Биоремедиация объектов окружающей среды yглеводородокисляющими микроорганизмами рода Pseudomonas (стр. 2 )

Полученные данные еще раз подтверждают тезис о том, что наиболее устойчивыми к действию неблагоприятных антропогенных факторов являются углеводородокисляющие бактерии, к которым принадлежат псевдомонады.

3.1.2 Изучение идентификационных признаков и свойств выделенных углеводородокисляющих бактерий

Участие микроорганизмов в деградации и трансформации различных ксенобиотиков общепризнано. Углеводороды, в зависимости от степени слож-ности их молекул, разлагаются микроорганизмами различным образом. Ассимиляция ароматических углеводородов характерна лишь для отдельных штаммов некоторых видов микроорганизмов и является штаммовым свойством, возникающим в результате длительной адаптации.

Поэтому главной задачей при разработке биотехнологий для очистки окружающей среды от органических поллютантов является выделение и отбор высокоактивных культур микроорганизмов – деструкторов токсичных органи-ческих соединений.

В настоящее время поиск таких микроорганизмов-деструкторов может вестись вполне целенаправленно, если использовать адаптированную к опреде-ленным субстратам микрофлору. Условия для подобной адаптации склады-ваются, например, в нефтезагрязненных водах и почвах, активных илах очист-ных сооружений и сточных водах различных химических производств.

Создание таких селективных возможностей позволило нам выделить из сточных вод АО «Карбид», нефтезагрязненной почвы Тенгизского месторож-дения и воды Каспийского бассейна 8 штаммов бактерий, идентифицирован-ных на основании изучения морфолого-культуральных и физиолого-биохими-ческих признаков как P. aeruginosa ДС-26, P. putida D12, Р. mendocina H3, P. pseudoalсaligenes H7 и Н16, P. stutzeri H10, P. alсaligenes H15, P. mallei 36К.. Все штаммы обладали способностью к росту на нефти и нефтепродуктах в качестве единственного источника углерода и энергии.

3.2 Деструкция нефти и нефтепродуктов бактериями рода Pseudomonas

Огромную роль в решении проблемы охраны окружающей среды играют микроорганизмы - деструкторы различных соединений естественного и антро-погенного характера и созданные на их основе биотехнологии. В результате способности микроорганизмов воздействовать на разнообразные субстраты, расти в разных условиях, осуществлять трансформацию или деструкцию неприродных соединений, они играют важную роль в превращении многих токсичных веществ в нетоксичные, предотвращая тем самым дальнейшее загрязнение природных экосистем.

3.2.1 Влияние физико-химических факторов на рост активных углево-дородокисляющих бактерий рода Pseudomonas на различных ароматичес-ких углеводородах, нефти и нефтепродуктах

Наряду с изучением физиологии и биохимии микроорганизмов - деструкторов углеводородов, большое значение для формирования научных подходов к решению проблемы очистки загрязненных территорий, имеет определение оптимальных параметров, необходимых для проявления деструк-тивной активности выделенных микроорганизмов. Правильный подбор различ-ных факторов, таких как концентрация вносимого источника углерода, аэрация, кислотность среды имеет существенное значение для повышения активности процессов бактериальной деструкции нефти и продуктов ее переработки, причем для роста и метаболической активности различных групп микроор-ганизмов границы значений этих факторов часто неодинаковы.

В опытах по динамике окисления нефтепродуктов – ароматических углеводородов – АМС, стирола и толуола, использовали бактериальные штам-мы P.aeruginosa ДС-26 и P. putida D12. Эти активные штаммы были отобраны для дальнейшего исследования путей окисления АМС, толуола и стирола, поэтому, в первую очередь, была изучена корреляционная зависимость прироста микробной биомассы изучаемых культур и убыль углеводородных субстратов.

Динамику роста на стироле в концентрации 0,5, 1,0 и 2,0 г/л. изучали с ис-пользованием культуры P. putida D12, показавшей наиболее интенсивный рост на этом источнике углерода. Изучение динамики роста на АМС и толуоле проводилось на примере штамма P.aeruginosa ДС-26. Поскольку штамм P.aeruginosa ДС-26 показал обильный рост на агаризованной синтетической среде с добавлением АМС и толуола в качестве источников углерода были поставлены опыты по изучению роста и убыли субстратов в динамике.

