Спосіб мікробіологічної деструкції ціанідів у стічних водах промислових підприємств

1. Спосіб мікробіологічної деструкції ціанідів у стічних водах промислових підприємств, який здійснюють шляхом обробки стічних вод інокулятом клітин штаму мікроорганізмів Pseudomonas fluorescens B-5040 протягом 36-120 годин під впливом електричного поля напруженістю 0,5-2,0 C2 ДЕСТРУКЦІЇ (13) (54) СПОСІБ МІКРОБІОЛОГІЧНОЇ ПІДПРИЄМСТВ ОПИС 76679 ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 3 76679 4 Метод біологічної деградації ціанідів за допомогою при стабільно невисоких концентраціях ціаніду в мікроорганізмів завдяки невисокій вартості та стічній воді (не більш ніж 15-25 мг/л). Спосіб не екологічній безпечності є реальною альтернатидозволяє досягнути ефекту очистки води до вою хімічним методам. граничнодопустимої концентрації ціаніду (0,1 мг/л), За деякими даними прикріплена мікрофлора що необхідно для скидання очищеної води у во(іммобілізована на носієві) виявляє більш високу доймища санітарно-побутового призначення і не активність, ніж вільні мікроорганізми, які знахозабезпечує стабільність процесу очистки при різкій дяться в рідкому середовищі; крім того, зміні (підвищенні) вмісту ціаніду в стічній воді. мікроорганізми, які сорбовані на носієві, є менш Задача винаходу - вдосконалення способу чутливими до дії високих концентрацій мікробіологічної деструкції ціанідів та ксенобіотиків. металокомплексів ціанідів, що містяться у стічних Складність розробки ефективних процесів водах промислових підприємств, який забезпечуочистки стічних вод, які містять ціаніди, з викоривав би високий ступінь деструкції ціанідів та знистанням мікробіологічного деструктора, ження їх вмісту до граничнодопустимих іммобілізованого на носієві, значною мірою концентрацій з досягненням стабільності процесу пов’язана з вибором носія. При цьому треба врав умовах різких коливань складу вод, які подаютьховувати ряд факторів: можливе концентрування ся на обробку. поллютанта на поверхні носія внаслідок сорбції із Поставлена задача вирішена запропонованим досить розведених розчинів, можлива каталітична способом мікробіологічної деструкції ціанідів шлядія сорбенту (носія) на біоокиснення та зниження хом обробки стічних вод інокулятом клітин штаму внаслідок цього токсичної концентрації поллютанмікроорганізмів Pseudomonas fluorescens В-5040 та, та ін. Тому до теперішнього часу вибір протягом 36-120 годин під впливом електричного відповідного носія для іммобілізації поля напруженістю 0,5 - 2,0 В/см, причому мікроорганізмів, які використовуються для мікробний деструктор вводять у вигляді біоплівки, деструкції ціанідів, проводиться емпірично. яку створюють попередньо на відповідному Відомим є процес деструкції ціанідів, які знаносієві, витримуючи носій 7-14 діб у поживному ходяться в стічній воді коксохімічного виробництва середовищі з вмістом клітин мікробного деструкв невеликих кількостях (26 мг/дм3) з використантора 0,1-1,0 г/л та ціанідів 30-50 мг/л. ням бактерій штаму Pseudomonas fluorescens Штам бактерій Pseudomonus fluorescens ВNCIMB 11764, іммобілізованих на носієві - цеоліті. 5040 депонований у Всесоюзній колекції промиЗа даними авторів, таким чином вдається повністю слових мікроорганізмів інституту утилізувати ціаніди потягом 10 годин контакту з "ВНД1Генетика"15.09.89 р. Штам виділено із мулу іммобілізованим деструктором, але при відносно хвостосховища Марджанбулакської невисоких концентраціях ціанідів вимагались золотодобувної фабрики в Узбекистані та вирощувисокі концентрації деструктора (8 г/дм3) [Suh Y.вали на агаризованій стічній воді цієї ж фабрики з J., Park J.M., Yang J.-W // Enzyme and Microbial вмістом ціанідів 100 мг/л. Technology.-1994.