раздел 4. охрана и улучшение окружающей среды городов и рекреационных зон
раздел 4.
охрана и улучшение окружающей среды городов
и рекреационных зон
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
В СИСТЕМЕ КАСКАД-СТАР В ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Н.Г. Астрова, Л.В. Мойсеева, Л.Л. Житецкая, В.В. Астров
Одесский государственный университет им. И.И. Мечникова
Развитие нефтеперерабатывающей промышленности привело к нарушению экологического равновесия окружающей среды. Охрана природы, улучшение использования природных ресурсов является одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством.
Основными критериями в разработке эффективных способов очистки сточных вод являются исследования, основанные на усовершенствовании биосенсорных возможностей активных штаммов бактерий - деструкторов.
В этом плане мы начали изучать иммобилизацию бактерий на различных носителях, хотя явление адсорбции клеток на поверхности носителя в литературе описано давно, но оно мало изучено.
Нами проводятся исследования иммобилизации клеток в течение длительного времени, в условиях клеточного роста по источнику углеводородсодержащего соединения в сточных водах.
Для ускорения иммобилизации клеток и улучшения сорбционных характеристик искусственных носителей проводили предварительную обработку поверхностей различными растворами солей - многозарядных катионов (кроме положительно заряженных носителей). Для прочной иммобилизации бактериальной суспензии требовался определенный период времени, иногда несколько суток, и получали биологически активную поверхность носителя. При использовании в системе очистки биологически активных поверхностей учитывали стандарт высокой клеточной нагрузки носителя, которая должна быть совместима с высокой гидродинамической скоростью, очищаемых нефтесодержащих сточных вод и сохранять высокую клеточную нагрузку.
Были получены характеристики искусственных носителей для микробов-деструкторов нефтесодержащих соединений: волокна поликапроа-мидные (ПКА) с линейной плотностью 0,48 текс., диаметром 25 мкм, удельной поверхностью 0,164 м2/г, потенциалом - 45 мВ, адсорбировали 7,3 мг/г иммобилизованных клеток. Пленка поливинилспиртовая (ПВС) с линейной плотность 0,35 такс, диаметром 20 мкм, удельной поверхностью 0,214 м2/г, потенциалом - 27 мВ, адсорбировала 5,9 мг/г иммобилизованных клеток. Модифицированные носители полиэтиленовые (МНП), с удельной поверхностью 0,360 м2/г с потенциалом - 60 мВ, адсорбировали 14,8 мг/г иммобилизованных клеток.
В течение декады концентрация иммобилизованных клеток мг/м2 была следующей: ПВС - 19,2 у ПКА в два раза выше, модифицированных (МНП) - в три раза выше, по сравнению с ПВС, из-за особой конструкции носителя, обладающим сильным адсорбирующим действием.
В работе использовали штаммы бактерий-деструкторов нефтесодержащих соединений рода Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus.
Была выявлена различная способность носителей удерживать иммобилизованные клетки бактерий-деструкторов в присутствии нефтепродуктов (дизельное топливо и др. нефтепродукты). Интенсивность деструкции нефтепродуктов на ПВС составляла 60-65 %, на ПКА - -79 %, на модифицированных - 99 % и выше. Тенденция эффективной деструкции у модифицированных носителей сохранялась постоянно, независимо от скорости поступления сточных вод.
Полученные результаты подтверждают высокую деструктивную активность на МНП. Отмечено, что культуральная среда в биореакторных системах с модифицированными носителями оставалась определенной мутности, что свидетельствует о прочном удерживании клеток модифицированными носителями. Степень иммобилизации бактерий-деструкторов нефтепродуктов на разных носителях не одинакова и свидетельствует о существовании различных, сложных механизмов иммобилизации бактериальных клеток, комплексном характере процесса взаимодействия клетки с носителем, вклад в который вносят электростатические, гидростатические и другие свойства.
Отсутствие отрицательного воздействия модифицированных носителей на деструктивную активность бактерий, позволяет использовать их как биосенсоры в процессах микробиологической очистки воды от нефтесодержащих соединений в системе Каскад-Стар. Система дает возможность ускорить иммобилизацию клеток, обеспечить высокую буфферность их, защищенность микробиологического процесса очистки от неблагоприятных воздействий в условиях непрерывно меняющегося качественного и количественного состава очищаемых сточных вод.
Деструктивная активность бактерий, иммобилизованных на модифицированных носителях в условиях проточного культивирования не влияла на количество, жизнеспособность клеток при нарастании микробиопленки. Нами установлено, что в биологической системе Каскад-Стар, необходимым условием является прочное удерживание в биореакторах биоценоза микроорганизмов-деструкторов, активного при обезвреживании аварийных залповых сбросов и различными токсическими веществами.
При инкубации иммобилизованных клеток на МНП отмечался рост и увеличение биомассы. По-видимому, наращивание биомассы проходило концентрически, где кислород потребляется только на границе соприкосновения среды и носителя; устанавливалось равновесие между процессом адгезии и десорбции. В первые 24 часа плотность биомассы свободных клеток в среде снижалась, за счет адгезии клеток на носителе, в течение последующих 36 часов концентрация клеток постепенно возрастала и через 72 часа достигала уровня концентрации клеток для очищения.
Исследовали рост и деструктивные свойства следующих вариантов культуры: неприкрепленные, отобранные из контрольного биореактора (без носителя) бактерии и развивающиеся на ПКА и МНП. Различия в скорости роста и деструктивных свойствах отмечались в первые 72 часа в режиме работы биореактора. Плотность биомассы на МНП стабильно держалась на одном уровне, так как установилось равновесие между процессами адгезии и десорбции. Максимальная скорость роста бактериальных клеток достигала mmax - 0,20 ч-1, сохраняя жизнеспособность и конкурентноспособность.
Установлено, что популяция иммобилизованных клеток на ПКЛ содержала в 1,2 раза больше активных клеток, чем в контрольном биореакторе. Бактерии-деструкторы образовывали жизнеспособный биоценоз, но удерживание его было значительно меньше, чем на МНП.
Таким образом, использование модифицированных носителей в биотехнологии очистки воды обеспечивает стабильность режима, конкурентноспособность, длительность эксплуатации установки и высокую эффективность очистки сточных вод в системе Каскад-Стар.
Схожие публикации: