Консорциум бактерий pseudomonas sp., pseudomonas fluorescens, pseudomonas putida, thiobacillus sp., используемый для очистки сточных вод от алкилсульфонатов

Консорциум бактерий pseudomonas sp., pseudomonas fluorescens, pseudomonas putida, thiobacillus sp., используемый для очистки сточных вод от алкилсульфонатов

Реферат

 

Использование: биотехнология, очистка сточных вод. Сущность изобретения: очистка сточных вод от алкилсульфонатов с помощью консорциума бактерий Pseudomonas sp. , Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Thiobacillus sp. Использование данного консорциума позволяет проводить очистку сточных вод с концентрацией солей до 45 г/л и температурой до 41^oC. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к очистке сточных вод от алкилосульфонатов с помощью консорциума бактерий.

Известен штамм Pseudomonas rahtonis T, используемый для очистки промышленных сточных вод от алкилосульфонатов (волгоната). Процесс деструкции алкилсульфонатов осуществляют в проточном режиме со скоростью протока 0,013 ч^-1 [1] . С помощью данного штамма осуществляют деструкцию алкилсульфонатов в сточных водах с общим солесодержанием до 2,6 г/л при 28-30^oC.

Недостатком штамма Pseudomonas rahtonis T является его непригодность при очистке сточных вод с повышенной концентрацией солей и температурой.

С помощью предлагаемого консорциума решается задача деструкции алкилсульфонатов при повышенной солености и температуре сточных вод.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого консорциума по сравнению с прототипом [1], заключается в следующем: очистку сточных вод проводят при концентрации солей до 45 г/л и температуре до 41^oC; очистку проводят на локальных установках без предварительного разбавления и охлаждения сточных вод; использование для очистки сточных вод от алкилсульфонатов консорциума обеспечивает более высокую стабильность процесса.

Последний результат объясняется тем, что в очистных сооружениях реально работают ассоциации микроорганизмов. В случае применения монокультуры штамма-деструктора, как предполагается по прототипу, неизбежно приходится решать вопрос о его поддержании в составе спонтанно сформированной ассоциации в очистных сооружениях. Селективно получаемый консорциум в этом смысле более устойчив.

Экономический эффект от применения данного консорциума обусловлен расширением возможностей микробной очистки сточных вод от алкилсульфонатов. При повышенной солености и температуре сточных вод существует дилемма: либо проводить очистку с помощью дорогостоящих физико-химических способов, либо перед применением известного штамма [1] предварительно разбавлять и охлаждать сточные воды, что также приводит к увеличению затрат на очистку. Использование данного консорциума позволяет применять в подобных условиях менее дорогостоящую микробную очистку без дополнительных затрат на разбавление и охлаждение сточных вод.

Бактерии Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Thiobacillus sp., входящие в состав консорциума, идентифицированы по определению бактерий Берджи [2] и методическому руководству [3 и 4]. Функции идентифицированных бактерий при деградации алкилсульфонатов и процентное содержание их клеток в консорциуме приведены в таблице.

Бактерии, входящие в консорциум, обладают следующими свойствами. Pseudomonas sp.

Культурно-морфологические свойства.

Клетки представляют собой подвижные грамотрицательные палочки 0,7-0,8х1,2-2,3 мкм. В мазке клетки одиночные.

Рыбно-пептонный агар (30^oC, 48 ч) Образует колонии бежевого цвета, диаметром до 10 мм, выпуклые, гладкие, матовые, профиль колоний конусовидный, края ровные.

Пигмента не образует.

Физико-биологические свойства.

Облигатный аэроб.

Растет при 20-41^oC.

Не нуждается в ростовых факторах.

Продуцирует поли--оксимасляную кислоту.

Использует аргинин в качестве источника углерода.

Обладает аргининдигидролазной активностью.

Денитрификацию не осуществляет.

Желатину не гидролизует.

Способностью к автотрофному росту в присутствии водорода не обладает.

