Спосіб біологічного доочищення питної води

Реферат: Спосіб належить до галузі обробки води, зокрема до біологічної обробки води, і може бути використаний у питному водопостачанні, підготовці води для напування худоби і птиці, а також для обробки насіння, зволоження рослин. Запропоновано спосіб біологічного доочищення питної води, що полягає у фінішному фільтруванні через завантаження з іммобілізованими бактеріями пробіотичного типу. Спосіб забезпечує наявність в обробленій питній воді живих пробіотичних бактерій. UA 98323 C2 (12) UA 98323 C2 UA 98323 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до галузі обробки води, зокрема до біологічної обробки води, і може бути використаний у питному водопостачанні, підготовці води для напування худоби і птиці, а також для обробки насіння, зволоження рослин. В процесах водоочищення, підготовки води до пиття заключною (фінішною) стадією є, як правило, її фільтрування через різноманітне завантаження: пісок, гравій, пінополістирольні кульки, активоване вугілля тощо [Гончарук та ін., 2006]. При цьому кожен елемент фільтруючого матеріалу обростає надзвичайно корисною для очищення води біоплівкою, що складається з мікроорганізмів, які містяться у воді джерела водопостачання. Однак, у зв'язку з тим, що сучасні джерела водопостачання - як підземні, так і особливо поверхневі, наприклад, р. Дніпро - дуже інтенсивно забруднюються недостатньо очищеними або зовсім неочищеними побутовими, промисловими, сільськогосподарськими стічними і зливовими водами, біоплівка елементів завантаження фільтрів містить усілякі, у тому числі й небезпечні для здоров'я людини, мікроорганізми, які вимиваються з біоплівки в очищену воду. Цей факт змушує спеціалістів з водопостачання знезаражувати воду, для чого повсюдно застосовують хлор та його похідні. На жаль, така дезінфекція води супроводжується утворенням хлорорганічних сполук, число яких сягає понад 600 [Hrudey, 2009], серед яких є канцерогенні, мутагенні, тератогенні та інші речовини, що аж ніяк не сприяють здоров'ю людини. Свого часу водопостачання м. Лондона здійснювалося з чистих поверхневих річок Темзи та Лі шляхом їх попереднього додаткового самоочищення в спеціально виритих вздовж цих річок прибережних водосховищах та фінішного доочищення води на скорих і повільних або тільки на повільних піщаних фільтрах, а далі така вода без будь-якої дезінфекції подавалася у водорозподільну мережу [Шевелев, Орлов, 1987, с. 97]. В Україні вже давно нема джерел водопостачання з водою не тільки першої, а навіть другої категорії якості [Яцик та ін., 2007], а тому хлорування води перед подачею її споживачам є абсолютно необхідною процедурою з усіма можливими негативними для здоров'я людей наслідками. Змінити на краще таку ситуацію можна шляхом створення на завантаженні фільтра штучної біоплівки, що складається з мікроорганізмів, які не тільки асимілюють, розкладають, поглинають, осаджують забруднюючі воду речовини органічної та неорганічної природи, зокрема нафтопродукти, ксенобіотики, іони важких металів, нітрати, нітрити, амоній, марганець, залізо, миш'як тощо, а й пригнічують (інгібують) розвиток патогенних і умовно патогенних мікроорганізмів, водночас позитивно впливаючи на макроорганізми - людину, тварини і рослини (оптимізують шлунково-кишкові мікро-біоценози, підвищують обмінні процеси та захисні реакції макроорганізму, активують клітинний та гуморальний імунітет, опірність організму, захищають рослини від фітопатогенів тощо). В останні десятиліття саме такі мікроорганізми, що дістали промовисту назву "пробіотики", дуже інтенсивно вивчаються і впроваджуються в медичну, ветеринарну і ботанічну практику в усіх розвинутих країнах світу [Смирнов та інш., 1993; Широбоков та інш., 2009; Іутинська, 2009; Пасічник, 2009]. При цьому особливою увагою та популярністю користуються бацили, лактобактерії, біфідобактерії, аерококи, пропіоновокислі бактерії тощо. Однак даних про використання пробіотичних бактерій в технології водопідготовки (в найширшому розумінні цього слова) ми не знайшли ні в науково-технічній, ні в патентній літературі. Найбільш близьким до винаходу є спосіб збагачення природної біоплівки (мікробіоценозу) зернистого завантаження біофільтра бактеріальною культурою Leptothrix discophora SP-6 [Hope, Bott, 2004], і цей спосіб пропонується як прототип. Додаткове засівання завантаження спеціальною бактеріальною культурою знизило час дозрівання біофільтра, покращило процес звільнення води від двовалентного марганцю і зменшило частоту промивки фільтру. На жаль, в прототипі не сказано, скільки цих інтродукованих