Спосіб очистки стічних вод від іонів кадмію мікроорганізмами

Реферат: Спосіб очистки стічних вод від іонів кадмію мікроорганізмами включає обробку сорбентом. При цьому як сорбент використовують штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 (Desulfuromonas acetoxidans IMB B-7384), який вносять у відстійникочисник і витримують за анаеробних умов. UA 87443 U (12) UA 87443 U UA 87443 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі біології, а саме до промислової мікробіології, і може бути використана у біотехнології для очистки стічних вод різних виробництв від іонів кадмію. Відомий спосіб видалення важких металів із стічних вод [Патент на изобретение RU № 2216525 С1, кл. C02F 3/34. Способ микробиологической очистки сточных вод промышленных предприятий от ионов тяжелых металлов: цинка, кадмия и свинца. Опубл. 20.11.2003] з використанням сукупності штамів Rhodococcus rubber, а саме: ИЭГМ АС 219; ИЭГМ АС 220; ИЭГМ АС 221; ИЭГМ АС 222; ИЭГМ АС 338; ИЭГМ АС 347, які вирощують на 1,5 % м'ясопептонному агарі (МПА) і переносять у стерильне середовище наступного складу (г/л): MgSO4×7H2O - 0,2; K2НРО4 - 1,0; KNO3 - 1,0; NaCl - 1,0; СаСl2×2Н2О - 0,02; FeCl3 - 0,001; амоній ацетат - 2,0 для наступного використання. Використання сукупності штамів ускладнює процес культивування мікроорганізмів, а вирощування їх на МПА збільшує собівартість процесу очистки стічних вод. Відомий спосіб вилучення іонів кадмію з водних розчинів шляхом взаємодії гетеротрофних 9 морських бактерій у концентрації 10 кл/мл з іонами металу упродовж 2 годин при +25 °C та наступним осадженням бактерій центрифугуванням [Иваница В.А., Бухтияров А.Е., Захария А.Н. Аккумуляция кадмия морскими бактериями // Вісник Одеського національного університету. - 2002. - Т. 7, Вип. 1. - С. 200-204]. Недоліком способу є низька спроможність морських бактерій акумулювати іони металу (за 2 години поглинається лише 1-3 % іонів кадмію). Найближчим аналогом є спосіб вилучення іонів металів з води і водних розчинів [Патент України на винахід № 68007, кл. A C02F 3/34. Спосіб вилучення металів з води і водних розчинів. Опубл. 15.07.2004] шляхом внесення суспензії бактерій Pseudomonas fluorescens 1-17, 9 концентрацією 10 кл/мл, у водний розчин, що містить іони кадмію. Отриману суміш, об'ємом 50 мл, інтенсивно перемішують струшуванням упродовж 15 хв. при температурі +25 °C. Далі вносять гідроген пероксид і 0,006 М кальцій (II) хлорид для стимуляції утворення біопластівців. Отриману суміш інтенсивно перемішують упродовж 5 хв. Сформовані біопластівці відокремлюють від водного розчину центрифугуванням при 3000 g упродовж 15 хв. При цьому залишковий вміст іонів кадмію у надосадовій рідині становить 7,5 мкг/мл, а ступінь вилучення іонів кадмію - 75 %. Якщо взаємодія мікробних клітин з іонами кадмію здійснюється без додаткового внесення наведених реагентів, що забезпечують формування біопластівців, то залишкова концентрація іонів металу в надосадовій рідині сягає 44,8 мкг/мл. Недолік способу полягає в тому, що очищення водних розчинів від іонів кадмію з використанням бактерій Pseudomonas fluorescens 1-17 відбувається лише на 10,2 %. Додаткове внесення реагентів ускладнює процес та підвищує його собівартість. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити очистку стічних вод від іонів кадмію шляхом використання штаму сірковідновлювальних бактерій, що дозволить підвищити ефективність зв'язування іонів кадмію. Поставлена задача вирішується тим, що у способі очистки стічних вод від іонів кадмію мікроорганізмами як сорбент використовують штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006, який вносять у відстійник-очисник при температурі +26±2 °C і витримують 14±2 доби за анаеробних умов. З літературних джерел відомо про використання бактерій циклу сульфуру, здатних продукувати гідроген сульфід, для очистки стічних вод від іонів металів [White С., Sayer J.A., Gadd G.M. Microbial solubilization and immobilization of toxic metals: key biogeochemical processes for treatment of contamination // FEMS Microbiol. Ecol. - 2000. - Vol. 33. - P. 197-208]. Авторами вперше запропоновано використовувати штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 для очистки стічних вод від іонів кадмію шляхом взаємодії іонів металу з утвореним у процесі бактерійної сульфурредукції гідроген сульфідом та їх наступним зв'язуванням і осадженням у формі нерозчинного метал сульфіду: 2+ 2Cd +S →CdS↓ Спосіб можна проілюструвати таким прикладом. Посівним матеріалом є штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya2006, вирощений у рідкому середовищі такого складу (г/л): KН2РО4 - 0,5; NH4Cl - 1,0; СаСl2×6Н2О - 0,06; MgCl2×6H2O - 0,055; NaCl - 3,7; натрій лактат - 6,0; дріжджовий екстракт - 1,0; FeCl2×4H2O - 0,0028; натрій цитрат - 0,3; Na2S×9H2O - 0,24; суха сірка (стерилізована при 0,5 атм.) - не менш ніж 1,033. Культивування здійснюють при рН - 7,6; температурі +26±2 °C та за анаеробних умов в атмосфері аргону упродовж 4-5 діб. Штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 зберігається у Депозитарії Інституту мікробіології і вірусології імені Д.К. Заболотного НАН України з реєстраційним номером IMB В-7384 від 10 квітня 2013 року. 1 UA 87443 U 5 10 Одержану біомасу відокремлюють від середовища центрифугуванням, відмивають фізіологічним розчином і засівають у середовище аналогічного складу, яке не містить лактату та дріжджового екстракту. При культивуванні бактерій за відсутності органічних речовин у середовищі вміст утвореного гідроген сульфіду становить 3,3±0,2 мМ. Отриману біомасу переносять у біотенк з пористим наповнювачем із висхідним потоком рідини і вирощують при температурі +26±2 °C упродовж 14±2 діб за анаеробних умов. Через біотенк пропускають модельовану стічну воду, яка містить іони кадмію. В результаті дисиміляційної сульфурредукції, яку здійснюють бактерії, виділяється гідроген сульфід, що взаємодіє з іонами кадмію з утворенням нерозчинного осаду CdS. Ступінь очистки стічних вод, що містять іони кадмію у концентраціях 0,5-2,0 мМ, становить від 99,80 до 99,95 % (табл.). Іони кадмію при концентраціях понад 2,0 мМ пригнічують ріст і метаболічну активність бактерій. Культивування здійснюють упродовж 14±2 діб за анаеробних умов при +26±2 °C та рН 7,2-7,6. Таблиця Зв'язування іонів кадмію гідроген сульфідом, утвореним штамом Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 у середовищі з вихідною концентрацією клітин 0,05 г/л та елементною сіркою концентрацією 32±2 мМ № п/п 1 2 3 4 5 6 7 15 20 Концентрація іонів кадмію, мМ Концентрація кадмію сульфіду, мМ Ступінь очищення, % 0,5 0,499±0,001 99,80 0,7 0,698±0,002 99,71 1,0 0,999±0,001 99,90 1,5 1,498±0,002 99,87 2,0 1,999±0,002 99,95 2,5 2,034±0,004 81,36 3,0 1,401±0,005 46,70 Пропонований штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 (Desulfuromonas acetoxidans IMB B-7384) характеризується підвищеною стійкістю до 0,5-2,5 мМ CdCl2×H2O. Бактерії Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 є активними продуцентами гідроген сульфіду (3,3 мМ), що забезпечує зв'язування іонів кадмію у формі нерозчинного осаду кадмій (II) сульфіду. Використання запропонованого штаму сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 дозволить підвищити ступінь очищення стічних вод від іонів кадмію у 8-9 разів. Одержані результати підтверджують досягнення передбачуваного технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб очистки стічних вод від іонів кадмію мікроорганізмами, що включає обробку сорбентом, який відрізняється тим, що як сорбент використовують штам сірковідновлювальних бактерій Desulfuromonas acetoxidans Ya-2006 (Desulfuromonas acetoxidans IMB B-7384), який вносять у відстійник-очисник при температурі +26±2 °C і витримують 14±2 доби за анаеробних умов. 30 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2