Из рисунка 1 следует, что при концентрации АМС 2 г/л культура достигает стационарной фазы роста к 24 часам, при концентрации АМС 4 г/л - к 48 часам, при этом токсикант в культивируемой среде не обнаруживался.

Штамм характеризовался активным ростом на АМС при его концентрации 6 г/л, хотя при 6 г/л наблюдается торможение роста, удлиняется лаг-фаза, но активной остается экспоненциальная фаза роста. Лабораторные исследования показали, что оптимальной ростовой концентрацией АМС для изучаемого штамма была 2-4 г/л, при которых изучалась динамика роста и накопления промежуточных продуктов окисления субстрата.

Рисунок 1 - Динамика роста (А) и окисления (В) АМС бактериальным штаммом P. aeruginosa ДС-26

Для проверки способности штамма использовать толуол в качестве рос-тового субстрата инкубацию проводили с добавлением токсиканта в концент-рации 2 и 4 г/л. В ходе постановки экспериментов было отмечено, что штамм использовал толуол при всех исследуемых концентрациях, причем кривая роста характеризовалась фактическим отсутствием лаг-фазы (рисунок 2).

А Б

Рисунок 2 - Динамика роста (А) и окисления (Б) толуола бактериальным штаммом P. aeruginosa ДС-26

В результате проведенных исследований нами установлено, что все бактерии хорошо растут при перемешивании в жидкой синтетической среде с концентрацией нефтепродуктов и нефти от 2 до 10 г/л. Показано, что в жидкой синтетической среде, содержащей нефть в концентрации 2 г/л, наиболее активно развиваются культуры P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К, рост которых заканчивался к 48 часам культивирования. На жидких средах с дизельным топливом, толуолом и мазутом культуры показали рост, аналогичный таковому на среде с нефтью. На примере штамма P. mendo-cina Н3, изучался рост при различных концентрациях нефти. Выявлено, что штамм хорошо растет от 2 до 10 г/л нефти, причем увеличение концентрации углеводорода способствует увеличению длительности всех фаз роста, что свидетельствует о том, что микробным клеткам требуется адаптация к возраста-ющим концентрациям нефти (рисунок 3).

Рисунок 3 - Динамика роста культуры P. mendocina Н3 на среде при различных концентрациях нефти

Изучение влияния начальных значений рН среды на рост микроорганизмов показало, что оптимальным значением рН является интервал 7,0 - 7,5.

3.2.2 Углеводородокисляющая активность бактерий рода Pseudomonas, выделенных из нефтезагрязненных почв и морской воды

Предшествующим и обязательным этапом в изучении процессов биодеградации нефти и нефтепродуктов является определение углеводород-окисляющей активности микроорганизмов.

Для решения этой задачи нами было проведено определение углево-дородокисляющей активности клеток P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К с помощью ИК-спектроскогпии. В качестве един-ственного источника углерода в среду добавляли нефть, толуол или дизельное топливо в концентрации 2 г/л.

Установлено, что в полученных ИК-спектрах при росте культур P. mendo-cina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10 на среде с нефтью, регистрируется значительное понижение интенсивности СН2-групп и рост интенсивности полосы поглощения вблизи 1745 см-1, что можно отнести к появлению валентных колебаний (связи С=О) в веществах, образующихся в результате деструктивной активности микроорганизмов.

При росте культуры P. mendocina Н3 было также зафиксировано относительное увеличение интенсивности пиков в области 3600 – 3800 см-1, что свидетельствовало о появлении частот валентных колебаний - ОН несвязанной гидроксильной группы, и, следовательно, об образовании продуктов полного окисления углеводорода (рисунок 4).