бактерій вимивається з фільтру під час його роботи. Воно й зрозуміло: адже наявність цих бактерій в очищеній воді аж ніяк позитивно не впливає на покращення якості очищеної води, бо ця культура не належить до пробіотичних мікроорганізмів, а тільки сприяє звільненню води від надлишкового марганцю. Головним недоліком відомого способу є те, що він не звільняє воду від небезпечних мікроорганізмів і не збагачує воду корисними - пробіотичними - бактеріями. Метою винаходу є створення на завантаженні фільтру біоплівки з бактерій, що мають пробіотичні властивості, з тим, щоби унеможливити (попередити) розвиток у воді, яка очищається, шкідливої мікробіоти і створити умови для збагачення води надзвичайно корисними і абсолютно нешкідливими пробіотичними бактеріями. До того ж, ці бактерії, як інтенсивні деструктори різноманітних органічних сполук [Ротмистров та ін., 1975], сприяють зменшенню концентрації загального органічного вуглецю в 1 UA 98323 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обробленій ними воді, що знижує вірогідність біологічних обростань водорозподільних мереж, а наявність у пробіотичних мікроорганізмів антагоністичних властивостей по відношенню до патогенних бактерій, вірусів, нижчих грибів тощо зменшує можливість розвитку в цих мережах шкідливих для здоров'я людини, тварин і рослин мікроорганізмів, найпростіших тощо, і позбавляє необхідності дезинфікувати (знезаражувати) воду, наприклад, хлором. Поставлена задача досягається тим, що зернисте, пористе чи волокнисте завантаження, через яке фінішно профільтровують воду в процесі її підготовки до пиття, або використовування для напування тварин чи обробки насіння або зволоження вегетуючих рослин, попередньо засівають пробіотичними бактеріями, створюючи з них на елементах завантаження штучну біоплівку. Спосіб здійснюється наступним чином: На зернисте чи/або пористе, чи/або волокнисте завантаження іммобілізують бактерії з пробіотичними властивостями. Після утворення на елементах такого завантаження біоплівки пробіотичних бактерій завантаження поміщають у класичний повільний фільтр і пропускають через нього попередньо підготовлену тим чи іншим способом воду. Профільтровану воду без обробки дезінфектантами подають споживачеві. Наявність в обробленій за нашим способом воді живих пробіотичних бактерій та відсутності в ній небезпечних мікроорганізмів свідчить про високу якість одержаної води. Подальша експлуатація фільтру (промивка, часткова чи повна заміна фільтруючого завантаження) здійснюється за традиційною схемою. Приклад 1. Вирощували культуру Bacillus subtilis ВKM В-2218Д, що входить до складу пробіотика "ВИТАСПОРИН" (РФ), в присутності завантаження - піску, з метою іммобілізації цієї культури на завантаженні. 8 Завантаження (пісок) з титром 10 живих клітин Bacillus subtilis на 1 г піску поміщали у фільтр і пропускали через нього зі швидкістю 1 м/годину підготовлену до пиття воду, додатково 4 контаміновану бактеріями Eschehchia coli до концентрації 10 колоній утворюючих одиниць 3 [КУО] в 1 дм . В обробленій таким чином воді (що витікала з фільтра) число пробіотичних бактерій В. 3 3 subtilis складало 4×10 клітин в 1 дм . Бактерії групи кишкових паличок (коліформних мікроорганізмів) в очищеній воді не виявлено. Приклад 2. Культури бактерій Bacillus subtilis УКМ В-5007 та Bacillus licheniformis УКМ В-5514, що входять до складу препарату "БІОСПОРИН-БІОФАРМА" (BIOSPORIN-BIOPHARMA), який має пробіотичні властивості, іммобілізували на волокнистому завантаження "ВІЯ" (Патент України 8 № 21) до титру бактерій 6×10 клітин на 1 г носія "ВІЯ". 4 3 Підготовлену до пиття воду, засіяну Escherichia coli до концентрації 10 КУО/дм , пропускали 3 через фільтр з вмонтованим у ньому завантаженням "ВІЯ" (10 г носія в 1 дм корисного об'єму фільтра) з іммобілізованими на цьому завантаженні пробіотичними культурами В. subtilis та В. licheniformis. Час перебування води у фільтрі - 0,5 години. 