The article is devoted to optimization of phytoremediation of toluene in ecologically polluted areas. The tasks of optimization of phytoremediation process in closed production sites the air of which is polluted with toluene non – homogen ically are considered and solved. In order to solve the formulated task on optimization of serial phytoremediation the new notion that is intensity of phytoremediation is suggested and the averaged value of latter is imposed by limitation condition. It is shown, that upon carrying out of serial phytoremediation of sites polluted non-homogenically with toluene the optimization of phytoremediation process can be implemented by providing the non-linear dependence between the speed of removal of polluter and duration of one subcycle of remediation.
phytoremediation, toluene, pollution, vegetation, optimization, effectiveness
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 (data obrashcheniya: 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. (data obrashcheniya: 25.05.2015)
5. 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. Ukrains´kiy zhurnal klinichnoi ta laboratornoi meditsini, 2013, tom 8, № 2, s. 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. Ospanova Zh. Kh., Khanturin M. R. Fitoremediatsiya neftezagryaznennoy stochnoy vody. Vestnik OGU № 12(118), 2010, s. 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. Korotchenko I. S. Fitoremediatsiya pochv, zagryaznennykh tyazhelymi metallami (So, Ni). http://www.kgau.ru/new/all/konferenc/konferenc/2013/b5.pdf (data obrashcheniya: 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. Mustafabeyli Kh. Sh., Takhmazli M. S., Abdullaeva L. Dzh. Optimizatsiya protsessa fitoremediatsii pochv zagryaznennykh uglevodorodami. Vestnik VGU, seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya, 2014, № 2, s. 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. El´sgol´ts L. E. Differentsial´nye uravneniya i variatsionnoe ischislenie. Nauka 1969, 425 s. [Elsgolts L. E. Differential equations and calculus of variations. Moscow: Nauka, 1969, 425 p. (in Russian)]