ИК-спектры культуральной среды, содержащей дизельное топливо и толуол после роста на ней исследуемых бактерий показали использование углеводородов всеми культурами, но в разной степени. Наибольшей активностью обладали культуры P. mendocina Н3 и P. aeruginosa 8, степень деструкции которых составляла 87,5 % и 72,5 % в отношении нефти, 90 % и 86 % дизельного топлива, 86 % и 85 % толуола, соответственно. Эти культуры можно рекомендовать для включения в состав биопрепаратов для биоремеди-ации почв и водоемов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Таким образом, полученные нами данные по углеводородокисляющей активности изученных штаммов, позволяют их рекомендовать для практичес-кого использования в качестве биодеструкторов для очистки загрязненых экосистем от нефти и нефтепродуктов. Сложность биодеструкции микро-организмами углеводородов нефти заключается в их многокомпонентности и разнородности, поэтому создание консорциумов, состоящих из микроор-ганизмов с разными способностями к деградации различных компонентов нефти, безусловно, является перспективным направлением при биоремедиации загрязненных экосистем. Этот фактор учитывается многими исследователями при создании биопрепаратов, которые в последнее время находят широкое практическое использование для очистки нефтезагрязненных почв и вод.

400 1500

Ось абсцисс – υ см-¹, ось ординат – пропускание, а – контроль (без культуры), б – P. mendocina Н3, в – P. aeruginosa 8, г – P. stutzeri Н10, д – P. mallei 36К

Рисунок 4 - ИК-спектры культуральной среды, содержащей нефть в концентрации 2 г/л, до и после роста на ней микроорганизмов в течение 2х суток

3.2.3 Очистка балластного слоя железнодорожного полотна консор-циумом активных штаммов псевдомонад

Известно, что в условиях повышения объемов грузоперевозок наблюдается увеличение загрязненности железнодорожного пути, в частности, балластного слоя нефтью и нефтепродуктами, что приводит к росту аварийности и нарушению ритмичности движения составов. Кроме этого происходит загрязнение почвенного покрова на всем протяжении железнодорожного пути, что составляет десятки тысяч квадратных километров земной поверхности.

Перспективным направлением очистки балластного слоя от нефтяных загрязнений, на наш взгляд, являются биологические методы, основанные на использовании микроорганизмов – деструкторов нефти и нефтепродуктов. В этой связи, нами проведено экспериментальное изучение возможности биоло-гической очистки балластного слоя железнодорожных путей в условиях лабораторного эксперимента и производственных испытаний на основе исполь-зования консорциума культур P. mendocina H3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri H10, взятых в равных соотношених и обладающих высокой деструктивной актив-ностью в отношении нефти и нефтепродуктов.

Результаты проведенного эксперимента оценивались методами ГЖХ и ИК-спектроскопии проб культуральной среды, содержащей балластный щебень до и после культивирования микроорганизмов в течение 7, 14, 30 суток. Показано, что уже через 7 суток контакта балластного щебня с микробным консорциумом содержание углеводородов в среде уменьшилось на 32 %, через 14 суток на 47 %, а через 30 суток, т. е. к концу эксперимента – на 64 %.

Проведение производственных испытаний для очистки железнодорожного полотна от нефтепродуктов на участке Алматы - Чимкент внесением в балластный щебень консорциума углеводородокисляющих микроорганизмов, позволило выявить, что через 7 суток после обработки наблюдается снижение концентрации практически всех углеводородов, кроме н-ундекана (таблица 1).

Таблица 1 – Содержание углеводородов в балластном слое после действия

консорциума углеводородокисляющих бактерий рода Pseudomonas

Изучение исходных физико-механических свойств щебеночного балласт-ного слоя и спустя 7 суток после очистки показало положительное влияние деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов на эти параметры. Наблюдается уменьшение влажности щебня, увеличение коэффициента фильтрации балластного слоя и водопроницаемости, уменьшение плотности балластного слоя.

Таким образом, интродукция микроорганизмов-нефтедeструкторов в техногенные объекты привела к значительному снижению концентрации загрязнителя за короткий промежуток времени.

3.2.4 Пути деструкции α - метилстирола, толуола и стирола бакте-риальными штаммами Pseudomonas aeruginosa ДС-26 и Pseudomonas putida D-12, выделенных из сточных вод АО «Карбид»

В последние годы большое внимание уделяется изучению путей микроб-ного метаболизма ароматических соединений, наиболее широко встречаю-щихся в промышленных сбросах и выбросах..

