В результате
обработки почвы НДМГ, без внесения катализатора «Мухамеджан-1», общее количество
микроорганизмов составило 200 тыс. КОЕ/г и 0,1 тыс. КОЕ/г микроскопических грибов (табл. 2).
Наличие актиномицетов будет определено в последующих опытах.
Таблица 2. Действие НДМГ и катализатора «Мухамеджан-1» на микрофлору почвы
Варианты
Количество колонеобразующих единиц на 1 грамм почвы, (тыс. КОЕ/г)
Актиномицеты
Микроскопические грибы
3
1700
Общее количество
микроорганизмов
24000
0,1
0
200
340
Исходная бурая
почва
НДМГ
Катализатор
«Мухамеджан-1»
Таблица 3. Действие катализатора «Мухамеджан-1» на микрофлору почвы, подвергшейся
воздействию различных концентраций НДМГ
№
пп
Тип почвы
Масса
почвы
Объем
НДМГ
(95%),
мл
Время,
час
Объем
катализатора
Концен.
катали-затора
1
2
3
4
5
6
7
Бурая
300
0,6
6
12
24
48
72
48
72
30
30
30
30
30
60
120
3%
Количество
коленобразующих
единиц на 1 грамм
почвы, (тыс. КОЕ/г)
0
0
0
0
0,1
0
0
30
32
35
44
20000
120
20
Как показано в табл. 2, при внесении в почву 95% НДМГ в количестве 0,6 мл на 300 г почвы, и
последующей обработки 3% катализатором «Мухамеджан-1» объемом 30 мл через 6 ч общее
количество микроорганизмов в почве составило 30 тыс. КОЕ/г, через 12, 24 и 48 ч – 32, 35 и 44 тыс.
КОЕ/г, соответственно, а через 72 ч – 20000 тыс. КОЕ/г, т. е. с течением времени общее количество
микроорганизмов после обработки катализатором «Мухамеджан-1» практически восстанавливалось
до прежней величины. При этом в почве обнаруживались преимущественно колонии с шероховатой
поверхностью. Наличие микроскопических грибов в обработанной катализатором почве не
обнаружено и только через 72 ч после обработки определено 0,1 тыс. КОЕ/г.
При внесении в почву катализатора в количестве, превышающую предыдущий вариант в 2 раза,
общее содержание микроорганизмов в ней через 48 ч составило 120 тыс. КОЕ/г, микроскопических
грибов – не обнаружено. Восстановления прежнего количества микроорганизмов не произошло. При
увеличении концентрации катализатора в 4 раза после обработки общее количество микроорганизмов
составило 20 тыс. КОЕ/г, микроскопические грибы не обнаружены.
Лучшим вариантом для обработки катализатором «Мухамеджан-1» почвы, загрязненной
НДМГ, по данным эксперимента, является внесение 3%-го катализатора в объеме 30 мл в течение 72
ч. Внесение в почву, не загрязненную НДМГ, катализатора «Мухамеджан-1» ведет к значительному
снижению числа почвенных микроорганизмов.
ҚазҰТУ хабаршысы №1 2011
167
● Химия-металлургия ғылымдары
Таким образом, катализатор «Мухамеджан-1» можно использовать при обезвреживании
ракетного топлива НДМГ в местах падения отделяющихчастей ракет-носителей «Протон».
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков Г.Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. Л., Химия, 1983.
2. Сарнер С. Химия ракетных топлив. М., Мир, 1969 г.
3. Паушкин Я.М. Химия ракетных топлив. М., Изд. АН СССР, 1962.
4. Зрелов В.Н., Серегин Е.П. Жидкие ракетные топлива. М., Химия, 1975.
5. Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1976.
6. Глушко В.П. Жидкое топливо ракетных двигателей. М., ВВИА им. Жуковского, 1936.
7. Чернышев Н.Г. Химия ракетных топлив. М.-Л., Гостоптехиздат, 1948.
8. Одрит Л., Огг Б. Химия гидразина. М., ИЛ, 1954.
9. Греков А.П. Органическая химия гидразина. Киев, Техника, 1966.
Поступила 3.12.10
ҚазҰТУ хабаршысы №1 2011
168