Методическое пособие 742

УДК 628.35

И.В. Соколова, Е.А. Кочеткова, А.О. Павлова

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБНОСТЕЙ В ИСТОЧНИКАХ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ШТАММА-ДЕСТРУКТОРА. ОСНОВЫ БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ

ОТ ФЕНОЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

В качестве изучаемого объекта выбран штамм, обладающий активностью по отношению к фенолу, как единственному источнику углерода. Данный штамм был выделен в ходе мониторинга вод Северного Каспия и отнесен к роду Rhodococcus sp., перспективен для использования в качестве деструктора для очистки фенольных загрязнений производственных вод. В ходе серии экспериментов определен оптимальный состав питательной среды для культивирования исследуемого штамма в стационарных условиях, изучено влияние микроэлементов на прирост биомассы

Ключевые слова: фенол, микроорганизм-деструктор, штамм, сточные воды, источники питания, условия культиви-

рования

Фенол является одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности, а также со стоками гидролизной промышленности (переработка непищевого растительного сырья цел- люлозно-бумажной и отчасти текстильной промышленности). Как следствие загрязнения водных источников возникает проблема качественной подготовки питьевой воды. В связи с этим актуальна разработка технологий, позволяющих снизить негативную нагрузку на окружающую среду и, как следствие, на организм людей [1]. В сточных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят анионов и свободных фенолов [2].

Обезвреживание жидких стоков производственных предприятий все чаще проводится с помощью биологических методов [3].

По сравнению с физико-химическими методами, метод биодеградации обычно более предпочтителен, поскольку не требует высоких затрат на очистку, применяется более простое аппаратурное оформление, а так же обеспечивает возможностью удаления из сточных вод разнообразных соединений, находящиеся в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии. В этом случае биологическая очистка вод, загрязнѐнных фенолом и его гомологами, получила широкое распространение и большое количество видов микроор- ганизмов-деструкторов фенола были выделены и охарактеризованы на физиологическом и генетическом уровне.

Целью исследования являлось изучение свойств и подбор оптимального температурного режима и состава среды для штамма, обладающего активностью по отношению к фенолу в сточных водах и утилизирующего его практически на 100 % в стационарных условиях.

Объектом исследования являлся бактериальный штамм, выделенный из донных отложений Каспийского моря и использующий фенол в качества источника углерода в концентрации 1,5 г/л. Представляет собой неправильной формы, ветвящиеся подвижные палочки, грамположительные, спорообразующие, кислотоустойчивые. Проведенные ранее исследования позволили отнести данный штамм к семейству Actinomycetaceae, роду Rhodococcus sp. [4].

Также были проведены исследования по подбору оптимальной температуры, что позволило отнести данный штамм к мезофильным микроорганизмам с наиболее благоприятной температурой для культивирования и накопления биомассы 30 0С [5, 6].

Следующим этапом определения оптимальных условий культивирования являлся подбор состава питательной среды для штамма-деструктора ВГТУ-13. Для этого провели изучение влияния макро и микроэлементов на интенсивность роста биомассы бактериального штамма. Для проведения эксперимента использовали питательные среды следующего состава: полная среда (№1, использовали для определения оптимальной температуры): среда

161

без фосфора (№2); среда без калия (№3); среда без серы (№4); среда без магния (№5); среда без железа (№6); среда с добавлением 0,01 %, ZnSO4 (№7); среда с добавлением 0,01 % MnSO4 (№8); среда с добавлением 0,5 % NaCl (№9), среда с добавлением 0,01 % CaCl2 [5]. Посев 0,1 мл бактериальной взвеси с концентрацией 109 КОЕ/мл в 5 мл соответствующей среды осуществляли при температуре 30 ºС в трех повторностях. Сравнение проводили с контролем без бактериальной взвеси. Результаты определены через 24 часа с помощью фотоколориметрического метода (λ=540 нм, чувствительность 2).

Для оценки потребности исследуемого штамма в источниках питания и микроэлементах рассчитывали коэффициент прироста оптической плотности бактериальной суспензии по формуле (1):

(1)

где Dоп. - разность оптических плотностей суточной суспензии бактериальных клеток в экспериментальной питательной среде и исходной (незасеянной) питательной среды, усл. ед.; Dконтр. - разность оптических плотностей суточной суспензии бактериальных клеток в контрольной (полной) питательной и исходной (незасеянной) полной питательных средах, усл. ед. [5].

Значение К свыше 100 % свидетельствует о более благоприятном для роста бактерий составе питательной среды. Результаты приведены в табл. 1. Полученные данные свидетельствуют о том, что исследуемые микроорганизмы для роста и накопления биомассы нуждаются в присутствии в составе питательной среды калия, серы, магния. Фосфор и железо в исследуемых концентрациях (0,05 % и 0,01 % соответственно) существенно замедляют процессы накопления биомассы бактерий, а цинк и марганец тормозят ростовые процессы исследуемого штамма [3].