Анализ динамики накопления продуктов деградации АМС, толуола и стирола, идентификация их структуры и обнаружение активностей ключевых ферментов окисления позволили провести изучение последовательности пути окисления исследуемых ароматических углеводородов активными штаммами-деструкторами.

В результате проведенных исследований по установлению пути деструкции АМС штаммом Pseudomonas aeruginosa ДС-26 , в культуральной среде физико-химическими методами было обнаружено и охарактеризовано 11 метаболитов.

Было показано, что метаболические реакции носили окислительный характер и имели разветвленную катаболическую последовательность по основному и второстепенному пути (рисунок 5).

Основной путь окисления АМС культурой P. aeruginosa ДС-26 сопровождается образованием продуктов прямого гидроксилирования ароматического кольца (цис) - 2,3-дигидрокси – 1 - изопропенил - 6-циклогексена, (окси) - изопропенилбензола и 3 - изопропилкатехола, который далее метаболизируется по мета - пути с образованием кето-кислот.

1 – АМС; 2 – 1,1– фенилметилгликоль; 3 – α - фенилпропионовая кислота; 4 - метилбензиловый спирт; 5 - ацетофенон; 6 - α - фенилакриловая кислота; 7 – гипотетический продукт; 8 - (цис)-2,3-дигидро-окси-1-изопропенил-6-цикло-гексен; 9 – (окси)- изопропенилбензол; 10 – 3-изопропилкатехол; 11-12 – алифатические кетокислоты

Рисунок 5 - Пути метаболизма АМС культурой P. aeruginosa ДС-26

Второстепенным по значимости является метаболический путь через α - фенилпропионовую кислоту и 4 - метилбензиловый спирт с образованием ацетофенона, который в среде не накапливался и, вероятно, метаболизировался далее. Следует отметить, что в литературе не описано окислительного пути микробного метаболизма фенилпропионовых кислот и α – фенилпропионовая

кислота при деструкции алкенилзамещенных бензолов не была обнаружена в качестве промежуточного метаболита.

Для подтверждения данных, полученных на основании анализа интермедиатов окисления АМС бактериальными штаммами P.aeruginosa ДС-26 и 8, были изучены основные ферменты окисления ароматического кольца.

В бесклеточных экстрактах клеток, взятых в экспоненциальной фазе роста культуры P.aeruginosa ДС-26, выращенной на различных субстратах были обнаружены активности ферментов расщепления ароматического кольца при их выращивании на различных субстратах. Данные энзиматического анализа дают объяснение тому, по какому пути идет окисление АМС.

Таким образом, результаты исследования ферментного аппарата у изучаемой культуры могут служить подтверждением предложенной схемы основного пути метаболизма АМС штаммом P.aeruginosa ДС-26.

Анализ культуральной жидкости на наличие продуктов окисления толуола показал, что в экспоненциальной фазе роста обнаруживались в следовых количествах бензальдегид и бензойная кислота. В стационарной фазе роста культуры эти соединения не идентифицированы. По-видимому, культура метаболизировала толуол путем прямого гидроксилирования ароматического кольца, так и путем окисления метильного фрагмента с последующим образованием бензойной кислоты в качестве промежуточного продукта (рисунок 6).

мета-расщепление

ароматического кольца

1- толуол; 2 – бензиловый спирт; 3 – бензальдегид; 4 – бензойная кислота; 5 – гитотетический пирокатехин; 6 – 3 метилкатехол;

Рисунок 6 - Пути окисления толуола культурой P. aeruginosa ДС-26

Анализ активностей ферментов окисления ароматического кольца при росте культуры P. aeruginosa ДС-26 на толуоле показал наличие следующих ферментов: метапирокатехазы, пирокатехазы - ключевых ферментов расщепления ароматического кольца катехола, толуолдиоксигеназы - фермента прямого гидроксилирования толуола и фермента последовательного окисления метильной группы толуола - бензилалкогольдегидрогеназы.

Полученные данные по ферментному анализу культуры P. aeruginosa ДС-26 подтверждают предположения о том, что особенностью окисления толуола является функционирование 2-х альтернативных путей окисления: первый путь - прямое гидроксилирование ароматического кольца с образованием 3-метилкатехола, второй путь – последовательное окисление метильного фрагмента с образованием бензойной кислоты в качестве интермедиата.