-16, № 6. - P.529-533]. Культурально - морфологічні ознаки штаму : Відомим також є спосіб біологічної обробки Клітини представляють собою грам негативні стічних вод золотовидобувної фабрики, які містять палички розміром від 2 до 2,5 х 0,4 до 0,5 мкм. тіоціанати, адаптованими культурами бактерій, Капсульність клітин відсутня. Клітини спор не іммобілізованими на активному вугіллі, утворюють. вулканічному туфі та суміші із пемзи та цеоліту, М'ясопептонний агар (300С, 24 г). Утворюють причому при тривалій експлуатації (близько 6 дрібні непрозорі колонії округлої форми, трохи місяців) всі носії добре утримують плівку бактерій. опуклі, край слабо волокнистий. Колір темноОднак при коливанні концентрації тіоціанату у стозелений, утворює пігмент, який дифундує у сереках, що подаються на обробку, від 0,6 до 20 мМ довище. Структура однорідна, дрібнозерниста. SCN- ступінь його деструкції (біорозклад із утвоКонсистенція в'язка. ренням NH4, СО2 та SO42-) складав всього 90% М'ясопептонний бульйон (30° С, 24 г). При [Dictor M.-C, Battaglia-Brunet F., Morin D. et al. струшуванні на гойдалці утворює рівномірне //Environ. Pollut.-1997. -97, № 3 -P. 287-294]. помутніння. При стоянні плівка не утворюється. Найбільш близьким до винаходу, який Агаризоване мінеральне середовище наступзаявляється, є спосіб мікробіологічної деструкції ного складу, г/л: К2НРO4 - 1; КН2РO4 - 2; MgSO4ферроціанідів за допомогою мікроорганізмів Pseu0,3; NaCl - 0,1; Na2CO3- 0,5; пептон - 0,5; глюкоза domonas fluorescens B-5040, у якому процес 2; NaCN - 0,1; агар - 20,0; вода - до 1л, рН від 6,5 мікробного розкладу ведуть протягом 40-120 годин до 8,5 (30°С, 24 г). Утворює дрібні напівпрозорі під впливом електричного поля напруженістю 0,5 колонії округлої форми, профіль плаский, поверх2,0 В/см, причому рекомендується накладати поле ня блискуча, краї волокнисті, колір білястий. дискретно [Патент України № 33706, МПК: C02F Позаклітинний пігмент не утворює, консистенція – 9/04, 9/14, 3/00., опубл.Бюл.№1 від 15.01.2003р.]. в’язка. Відомий спосіб забезпечує деструкцію малоКолонії на твердих та агаризованих середотоксичних кінетично інертних ферроціанідних вищах при температурі від 2°С до 4°С не ослизкомплексів, у тому числі "берлінської лазурі", одняються протягом місяця. нак його не можна застосовувати при деструкції Фізіолого-біохімічні ознаки. широкого спектра токсичних ціанідів, які знахоАероб. Температурний діапазон росту від 20°С дяться в стічній воді, наприклад, золотовидобувної до 32°С. Максимальна швидкість росту при 30°С. фабрики, або він може бути використаний лише Не росте при 42°С і погано росте при 4°С. Опти 5 76679 6 мум рН від 3,5 до 10,0. Желатину розріджує. Крохmonas fluorescens B-5040. Культивування ведуть у маль не гідролізує. Нітрати відновлює до нітритів. замкненому режимі при температурі 26-28 С, при Культура каталазо- та оксидазо-позитивна. перемішуванні та аерації протягом 7-14 діб для Ставлення до джерел вуглецю. Добре засвоює формування активної біоплівки мікроорганізмів на глюкозу, лактозу, мальтозу, сахарозу, маніт, треносієві шляхом біообростання. Кожний день в погалозу, галактозу, саліцин. Не засвоює дульцин. живне середовище додають невелику кількість Утилізує піруват та лактат. простого ціаніду, наприклад NaCN, забезпечуючи Росте в присутності 5% та 7% NaCl. Добре підтримку його концентрації в межах 30-50 мг/л, зберігається у висушеному стані. щоб уникнути наростання на носієві нестійкої до Генетичні особливості -прототроф. ціаніду сторонньої мікрофлори. Штам ідентифікований по визначнику Бергі На другій стадії біоректор, заповнений носієм з (1974) як штам виду Pseudomonas fluorescens. біоплівкою, яка сформована на першій стадії, пеМатеріали, які пропонуються використовувати реводять у проточний режим, поживне середовив якості носія при створенні біоплівки ще замінюють стічною водою, або моделюючим її мікроорганізмів деструктора, відомі і легко розчином, та, регулюючи швидкість прокачування, доступні. Перед тим, як внести відповідний носій в час контакту води з мікроорганізмами в межах від біореактор, матеріалу надається форма, що 36 до 60 годин, швидкість розведення від 0,016 до дозволяє, з одного боку, максимально використо0,028 год-1, проводять обробку при одночасному вувати його поверхню для закріплення накладенні постійного електричного поля та при мікроорганізмів, а з іншого - сприяє кращому конпостійній аерації. такту закріплених клітин зі стічною водою, яку Такий двохстадійний процес можна вести у 2 очищують. Так, загрузку із стійкої до дії води та чи більше ступенів, для чого біореактори лугу тканини вносять у формі смужок із торочками, поєднують між собою послідовно, в кожному з них йоржів, шнурів і т.