Спосіб очищення грунтової води від нітратів

Спосіб очищення фунтової води від нітратів, який включає контактування ґрунтової води з імобілізованиими у гелі клітинами деніфифікуючих бактерій, який відрізняється тим, що в якості мобілізованих клітин використовують Paracoccus denitrificans та формування геля здійснюється на поверхні синтетичного носія. Винахід належить до способів очищення фунтової води від нітратів. Відомий спосіб очищення фунтової води від нітратів ( Пат. United States Patent, Ne 4715958, Кл. C02F 003/08; C02F 003/10, опубл. 1987 р.). який включає нанесення денітрифікуючого агента на носій, насичений органічною речовиною. Як носій використовується пісок, фавій та інші пористі мінеральні матеріали, а також поліетилен, поліпропілен, поліуретан, силіконові полімери та Інші. Як органічну речовину, нанесену на носій, використовують шар карбогідратів або целюлозу товщиною 0,1 - 1 0 мм. Недоліками способу в: - слабке закріплення денітрифікуючого агента на носїї, за рахунок адсорбції клітин на поверхні органічної речовини, яка нанесена на носій. За прототип винаходу нами бупо прийнято спосіб видалення нітратів з поверхні підземної води, зокрема питної (Пат. United States Patent 4756318, Кл. C02F 003/30, C02F 003/34, опубл. 1988 р.). Суть способу полягає в тому, що видалення ніфатів здійснюють іммобілізовані мікроорганізми в гелі або в полімері. Як іммобілізовані мікроорганізми використовують клітини Miuococcus denitnficans, розташовані в альгінатному гелі. Для метаболізму клітин мікроорганізмів та протіканню біологічної денітрифікації в середовище вводять водень і розчинний діоксид вуглецю. До недоліків даного способу можна віднести: • еикористовані мікроорганізми здійснюють лише автотрофну біологічну денітрифікацію; - використований гель з іммобілізованими клітинами не має фіксованого розміщення в реакторі, внаслідок чого в процесі експлуатації зменшується поверхня контакту з водою, яку очищують, і виникають значні гідродинамічні навантаження. В основу винаходу було покладено задачу створення способу очищення фунтової води сільськогосподарських районів від нітратів шляхом контактування фунтової води з іммобілізованими клітинами деніфифікуючих бактерій в гелі, який закріплений на поверхні синтетичного носія з визначеною просторовою структурою, що забезпечує зменшення ніфатів у фунтовій воді шляхом протікання біологічної деніфифікації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі очищення фунтової води від нітратів, який включає контактування фунтової води з іммобілізованими у гелі клітинами деніфифікуючих бактерій. Згідно винаходу в якості іммобілізованих клітин використовують Paracoccus denitrificans та формування гелю здійснюється на поверхні синтетичного носія. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному. Як денітрифікуючі бактерії використовують Paracoccus denitrificans. які здійснюють при контактуванні з фунтовою водою біологічну деніфифікацію. Причому at бактерії здатні виконувати як автотрофну, так і гетеротрофну денітрифікацію. Так, в залежності від джерепв енергії, метаболізм може бути представлений у такому вигляді: в разі використання етанолу 5С 2 Н 5 ОН • 12NO 3 - ЮНСОз • 2ОН • 9Н*О • 6N 2 в разі використання водню: 2NOs + 5Н 2 — N 2 + 4Н 2 О • 2ОН Альгінат натрію є полімером, який складений із залишків О-мануронової і L-глюкуронової кислот у вигляді: ю ю ю со о» 35515 При взаємодії іону полімеру з іонами кальцію утворюється гель, який за зовнішнім виглядом нагадує желатин Цей полімер використовується д г я іммобілізації біокатал'заторів, в тому числі може бути застосований для іммобілізації клітин денітрифікуючих бактерій При змішуванні клітин денітрифакаторів із розчином альгінату натрію отримується однорідний розчин, що наноситься на синтетичний носій Bios ' * , складений із полівінілхлоридних волокон, які переплетені у вигляді сітки Подальше витримування носія у розчині СаСІ 2 сприяє гелеутворюванню альгінатного розчину з іммобілізованими клітинами денггрифікуючих бактерій на поверхні носія Отриманий носій має незмінне просторове розташування та постійну поверхню контакту Це дозволяє певним чином закріпити його в реакторі біологічної очистки води Концентрація розчину альгінату натрію може бути і 1 % та 4 % Але використання 1 % розчина альгінату натрію недоцільне, тому що отримується нестійкий гель, що протягом декількох діб починає розчинятися