Метаболическое окисление стирола изучалось с использованием штамма P.putida D12, который характеризовался устойчивым ростом со значительным приростом биомассы в культуральной среде при концентрации субстрата 1 и 2 г/л. Разрушение стирола растущими клетками P.putida D12 происходило без накопления каких-либо промежуточных продуктов. УФ-спектр культуральной жидкости в экспоненциальной фазе роста характеризовался специфическими пиками поглощения при 295 нм и 280 нм. При проявлении пластин ТСХ в системе растворителей бензол:диоксан:уксусная кислота были обнаружены пятна с Rf= 0,5 и Rf=0,7. При дальнейшем культивировании через 48 часов анализ культуральной жидкости методом УФ-спектроскопии показал наличие пика при 375 нм, что указывало на возможное присутствие муконового полуальдегида. Отмечалось желтое окрашивание, свидетельствующее о накоп-лении полуальдегида оксимуконата - продукта мета-расщепления ароматичес-кого кольца катехола.

Полученные экспериментальные данные предполагают следующую последовательность окисления стирола:

Стирол → продукт 1→ продукт 2 → катехол → мета-расщепление катехола → муконовый полуальдегид. Конечным продуктом окисления оксимуконового полуальдегида является пировиноградная кислота и ацетальдегид, который окисляется в уксусную кислоту, вступающую в основной обмен с образованием углекислого газа и воды.

Наличие фермента мета-расщепления ароматического кольца метапирока-техазы у бактериального штамма P.putida D12, наиболее активно растущего на стироле, подтверждает существование метаболического пути окисления стиро-ла по мета-пути расщепления катехола.

Таким образом, анализ накопления продуктов деградации изучаемых аро-матических углеводородов в динамике, идентификация их структуры и обнару-жение активностей ключевых ферментов окисления позволили выявить после-довательность пути окисления АМС, толуола и стирола активными штаммами-деструкторами.

Исходя из вышеприведенных результатов исследований, установление путей микробного метаболизма АМС, толуола и стирола штаммами P.aeruginosa ДС-26 и P.putida D12 представляется вполне обоснованным и может дополнить новыми сведениями общую картину путей разрушения ароматических соединений в природе.

3.3 Очистка различных объектов окружающей среды с использованием микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов, иммобилизован-ных на инертных носителях

При очистке нефтезагрязненных земель и водных систем микроорганизмы сталкиваются с проблемами вытеснения и вымывания клеток. Для их решения используются методы, основанные на закреплении клеток на поверхности нерастворимых носителей, что позволяет предотвратить вымывание интроду-цированных микробных штаммов и вытеснение их местной микрофлорой и в результате получить высокоэффективные биодеструкторы на основе иммобили-зованных клеток микроорганизмов, окисляющих нефть.

3.3.1 Подбор оптимальных условий для иммобилизации углеводо-родокисляющих бактерий рода Pseudomonas на различных носителях

Среди адсорбентов для клеток P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К нами в качестве эффективного носителя для иммобилизации углеводородокисляющих микроорганизмов выбрано полипропиленовое волок-но, характеризующееся высокой сорбционной емкостью и малой десорбцией клеток микроорганизмов (2-5%). Так, 1 г этого носителя сорбировал 44 % клеток культуры P. mendocina Н3; 50 % - P. aeruginosa 8; 27% - P. stutzeri Н10; 45 % - P. mallei 36К (рисунок 7).

а) P. mendocina Н3 б) P. aeruginosa 8

в) P. stutzeri Н10 г) P. mallei 36К

Рисунок 7 – Процентное соотношение сорбции к десорбции клеток

бактерий рода Pseudomonas на разных носителях

3.3.2 Изучение окисления нефти и нефтепродуктов иммобилизо-ванными на ППВ активными штаммами рода Рseudomonas

Изучение углеводородокисляющей активности иммобилизованных биодеструкторов с помощью ИК-спектроскопии показало, что при исполь-зовании нефти иммобилизованными клетками P. mallei 36К происходит уменьшение интенсивности полос поглощения в области 2500-3100 см -1, а также увеличение полос поглощения в области 3600-3800 см-1, что свиде-тельствует о том, что иммобилизация повысила окислительную активность изучаемого штамма в отношении нефти.