Растет на цитратном агаре.

Растет на среде с парафинами.

Лизиндекарбоксилазную активность не проявляет.

Использует в качестве источников углерода фруктозу, сорбозу, ксилозу, галактозу, сахарозу, рамнозу, маннозу.

Непатогенен.

Бактерии по своим свойствам близки к виду Pseudomonas pseudoalcaligenes, однако в отличие от Pseudomonas pseudoalcaligenes способны использовать кроме фруктозы другие сахара. Поэтому данные бактерии были идентифицированы нами как Pseudomonas sp.

Pseudomonas fluorescens.

Культурно-морфологические свойства.

Клетки представляют собой подвижные грамотрицательные палочки 0,7-0,8х2,0-2,5 мкм. В мазке клетки одиночные.

Рыбно-пептонный агар (30^oC, 48 ч) Образует колонии бежевого цвета, диаметром 5-7 мм, гладкие, матовые, профиль колоний конусовидный, края ровные, консистенция маслянистая.

Образует пигмент.

Физико-биологические свойства.

Факультативный аэроб.

Растет при 20-41^oC.

Не нуждается в ростовых факторах.

Продуцирует поли--оксимасляную кислоту.

Обладает оксидазой.

Обладает аргининдигидролазой.

Денитрификацию осуществляет.

Желатину гидролизует.

Растет на среде с парафинами.

Использует в качестве источников углерода фруктозу, сорбозу, ксилозу, галактозу, глюкозу, сахарозу, рамнозу, маннозу.

Непатогенен.

Pseudomonas putida.

Культурно-морфологические свойства.

Клетки представляют собой подвижные грамотрицательные палочки 0,7-0,8х2,0-2,5 мкм. В мазке клетки одиночные.

Рыбно-пептонный агар (30^oC, 48 ч) Образует колонии розоватого цвета, диаметром 5-7 мм, гладкие, матовые, профиль колоний конусовидный, края ровные, консистенция маслянистая.

Образует пигмент.

Физико-биологические свойства.

Облигатный аэроб.

Растет при 4-40^oC.

Не нуждается в ростовых факторах.

Не продуцирует поли--оксимасляную кислоту.

Обладает оксидазой.

Обладает аргининдигидролазой.

Денитрификацию не осуществляет.

Желатину не гидролизует.

Использует в качестве источников углерода фруктозу, сорбозу, ксилозу, галактозу, глюкозу, сахарозу, рамнозу, маннозу.

Непатогенен.

Наличие в консорциуме бактерий, относящихся к роду Thiobacillus подтверждается способностью консорциума окислять тиосульфат и ростом колоний на среде Бейеринка с тиосульфатом после посева консорциума на эту среду.

Thiobacillus sp.

Культурно-морфологические свойства.

Клетки представляют собой подвижные грамотрицательные палочки 0,4-0,5х1,7-2,5 мкм. В мазке клетки одиночные.

Рыбно-пептонный агар (30^oC, 48 ч) Образует колонии кремового цвета, диаметром 3-4 мм, гладкие, прозрачные, профиль колоний конусовидный, края неровные, консистенция маслянистая.

Окисляет тиосульфат.

При поддержании в чистых культурах на рыбно-пептонном агаре и среде Бейеринка тионовые бактерии теряют способность к росту и окислению тиосульфата. Поэтому определить тионовые бактерии до вида не представляется возможным и они идентифицированы как Thiobacillus sp.

Очистку сточных вод с помощью консорциума осуществляют следующим образом.

Биореактор наполняют сточной водой, вносят инокулят и наращивают биомассу микробного консорциума в периодическом режиме, пока не будет деградировано 95% алкилсульфонатов. Затем подачу сточной воды в реактор осуществляют непрерывно. Одновременно в реактор подают раствор биогенных компонентов, необходимых для эффективной работы. Скорость протока достигает 0,4 ч^-1. Аэрация обеспечивает концентрацию кислорода в сточной воде на уровне не менее 10% от насыщения. Температуру сточной воды поддерживают в пределах 20-41^oC, pH 6,4-8,5. Степень очистки воды от алкилсульфонатов составляет 95-99%.