3 Концентрація (титр) бактеріальних клітин у воді, що витікає з фільтру, складає 5×10 живих клітин в 1 дм, серед них коліформних не виявлено. Приклад 3. Вирощували культури Bifidobacterium longum та Enterococcus faecium, що входять до складу пробіотика "БІФІ-ФОРМ®» (Ferrossan, Данія), в присутності активованого вугілля КАУ до титру 9 10 клітин на 1 г КАУ. Вугілля з іммобілізованими на ньому живими бактеріями поміщали у фільтр і пропускали 3 через нього підготовлену до пиття воду з 10 КУО/дм Escherichia coli зі швидкістю 1 м/год. (режим роботи "повільного фільтра»). Культури бактерій, що в результаті процесу іммобілізації утворили на завантаженні (КАУ) біоплівку, розвиваються в тілі фільтра за рахунок асиміляції органічного вуглецю, що присутній у питній воді. Концентрація загального органічного вуглецю 3 3 (ЗОВ) у воді зменшується з 23 мг/дм до 5 мг/дм , а концентрація живих клітин-пробіотиків у 2 3 воді, що виходить з фільтра, становить 8×10 клітин в дм . Е. coli у вихідній воді не виявлено. Приклад 4. Вирощували молочнокислі бактерії Lactobacillus acidophilus, L. bifidus, L. bulgaricus і Streptococcus thermophilus, що входять до складу препарату "ЙОГУРТ" фірми "Pharma science", Canada, який має пробіотичні властивості та "систематичне використання якого з профілактичною метою покращує перистальтику кишечнику, призводить до зниження холестерину в крові та підвищує імунітет в осіб усіх вікових груп" [Широкобоков та інш., 2009], в 2 UA 98323 C2 5 10 15 20 25 присутності волокнистого завантаження "ВІЯ", з метою іммобілізації цих бактерій на завантаженні. 8 Завантаження "ВІЯ" з іммобілізованими на ній бактеріями (загальна концентрація - 2×10 3 клітин на 1 г завантаження "ВІЯ») використовували у фільтрі (12 г завантаження в 1 дм 3 корисного об'єму фільтра), через який фільтрували сиру воду зі швидкістю 1 дм води через 2 3 дм об'єму фільтра на годину. 3 3 Титр бактеріальних клітин у воді, що витікала з фільтра, складав 2×10 клітин в 1 дм . Коліформні бактерії відсутні. Джерела інформації: 1. Іутинська Г.О. Чи є безпечніші препарати? // Пасіка. - 2009. - № 6. - С. 10-11. 2. Пасічник Л.А. Фітопатогенні і сапрофітні бактерії агро-екосистем пшениці та вівса. Автореф… докт. дис. - Київ, 2009. - 43 с. 3. Ротмистров М.Н., Гвоздяк П.И., Ставская С.С. Микробная деструкция синтетических органических веществ. - Киев: "Наукова думка", 1975. - 224 с. 4. Смирнов В.В., Резник С.Р., Вьюницкая В.А., Сорокулова И.Б., Самгородская Н.В., Тофан А.В. Современные представления о механизмах лечебно-профилактического действия пробиотиков из бактерий рода Bacillus II Мікробіол. журн. - 1993. - 55, № 4. - С. 92-112. 5. Шевелев Ф.А., Орлов Г.А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран. - М.: "Стройиздат", 1987. - 352 с. 6. Яцик А.В., Грищенко Ю.М., Волкова Л.А., Пашенюк І.А. Водні ресурси: використання, охорона, відтворення, управління. - Київ: "Ґенеза", 2007. - 358 с. 7. Норе С.К., Bott T.R. Laboratory modeling of manganese biofiltration using biofilms of Leptothrix discopora // Water Research. - 2004. - 38, № 7. - P. 1853-1861. 8. Hrudey S.E. Chlorination disinfection by products, public health risk tradeoffs and me // Water Research. - 2009. - 43, № 8. - P. 2057-2092. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб біологічного доочищення питної води, що включає фінішне її фільтрування через завантаження, який відрізняється тим, що попередньо на завантаження іммобілізують бактерії пробіотичного типу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як бактерії пробіотичного типу використовують бактерії родів Bacillus та/чи Bifidobacterium, та/чи Enterococcus, та/чи Lactobacillus, та/чи Streptococcus. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що як завантаження використовують зернисте та/чи пористе, та/чи волокнисте завантаження. 4. Спосіб за пп. 1-3, який відрізняється тим, що як волокнисте завантаження використовують відрізки волокна, закріплені між парою несучих елементів, типу "ВІЯ". 5. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії виду Bacillus subtilis. 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії Bacillus subtilis штаму ВКМ В-2218Д, що входить до складу пробіотика "ВИТАСПОРИН". 7. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії видів Bacillus subtilis та Bacillus licheniformis. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії Bacillus subtilis штам УКМ В-5007 та Bacillus licheniformis штам УКМ В-5514, що входять до складу пробіотичного препарату "БІОСПОРИН-БІОФАРМА". 9. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії видів Bifidobacterium longum та Enterococcus faecium. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують штами Bifidobacterium longum та Enterococcus faecium, що входять до складу пробіотика "БІФІФОРМ®». 11. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії Lactobacillus acidophilus, L. bifidus, L. bulgaricus і Streptococcus thermophilus. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що як пробіотичні бактерії використовують бактерії Lactobacillus acidophilus, L. bifidus, L. bulgaricus і Streptococcus thermophilus, що входять до складу препарату "ЙОГУРТ" фірми "Pharma science". 3 UA 98323 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4