п., або у вигляді комбінації створюють біоплівку на носієві та, переводячи в перелічених елементів, які вільно підвішують в проточний режим, послідовно пропускають стічну біореакторі, закріплюючи за один кінець. Спінений воду через систему біореакторів, які заповнені поліуретан та активне вугілля вносять у загрузкою носія одного виду (із одного і того ж подрібненому вигляді та підтримують в процесі матеріалу), або різними носіями. обробки в біореакторі у завислому шарі. Спінений Надалі суть винаходу пояснюється прикладаполіуретан можна вносити також у вигляді ми його конкретного здійснення, які наведені нижсуцільного блоку із наскрізними отворами, який че. повторює форму біореактора. Приклад 1 Кількість носія вибирають у межах 5 - 50% від У цьому та наступних прикладах очистку вод, об'єму поживного середовища. що містять ціаніди різного складу, проводили на В залежності від кількості ціанідів у стічних волабораторній установці, яка має 3 біореактори, дах та їх складу процес обробки за допомогою кожний із яких представляє собою посудину іммобілізованих мікроорганізмів, згідно винаходу, об'ємом 1,5 л, оснащену пристроєм для можна проводити, використовуючи один вид носія перемішування, барботером для постачання в одну або кілька ступенів обробки, або комбінацію повітря та електродами, які підключені до джерела запропонованих носіїв у різних сполученнях, припостійного струму. Біореактори можливо з'єднати чому на завершальному (останньому) ступені один із одним у будь-якій послідовності та краще застосовувати активне вугілля. підключити до перистальтичного насосу для переЕлектричне поле бажано накладати дискретно воду у проточний режим. по 5-30 секунд з перервами по 10-120 секунд проОбробці піддавали стічні води тягом періоду обробки. золотовидобувної фабрики або моделюючі їх розЯк показують наведені нижче дані (див. табл.), чини, що містять ціаніди різного складу. Спостепроведення процесу мікробіологічної деструкції реження вели протягом 3 тижнів, щодня визнаціанідів за допомогою штаму Pseudomonas fluoresчаючи ступінь деструкції ціанідів в обробленій cens B-5040, іммобілізованого на запропонованих стічній воді або розчині. Дані про ступінь деструкції носіях, в умовах, що наведені у формулі винаходу, (співвідношення у % кількості зруйнованого ціаніду дозволяє забезпечити високий ступінь деструкції до вихідної його кількості в оброблюваній стічній ціанідів, які містяться у стічних водах, та зниження воді), які одержали у прикладах 1-4, наведено в залишкового вмісту ціанідів в очищеному стоці таблиці. практично до граничнодопустимих концентрацій, а У даному прикладі здійснювали деструкцію також підвищення стабільності процесу деструкції ціанідів, що містяться у стічній воді при зміні вмісту ціаніду в широкому діапазоні його золотовидобувної фабрики у концентрації 65 мг/л. концентрацій. На першій стадії до 500 мл поживного середоТаким чином, поставлена задача вирішена із вища для вирощування мікроорганізмів додавали досягненням необхідного технічного результату. інокулят клітин мікроорганізмів Pseudomonas fluoПроцес деструкції ціанідів, згідно винаходу, rescens B-5040 у кількості 0,1 г/л та перемішували. проводять в дві послідовні стадії. Вказану суміш мікроорганізмів та поживного сереНа першій стадії в біореакторі, наповненому довища переносили в біореактор, туди ж поміщали поживним середовищем для вирощування капронову тканину, яку виготовляли у вигляді смумікроорганізмів, склад якого наведений вище при жок з торочками у кількості 37% об'ємних, яку описуванні штаму, розташовують носій, туди ж розміщували між електродами. Культивування додають 0,05 - 0,2 г/л інокулята бактерій Pseudoздійснювали у замкненому режимі при температурі 7 76679 8 26-28 С при перемішуванні та аерації протягом 14 дами. днів для отримання біоплівки на тканині шляхом На другій стадії біореактор за допомогою пебіообростання. ристальтичного насосу переводили в проточний На другій стадії біореактор підключали до пережим та заміщували поживне середовище ристальтичного насосу, переводили в проточний стічною