Консорциум бактерий, осуществляющий деструкцию алкилсульфонатов в соленой воде получен путем автоселекции в длительном непрерывном процессе из спонтанной микрофлоры, взятой из вод Японского и Каспийского морей, пластовых вод нефтяного месторождения г. Баку, а также из соленых озер Красноярского края. Первоначально культивирование спонтанной микрофлоры из воды Японского моря осуществляли в лабораторном аппарате при скоростях протока 0,05-0,1 ч^-1, температуре 29-31^oC на среде следующего состава (в г/л водопроводной воды): NH₄HCO₃ - 1,0; NaCl - 30; MgSO₄7H₂O -0,25; KH₂PO₄ - 1,0; алкилсульфонаты - 0,5; pH воды - 6,4-6,8. Затем в аппарат с интервалом в 3 мес последовательно вносили спонтанную микрофлору из других указанных выше природных источников. Культивирование проводили в микроаэрофильных условиях. Контролировали концентрацию алкилсульфонатов на выходе из аппарата.

По истечении одного года начали ступенчато повышать концентрацию алкилсульфонатов на входе аппарата до 1500 мг/л, солесодержание до 45 г/л и температуру среды до 41^oC. Культивирование перевели в аэробные условия и продолжали в течение года, что явилось достаточным для получения консорциума бактерий, обеспечивающего устойчивую очистку воды от алкилсульфонатов.

Выделяемые из консорциума в чистую воду бактерии при их поддержании на питательных средах быстро теряют деструктивную активность и жизнеспособность. Для гарантированного сохранения образец проточной культуры консорциума отбирают в пробирку и проводят лиофилизацию. Лиофилизированные образцы хранятся в запаянных ампулах при 0^oC. Активность консорциума в ампулах сохраняется в течение года. Для поддержания консорциума после годичного срока хранения лиофилизированным материалом инокулируют жидкую среду. Культивирование ведут в периодическом режиме. При обнаружении снижения активности и других культурных свойств (скорость деградации алкилсульфонатов, степень пенообразования и т. д. ) консорциум переводится в проточный режим на 1-2 мес. При непрерывном культивировании консорциума в реакторе контролируют его дыхательную активность, остаточную концентрацию субстрата и численность микроорганизмов. Питательная среда для поддержания консорциума готовится на сточной воде производства синтетического каучука с добавками мочевины, фосфорнокислого калия 1 замещенного и сернокислого магния. Активность консорциума определяют путем измерения остаточной (фоновой) концентрации алкилсульфонатов. Видовой состав и численность микроорганизмов определяют путем высева на РПА, среду Бейеринка и синтетическую среду с алкилсульфонатами.

Стабильность консорциума и его устойчивость к заражению посторонними микроорганизмами проверена в условиях непрерывного культивирования в течение четырех лет. За этот период не отмечено изменений видового состава, снижения активности консорциума и заражения изменений видового состава, снижения активности консорциума и заражения посторонними микроорганизмами. Содержание клеток отдельных видов в консорциуме не выходило за пределы, указанные в таблице. Скорость разложения алкилсульфонатов составляла 0,07-0,15 г алкилсульфонатов на 1 г сухой массы консорциума в час. Консорциум бактерий отличается от прототипа следующими признаками: в прототипе все стадии деградации алкилсульфонатов осуществляются одним штаммом {Pseudomonas rathonis T}; в консорциуме между видами бактерий существует разделение функций при деградации алкилосульфонатов и утилизации продуктов расщепления; консорциум бактерий по сравнению с Pseudomonas rathonis T обладает устойчивостью к повышенным солености и температуре сточных вод.

