Спосіб очистки стічних вод від сполук шестивалентного хрому мікроорганізмами

Реферат: Спосіб очистки стічних вод від сполук шестивалентного хрому мікроорганізмами, у якому в середовище вносять мікроорганізми бактерій Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. UA 71666 U (12) UA 71666 U UA 71666 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 сполук шестивалентного хрому. Відомий спосіб біологічної очистки водного середовища від сполук шестивалентного хрому [Horton R.N., Apel W.A., Thompson V.S., Sheridan P.P. Low temperature reduction of hexavalent chromium by a microbial enrichment consortium and a novel strain of Arthrobacter aurescens II BMC Microbiology.-2006. - Vol. 6:5.-8р.], за яким використовують консорцію міроорганізмів, яка здатна відновлювати сполуки шестивалентного хрому за низьких температур. У середньому бактерії відновлювали 30 і 60 мг/л хрому за 8 і 17 діб, відповідно, при 10 °C. Протягом перших 24 годин ліофілізовані клітини консорції не відновлювали хрому. З консорції виділено чисту культуру бактерій Arthrobacter aurescens P4. A. aurescens P4 при 10 °C відновлювали 25 і 50 мг/л Сr (VI) за 3 і 5 діб, відповідно. Недоліком способу є те, що за концентрації хрому більше 100 мг/л у середовищі, його відновлення не відбувається. Відомий спосіб очищення стічних вод від хромат-іону [Camargo F.A., Bento F.M., Okeke B.C., Frankenberger W.T. Chromate reduction by chromium-resistant bacteria isolated from soils contaminated with dichromate // J. Environ. Qual.-2003. - Vol. 32. - P. 1228-1233.], який містить використання консорцій та чистих культур мікроорганізмів для детоксикації середовища від Сr (VI) за різної концентрації металу у середовищі за різних умов навколишнього середовища. Виділені хромрезистентні бактерії толерантні до 2500 мг/л Сr (VI), але більшість виділених штамів резистентні до хрому і відновлюють його у концентрації до 1500 мг/л. У клітинах п'ятьох штамів виявлена хроматредуктазна активність. Більшість цих штамів належить до роду Bacillus. Максимальна редуктазна активність спостерігається при рН 7,0-9,0 і температурі 30 °C. Бактерії Bacillus sp. ES 29 за аеробних умов відновили 90 % Сr (VI) протягом шести годин. КM Сr (VI) редуктазної активності виділених штамів коливалася у межах від 0,271 (2,61 мМ) до 1,51 мг/л (14,5 мМ), a Vmax-88,4 (14,17 нмоль/хв.) - 489 мг/л год. (78,36 нмоль/хв.). Недоліком способу є необхідність аерації для культивування бактерій Bacillus sp. ES 29, що вимагає додаткових енергозатрат. Відомий спосіб очищення стічних вод від іонів важких металів [Василінич Т. М. Очищення стічних вод шкіряного виробництва від іонів хрому // Вісник Хмельницького національного університету.-2011. - № 1. - С. 228-231], за яким стоки обробляють природними глауконітами. Мінеральний сорбент глауконіт Адамівської групи родовищ Хмельницької області - це природний пісок, що містить 50-70 % мінералу глауконіту. Глауконітові мікроконкреції мають ефективну питому поверхню, високу ємкість катіонного обміну та ємкість моношару. Застосування глауконіту дозволяє видалити із забруднених вод радіоактивні ізотопи (на 652+ 2+ 3+ 2+ 3+ 3+ 3+ 98 %), важкі метали Cu , Ni , Fe , Pb , Sb (94,8-100 %), Cr , As (33,6-33,8 %), ефективно очищувати промислові стоки також від завислих речовин, поверхнево-активних речовин, гербіцидів, пестицидів, фенолів, текстильних барвників тощо. Ще однією особливістю застосування глауконіту є його пролонгована дія та максимально низький відсоток десорбції (28 %), тобто відпадає потреба в утилізації продукту очищення. Незалежно від кількості адсорбенту максимальне поглинання досягається за 5 годин. При великих кількостях адсорбенту (30-50 г) максимальне поглинання відбувається упродовж першої години; при менших кількостях адсорбенту (10-20 г) процес адсорбції проходить рівномірно за часом. Причому, залежність між кількістю адсорбенту і залишковою концентрацією хрому у стоках прямо пропорційна: чим більша кількість адсорбенту, тим швидше відбувається поглинання хромвмісних іонів. При визначенні залишкової концентрації через 24 години хром виявлявся лише у пробі з найменшою кількістю адсорбенту (10 г). 3+ Недоліком способу є те, що для ефективного очищення стічних вод від іонів Сr потрібні додаткові затрати, пов'язані з підвищенням температури до 60 °C. Найближчим аналогом - є спосіб очищення стічних вод від іонів важких металів, у тому числі іонів шестивалентного хрому, який включає здатність сульфатвідновлювальних бактерій Desulfotomaculum reducens sp. nov. MI-1 рости у середовищі, окиснюючи органічні речовини і відновлюючи при цьому Сr (VI) до Сr (III), Μn (IV) до Μn (II), Fe (III) до Fe (II) і U (VI) до U (IV). Бактерії вирощували в атмосфері молекулярного азоту при 37 °C у середовищі без сульфатів з додаванням або 10 мМ Fe (III) у формі ферум цитрату, або 200 мкМ Μn (IV) у формі МnО2, або 500 мкМ U (VI) у формі ураніл ацетату, або 60 мкМ Сr (VI) у формі Na2Cr2O7. Відновлення Сr (VI), Μn (IV), Fe (III) та U (VI) підтримує анаеробний ріст бактерій Desulfotomaculum reducens sp. nov. MI-1 [Tebo B.M., Obraztsova A.Y. Sulfate-reducing bacterium grows with Cr (VI), U (VI), Mn (IV), and Fe (III) as electron acceptors // FEMS Microbiology Letters.