Аналогичным образом происходило потребление дизельного топлива клетками P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К. Сорбция клеток микроорганизмов на полипропиленовом волокне способство-вала полной деструкции толуола вышеуказанными культурами, причем иммобилизация оказала заметное положительное действие на углеводород-окисляющую активность культуры P. stutzeri Н10 в отношении толуола (от 20 до 75%). Таким образом, прикрепление клеток на полипропиленовое волокно повышало деструктивную активность изученных штаммов.

На основании полученных результатов было установлено, что бактерии рода Pseudomonas являются активными деструкторами нефти и нефтепро-дуктов. Высокая активность, способность расщеплять различные классы углеводородов позволяет рекомендовать выделенные нами активные штаммы для ликвидации нефтяных загрязнений воды и почвы, как в свободном, так и иммобилизованном виде.

Данные по изучению физиологических и биохимических свойств выделенных культур, условий, способствующих проявлению их деструктивных способностей, углеводородокисляющей активности свободных и иммобилизо-ванных клеток этих микроорганизмов позволили рекомендовать штаммы P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К для создания консорциума с целью получения биодеструкторов нефти и нефтепродуктов для биоремедиации загрязненных объектов окружающей среды. Производственной основой этого предложения являются результаты испытания консорциума на основе выделенных нами микроорганизмов при очистке балластного слоя железнодорожного пути. Новизна полученных результатов подтверждена положительным решением на изобретение (предварительный патент РК на изобретение № 14818).

3.4 Очистка загрязненных сточных вод препаратами иммобили-зованных углеводородокисляющих бактерий рода Pseudomonas в модель-ных системах

Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышлен-ности оказывают негативное влияние на окружающую среду в результате выбросов огромного количества углеводородов, в том числе и ароматических. В результате техногенной деятельности человека, сопровождающейся исполь-зованием нефти, в окружающую среду ежегодно поступают миллионы тонн бензола, толуола, этилбензола, ксилолов. Эти соединения применяются также в качестве растворителей, реактивов, мономеров в органическом синтезе, поступая в окружающую среду со сточными водами, газовыми выбросами, загрязняя почву, воду и атмосферу.

Опыты по деструкции АМС штаммами P. aeruginosa ДС-26 и 8 в образцах модельной сточной воды показали, что использование консорциума штаммов P. aeruginosa ДС-26 и 8 приводило к интенсификации процесса очистки. Из данных, полученных на лабораторной модели установки по очистке синте-тического стока от АМС следует, что использование ассоциации выделенных микроорганизмов в данной модели обеспечивает полную очистку воды, содер-жащей до 4 г/л АМС.

Для очистки реальных сточных вод АО «Карбид» штаммами P.aeruginosa ДС-26 и 8 использовалась эта же установка.

Очищенная реальная сточная вода была прозрачной при исходной мут-ности и без запаха, что свидетельствовало о высокой эффективности очистки. Эффект очистки от АМС составил 99,8%.

Исследования по дальнейшей очистке модельных стоков, содержащих в качестве основных загрязнителей толуол и стирол, проводили на лабораторной модели этой же установки по очистке промышленных сточных вод с исполь-зованием двух активных штаммов - P. aeruginosa ДС-26 и P. putida D-12. Перед подачей стока клетки микроорганизмов деструкторов толуола и стирола адсорбировали на стеклоткань и помещали в аэрофильтр. Для получения стабильных результатов опыт продолжался в течение 2-х месяцев для каждого токсиканта.

Данные, полученные на лабораторной модели установки по очистке синтетического стока от толуола и стирола свидетельствуют о том, что исполь-зование индивидуальных культур выделенных микроорганизмов в данной модели обеспечивает полную очистку воды, содержащей до 2 г/л толуола и стирола (таблица 2).

Полностью толуол разрушался культурой P. aeruginosa ДС-26 в условиях непрерывного культивирования за 24 часа при максимальной концентрации вещества 2 г/л, а штамм P. putida D-12 окислял стирол за 48 часов при этой же концентрации. При этом количество бактерий деструкторов толуола и стирола на установке при высеве на МПА составляло 85 и 70% соответственно от всех микроорганизмов жидкости аэротенка.