Пример 1. Деструкцию алкилсульфонатов проводили на лабораторном ферментере с рабочим объемом 0,75 л, представляющем собой стеклянный сосуд, оборудованный барботером и системой термостатирования. В ферментер наливали 0,75 л концентрированных сточные воды (серума) Красноярского завода синтетического каучука, вносили в серум консорциум бактерий и проводили культивирование в периодическом режиме в течение недели. Затем с помощью перистальтического насоса НП-1М в ферментер стали подавать серум следующего состава, г/л: алкилсульфонаты 0,8-1,2; NaCl 30-35. Кроме того, на входе ферментера в серум добавляли мочевину и KH₂PO₄ в таких количествах, чтобы их концентрация в серуме составляла соответственно 0,2 г/л и 0,05 г/л. Количество подаваемых сточных вод 1,1 л/сут, аэрация 0,2-0,3 л воздуха/мин, температура воды в ферментере 35^oC. После включения протока ферментер работал 5 месяцев. Концентрация алкилсульфонатов в очищенной жидкости составляла 7-11 мг/л.

Пример 2. Деэмульгацию серума Красноярского завода синтетического каучука проводили на пилотной установке (фиг. 1), в состав которой входят: емкость 1 объемом 6 м³, использованная как аэротенк, оборудованная мешалкой 2 со скоростью вращения 60-100 об/мин, барботером 3, датчиками pH и температуры 4, имеющая коммуникации подачи серума 5 и слива среды по уровню 6; емкость 7 объемом 1 м³ для растворов биогенных добавок; перистальтический насос 8 для подачи добавок в аэротенк; центробежный насос 9 для подачи серума из отстойника 10; стойка с самописцами 11, регистрирующими pH и температуру среды в аэротенке.

Запуск установки проводили следующим образом.

В емкость 1 заливали около 2 м³ серума. Затем добавляли 100 л консорциума, предварительно выращенного в лабораторных условиях, 0,6 кг мочевины и 0,12 кг калия фосфорнокислого однозамещенного, включали мешалку и подачу воздуха.

Через 5 суток в емкость добавили еще 4 м³ серума и процесс ферментации был продолжен в периодическом режиме еще 7 сут. По окончании этого периода был включен центробежный насос, подающий серум из отстойника 10 в емкость 1.

Режим деэмульгации серума на протоке.

Скорость подачи серума 0,3-0,4 м³/ч.

Скорость подачи раствора биогенных добавок 0,03 м³/ч.

Состав добавок: мочевина (1 кг/м³), калий фосфорнокислый однозамещенный (0,2 кг/м³).

Температура серума в емкости 1 25-35^oC, величина pH 7-8 ед, концентрация растворенного кислорода в серуме - 5,8 мг/л, концентрация солей 13-15 г/л, в том числе концентрация поваренной соли 12 г/л.

Расход воздуха 10-50 м³/м³ в час.

Концентрация алкилсульфонатов в серуме на входе аэротенка 800-1100 мг/л.

После включения протока концентрация алкилсульфонатов в результате деэмульгации серума не превышала уровень (20 мг/л) установленный для сброса сточных вод завода на городские очистные сооружения 5. Степень очистки сточных вод составила не менее 98%.

Литература.

1. Авторское свидетельство СССР N 962304, кл. С 12 N 15/00, С 02 F 3/34, 1982, (прототип).

2. Bergey's manual of determinative bacteriology, 1974 eighth edition, 1268 p.

3. The Prokaryotes. A Handbook on Habitats, Isolation and Identification of Bacteria, 1981, volume 1, 1102 p.

4. The Prokaryotes. A Handbook on Habitats, Isolation and Identification of Bacteria, 1981, volume 2, p. 1103-2284.

5. Грушко Я. М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах.- Л.: Химия, 1982, с. 142.

Формула изобретения

Консорциум бактерий Pseudomonas sp. Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Thiobacillus sp. используемый для очистки сточных вод от алкилсульфонатов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2