-1998.-Vol. 162.-P. 193-198.]. Недоліком способу є недостатній вихід відновлюваної речовини Сr (VI). 1 UA 71666 U 5 10 15 20 25 30 35 В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб очистки стічних вод від сполук шестивалентного хрому мікроорганізмами шляхом використання асоціації сульфатвідновлювальних бактерій і псевдомонад, що дозволить підвищити ефективність очищення водного середовища від токсичних сполук Сr (VI). Поставлена задача вирішується тим, що у способі очистки стічних вод від сполук Сr (VI) мікроорганізмами, за яким у середовище вносять мікроорганізми, причому як мікроорганізми використовують асоціацію Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. (7:1), яку вносять у відстійник-очисник при температурі 25-28 °C і витримують 14±2 доби за анаеробних умов. З літературних джерел відомо, що для сульфатвідновлювальних бактерій пріоритетним акцептором електронів при окисненні органічних сполук слугує сульфат. Проте, за наявності у 2середовищі SO4 і Сr (VI), останній може відновлюватися гідроген сульфідом, що продукується сульфатвідновлювальними бактеріями при дисиміляційній сульфатредукції. Мікроорганізми здатні використовувати іони важких металів зі змінною валентністю в ролі акцепторів електронів. При цьому відбувається їхнє відновлення і перетворення до менш токсичних форм. Такий шлях детоксикації водного середовища описаний для Сr (VI), U (VI), Fe (III) і Μn (IV). Авторами вперше запропоновано використовувати асоціацію бактерій Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. для очистки стічних вод від сполук шестивалентного. При рості 2асоціації бактерій у середовищі з Сr (VI) за відсутності SO4 вони використовують хром як кінцевий акцептор електронів, відновлюючи його до Сr (III). Спосіб можна проілюструвати прикладом: Асоціацію мікроорганізмів Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. попередньо вирощують у рідкому середовищі складу (г/л): KН2РО4-0,5; NH4Cl-1,0; Na2SO4-4,5; СаСl2-2Н2О 0,06; MgSO4·7Η2Ο - 0,06; натрій лактат - 6,0; дріжджовий екстракт - 1,0; FeSO4-7H2O-0,004; аскорбінова кислота - 1,0; рН - 7,6 при температурі 28-30 °C в анаеробних умовах протягом 4-5 діб в атмосфері аргону. Одержану біомасу відділяють від середовища центрифугуванням, відмивають фізрозчином і засівають у модифіковане середовище без іонів сульфату такого складу (г/л): KН2РО4-0,5; NH4Cl-1,0; NaCl-4,5; СаСl2-2Н2О - 0,06; MgCl2-0,06; натрій лактат - 6,0; дріжджовий екстракт - 1,0; FeCl2-0,004; аскорбінова кислота - 1,0. Цю одержану біомасу переносять у біотенк з пористим наповнювачем та висхідним потоком рідини та культивують 14 діб при температурі 28-30 °C за анаеробних умов. Асоціація бактерій Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. зберігається у депозитарії Інституту мікробіології і вірусології імені Д. К. Заболотного НАН України №. 1MB К-6 від 21 січня 2009 року. Через біотенк пропускають модельовану стічну воду, яка містить іони шестивалентного хрому. Сr (VI) використовується асоціацією бактерій як кінцевий акцептор електронів і 3+ відновлюється при цьому до іонів Сr , які нагромаджуються у середовищі. Ступінь очистки стічних вод складає 99-99,75 % за концентрації Сr (VI) 0,1-2,5 мМ (табл.). Умови: температура 25-30 °C, рН 7,2-7,6, час - 14 діб, анаеробні умови. Таблиця Відновлення Cr (VI) Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. з вихідною концентрацією клітин 1 г/л Концентрація Cr (VI), мМ 0,1 0,5 1 2 2,5 Після очищення Концентрація Сr (VI), Концентрація Сr (III), мМ мМ ±0,001 0,097±0,02 ±0,003 0,48±0,04 ±0,004 0,96±0,08 ±0,004 1,92±0,10 ±0,005 2,47±0,05 Відносна кількість відновленого Сr (VI), % 99,00 99,40 99,60 99,80 99,75 40 Використання запропонованої асоціації бактерій Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. дозволяє збільшити вихід відновлювальної речовини Сr (VI) більше ніж у 40 разів. Одержані результати підтверджують досягнення передбачуваного технічного результату. 45 2 UA 71666 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб очистки стічних вод від сполук шестивалентного хрому мікроорганізмами, за яким у середовище вносять мікроорганізми, і як мікроорганізми використовують асоціацію бактерій Desulfovibrio desulfuricans Ya-11 і Pseudomonas sp. (7:1), що вносять у відстійник-очисник при температурі 25-30 °С і витримують 14±2 доби за анаеробних умов. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 3