водою. Подачу стічної води здійснювали режим та замінювали поживне середовище знизу через центральний отвір в носієві із стічною водою. Час утримання в біореакторі для поліуретану. Процес вели під впливом електричконтакту з біоплівкою мікроорганізмів становив 60 ного поля напруженістю 1,0 В/см при аерації. годин, швидкість розведення - 0,016 год-1. На цій Тривалість періодів дискретної обробки електричстадії процес проводили під дією електричного ним полем - 15с, тривалість паузи -15с. Час конполя напруженістю 1,0 В/см у режимі дискретного такту кожної порції стічної води з біоплівкою в накладання поля: тривалість періодів обробки пореакторі складав 60 годин, швидкість розведення лем становила 30 с., тривалість пауз - 20 с. Про0,016 год-1. цес проводили при аерації. Приклад 4 Приклад 2 Здійснювали деструкцію ціанідів в стічній воді Здійснювали деструкцію ціаніду в модельному золотовидобувної фабрики, яка містила 65 мг/л розчині, який містить 45 мг/л ціаніду ціанідів. тетраціанокупрату натрію [Na3Cu(CN)4]. На першій стадії в двох біореакторах На першій стадії до 500 мл поживного середоаналогічно до прикладу 1 нарощували біоплівку вища для вирощування мікроорганізмів додавали мікроорганізмів Pseudomonus fliiorescens B-5040 інокулят клітин мікроорганізмів Pseudomonas fluoна активному вугіллі. rescens B-5040 в кількості 0,2 г/л та перемішували. На другій стадії всі біореактори послідовно Вказану суміш мікроорганізмів та поживного серепоєднувалися між собою і за допомогою перидовища переносили в біореактор та туди ж вносистальтичного насосу переводили в проточний рели активне вугілля з плодових кісточок в кількості жим, замінюючи поживне середовище в них 5% об ємних. Культивування здійснювали в замкстічною водою. Час її утримання в кожному неному режимі при температурі 26-28°С, реакторі складав 36 годин, швидкість розведення перемішуванні та аерації протягом 7 діб для одер0,028 год"'. Процес обробки в кожному реакторі жання біоплівки на вугіллі шляхом біообростання. проводили під впливом електричного поля Вугілля підтримували в завислому шарі завдяки напруженістю 1,0 В/см та при аерації. Тривалість вибраному режиму аерації. періодів обробки електричним полем складала 15 На другій стадії біореактор за допомогою пес, тривалість пауз - 30с. ристальтичного насоса переводили в проточний Таблиця режим та заміщували поживне середовище розчином ціанідів, який обробляли. Час контакту розчиДані про ефективність очистки ну з біоплівкою складав 36 годин, швидкість розПоказник Приклад -1 Приклад 2 Приклад З Приклад 4 ведення - 0,028 год . 1 Ступінь Процес вели під впливом електричного поля деструкції, 99,5 99,8 99,6 100 напруженістю 0,5 В/см та при аерації. Тривалість % періодів обробки електричним полем -15с, Концентра тривалість паузи - 30с. ція ціанідів у воді після 0,33 0,1 0,18 0,00 Щоденно визначали ступінь деструкції ціанідів очистки, у стічній воді. мг/л Приклад 3 Здійснювали деструкцію ціанідів в стічній воді В таблиці наведені дані про ступінь деструкції золотовидобувної фабрики, яка містить 49 мг/л ціанідів, який був досягнутий в результаті обробки ціанідів. стічних вод запропонованим способом, а також На першій стадії до 500 мл поживного середовідомості про залишкові концентрації ціанідів у вища для вирощування мікроорганізмів додавали стічній воді після очистки. інокулят клітин мікроорганізмів Pseudomonas fluoЯк видно із наведених у таблиці даних, спосіб rescens B-5040 в кількості 0,1 г/л та перемішували. деструкції ціанідів, що заявляється, забезпечує Вказану суміш мікроорганізмів та поживного сереефективну деструкцію токсичних простих ціанідів довища переносили в біореактор, туди ж та їх металокомплексів, які містяться у стічних вовміщували носій із спіненого поліуретану, який був дах, та дозволяє знизити концентрацію цих речовиготовлений у вигляді суцільного блоку, що зайвин до значень близьких граничнодопустимим для мав 50% об'єму рідини в біореакторі та мав скидання у водоймища санітарно-побутового привертикальні наскрізні отвори, які проходили крізь значення. весь його об’єм. Носій розміщували між електроКомп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601