Таким образом, модельные опыты на лабораторной установке показали возможность ее использования для очистки синтетического стока от толуола и стирола в условиях непрерывного культивирования. Проведенные исследова-ния в лабораторных условиях на примере очистки модельных стоков, содер-жащих высокотоксичные загрязнители, позволили показать преимущества микробиологических методов очистки сточных вод с целью их дальнейшего внедрения в производственных условиях.

3.5 Биотехнология очистки газовых производственных выбросов от летучих ароматических соединений консорциумом углеводородокис-ляющих бактерий в условиях лабораторного и производственного экспери-ментов

АМС, являясь высокотоксичным компонентом сточных вод производства синтетического каучука, загрязняет не только водоемы, но и воздушный бассейн, попадая в атмосферу в процессе ряда производственных технологи-ческих процессов. Концентрация АМС при этом значительно превосходит предельно допустимую концентрацию, которая установлена для воздушной среды рабочей зоны на уровне 5,0 мг/м 3 .

В исследованиях для очистки газовоздушных выбросов от АМС был использован консорциум активных штаммов-деструкторов, P. aeruginosa 8 и Bacillus cereus 3, который дал хорошие результаты при ассимиляции 2 г/л АМС в качестве единственного источника углерода и энергии.

В предыдущих исследованиях была показана способность, чистых культур Pseudomonas aeruginosa 8 и Bacillus cereus 3 окислять АМС до нетоксичных продуктов. Данные штаммы были рекомендованы для очистки производ-ственных сточных вод, но не производственных газовых выбросов. Выбор штаммов родов Pseudomonas и Bacillus для постановки экспериментов по очистке производственных газовых выбросов был неслучаен, поскольку предыдущие исследования по изучению устойчивости микробной популяции активного ила очистных сооружений АО «Карбид» при воздействии на них АМС показали их доминирование в структуре биоценоза активного ила.

В исследованиях для очистки газовых выбросов от АМС был использован консорциум вышеуказанных активных штаммов-деструкторов, так как интродукция монокультуры полностью не решала проблему очистки. Исполь-зование же нескольких штаммов сопровождалось более полной деструкцией углеводородов, и давало лучшие результаты.

В ходе проведенных экспериментов было показано, что консорциум штаммов Pseudomonas aeruginosa 8 и Bacillus cereus 3 наиболее активно потребляет 0,5 и 2 г/л углеводорода при их соотношении 3:1. Заданные концентрации АМС соответствовали истинному содержанию токсиканта в производственных газовых выбросах при нормальном режиме технологи-ческого процесса и при его нарушении. Использование консорциума клеток P. aeruginosa 8 - Bacillus cereus 3 в соотношениях 1:1 и 2:1 для окисления 2 г/л АМС дало сниженные результаты, равно как и использование чистых культур исследуемых штаммов.

Одним из ключевых моментов при создании биотехнологии по очистке отработанных газовых выбросов является подбор эффективной комбинации микроорганизмов и носителя для их иммобилизации. В ходе постановки экспериментов был опробован ряд носителей и сделан выбор в пользу волокнистых носителей (ерши из стеклоткани), обладающих развитой кон-тактной поверхностью и обеспечивающих прочное закрепление клеток путем простой физической адсорбции. Кроме того, волокнистый материал из стеклоткани может оказаться наиболее предпочтительным адсорбентом в жестких условиях технологического режима, позволяющий равномерно распределяться по объему биофильтра сильным потокам жидкости и воздуха.

В наших исследованиях, эксперименты по очистке загрязненного АМС воздуха, отрабатывали на вертикальной закрытой колоночной установке биотенк-биофильтр с закрепленными ершами из стеклоткани в биофильтре, орошаемом питательным раствором с необходимым количеством минеральных добавок. Для проведения лабораторных экспериментов была использована модель установки биотенк-биофильтр с сорбированной на ершах из стекло-ткани ассоциацией бактериальных штаммов P.aeruginosa 8 и Bacillus cereus 3 , взятыми в отношении 3:1.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3