у воді, яка досліджується Використання більше 4 % розчину також недоцільне, тому що збільшуються витрати на реагент Контактування ґрунтової води з іммобілізованими клітинами у гелі проводять при рН 7 2 - 7.5 Це зумовлене тим, що клітини Paracoccus denitnficans при цих значеннях рН існують та розмножуються, і це значення є характерним для ґрунтової води Контактування фунтової води з іммобілізованими клітинами у гелі проводять при температурі 10 - 2 8 й С Інтервал 15 - 20° С більш притаманний для існування клітин Paracoccus denitnficans, тому при цьому значенні температури найбільш ефективно вилучаються нітрати з ґрунтової води 91 94% Поєднання запропонованих ознак дозволяє забезпечити очікуваний технічний результат зменшення концентрації нітратів у ґрунтової воді шляхом проведення біологічної денітрифікації Використання запропонованого способу очищення фунтової води від нітратів у порівнянні з існуючими способами забезпечує такі переваги. а) використання клітин мікроорганізмів, здатних здійснювати гетеротрофну та автотрофну денітрифікації, що дає змогу використовувати різноманітні джерела енергії при очищенні ґрунтової воДИ, б) іммобілізація клітин у альгінатному гелі сприяє захисту клітин від впливу негативних факторів зовнішнього середовища, в) нанесення гелю з іммобілізованими клітинами на носій сприяє швидкому формуванню біоплів ки, що значно зменшує час для формування природної біоплівки, і дає можливість регулювання Л товщини, г) носій з шаром гелю з іммобілізованими клітинами має незмінну поверхню контакту та постійне гідродинамічне навантаження, д) температура проведення біологічної денітрифікації наближається до природних значень, що дозволяє проводити очистку ґрунтової води в природних умовах, є) запропонований спосіб очищення ґрунтово? води від нітратів є дешевим і нетоксичним Спосіб здійснюється таким чином Розчин альгінату натрію з вмістом альгінату 1 і 4 % змішують із Змл мікробної суспензії клітин Paracoccus denitnficans і отриману суміш наносять на синтетичний носій Вю-S™ Носій вводять у 2 % розчин СаСІг для формування шару геля з іммобілізованими клітинами на поверхні носія Отриманий таким чином носій помішають у реактор, де відбувається очистка ґрунтової води від нітратів Значення рН води 7 2 - 7 5 , тривалість контактування - 72 год Приклади здійснення способу Приклад 1 Для очищення ґрунтової води використовують альгінатний гель із іммобілізованими клітинами, який нанесений на синтетичний носій з вмістом альгінату натрію 1 % Грунтові води містять концентрацію ІОНІВ !МОз 39 1 мг/л , рН ґрунтової води становить 7.5 Тривалість контактування ґрунтової води з носієм становила 72 год, темпе-* ратура води складала 28°С Після цього очищені грунтові води видаляли з реактора і визначали в них вміст іонів ЫОз на іоному хроматографі. Отримані результати наведені в таблиці Очищення ґрунтової води за умов прикладу 1 ( при температурі 28 е С і концентрації гелю альгінату натрію 1 % ) є неефективним у зв'язку з тим, що 1%-ий гель не стійкий, розчиняється у воді, і при цій температурі біологічна денітрифікація здійснюється лише на 4 8 % Інші приклади здійснення способу також наведені у таблиці Як видно з даних таблиці ( приклад 3,4 ) реалізація способу при температурі 15 і 20° С і концентрації альгінату натрію 4 % забезпечує очистку нітратвмістних ґрунтових вод від іонів нітрату зі ступенем очищення не менше 91 - 9 4 % Здійснення способу за умов, що виходять за межі оптимальних інтервалів { приклад 3,4 ) знижує ефективність очищення, в залежності від умов ступінь очищення іонів нітрату становить лише 48 - 8 8 % Отримані дані показують, що використання запропонованого способу, у порівнянні з існуючими способами, забезпечує ефективну очистку ґрунтової води сільськогосподарських районів від нітратів за допомогою іммобілізованих клітин денітрифікуючих бактерій Paracoccus denitnficans в альгінатному гелі, який закріплений на поверхні синтетичного носія 35515 Таблиця № прикладу Вміст альгінатного гелю, % 1 2 3 1 4 4 4 4 5 4 Вміст нітратів у ґрунтовій воді, мгМОз/л 39,1 Температура контактування, °С Тривалість контактування, 28 10 15 20 28 72 28,3 21,4 34,2 зо.е Тираж 72 72 72 72 50 екз Поліграфічний комбінат ВАТ 'Патент* •ул. Гагаріиа, 101. м Ужгород, В8000, Україна (03122) 3-72-89 2-59-54 Вміст нітратів в очищеній ґрунтовій % очищення ВОіДІ, МгМОэ/Л 17,5 14,6 1,3 3,1 3,7 55 48 94 91 ее