Для подтверждения полученных данных провели сравнение роста культивирования штамма ВГТУ-13 на среде без фосфора и железа одновременно (№11), сравнив значения оптической плотности с аналогичными на средах №2 и №6 . Состав среды №11: глюкоза - 1

%, пептон - 1%, NH4NO3 - 0,3 %, KСl - 0,1 %, MgSO4 - 0,05 %, Na2SO4 - 0,01 % . Полученные результаты представлены на рис. 1. Для определения содержания источников питания (углерода и азота) в среде для наращивания биомассы исследуемых микроорганизмов осуществляли посев суточных культур в жидкие питательные среды, содержащие источники углерода (глюкоза) и пептон (источник азота) в разных соотношениях. Возможность роста и интенсивность накопления биомассы оценивали визуально по мутности бактериальной суспензии после культивирования в течение 24 ч. Соотношение компонентов и нумерация сред представлены в табл. 2.

Таблица 1 Значения коэффициентов прироста биомассы ВГТУ-13 на питательных средах различного

состава

Рис. 1. Результаты сравнения подобранной среды №11 для штамма ВГТУ-13 с исходными средами

Таблица 2 Содержание глюкозы и пептона в питательных средах для штамма ВГТУ-13

Для исследования ростовых характеристик изучаемого штамма в подготовленные пробирки по 5 мл питательные среды засевали по 0,1 мл суспензии суточной культуры микроорганизма с концентрацией 109 м.к./мл. Далее культивировали при оптимальной для каждого штамма температуре в течение 24 ч. и определяли оптическую плотность культуральной жидкости, используя в качестве контроля незасеянную бактериями среду. Результаты эксперимента по исследованию зависимости интенсивности роста изучаемого штамма от концентраций глюкозы и пептона в питательной среде приведены на рис. 2.

Данные, представленные в табл. 1, 2 и рис. 1, свидетельствуют о том, что оптимальным соотношением источников углерода и азота в питательной среде является 1 % глюкозы и 1 % пептона. Кроме того, интенсивный рост исследуемых микроорганизмов отмечен на мясопептонном бульоне. Изучили также влияние на рост биомассы различных микроэлементов. В среду № 11 добавляли цинк, марганец, кальций и хлорид натрия. В качестве контрольной среды взяли среду без фосфора и железа (№11). Результаты эксперимента показаны в табл. 3.

Рис. 2. Результаты культивирования штамма ВГТУ-13 на средах с различной концентрацией пептона и глюкозы

Небольшой прирост наблюдали на среде с добавлением марганца. Остальные добавленные компоненты тормозили нарастание биомассы штамма ВГТУ-13. Наибольшее отрицательное влияние оказывает добавление ZnSO4. Чтобы оценить влияние марганца (давшего положительный прирост на среде № 11) на рост биомассы штамма ВГТУ-13, провели эксперимент на среде № 11 с различным процентным содержанием данного элемента (0,01 %, 0,02

163

%, 0,03 %). Результаты представлены на рис. 3.

Таблица 3 Значения коэффициентов прироста биомассы ВГТУ-13 на питательной среде без фосфора

и железа с добавлением микроэлементов

Рис. 3. Результаты культивирования штамма ВГТУ-13 на среде №11 с содержанием марганца

0,01 %, 0,02 %, 0,03 %.

На рис. 3 видно, что добавление марганца в количестве 0,01-0,03 % снижает нарастание биомассы по сравнению с контрольной средой на 10-30 %.

Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1.Определены оптимальные температурные условия лабораторного культивирования штамма - деструктора ВГТУ-13 фенольных загрязнений сточных вод. Исследуемый бактери-

альный штамм является мезофильным, дающим максимальный прирост биомассы при температуре 30 0С.

2.Подобран состав питательной среды для культивирования бактериального штамма ВГТУ-13, содержащий 1 % глюкозы, 1 % пептона, 0,3 % NH4NO3, 0,1 % KCl, 0,05 % MgSO4 и

0,01 % Na2SO4.

3. Изучено влияние микроэлементов на скорость нарастания биомассы штамма ВГТУ13 - добавление марганца и цинка, а также кальция не стимулирует ростовую активность, а наоборот, уменьшает накопление биомассы, поэтому добавление микроэлементов для культивирования в среде выше указанного состава не рекомендовано.

Литература

1.Whiteley, A.S., Bailey, M.J. Bacterial community structure and physiological state within an industrial phenol bioremediation system / A.S. Whiteley, M.J. Bailey // Appl. Environ. Microbiol., 2000. - Vol. 66.- P. 2400-2407.

2.Arutchelvan, V., Kanakasabai, V., Nagarajan, S., Muralikrishnan, V. Isolation and identification of novel high strength phenol degrading bacterial strains from phenol-formaldehyde resin manufacturing industrial wastewater / V. Arutchelvan, V. Kanakasabai, S. Nagarajan, V. Muralikrishnan // J. Hazard.Mater. - 2003. - Vol. 127. - P. 238-243.

3.Соколова И.В. Выделение, идентификация и подбор условий культивирования мик- роорганизмов-деструкторов фенольных загрязнений производственных сточных вод [Электронный ресурс] /И.В. Соколова, Е.А. Кочеткова [и др.] // Научные труды Кубанского гос. технол. ун-та (Научные труды КубГТУ): электрон. сетевой политематический журнал. - 2017. - № 7 [по матер. I междунар. науч.-практ. конф. «Безопасность и ресурсосбережение в техносфере» (г. Красно-

164

дар, 6-7 апреля 2017 г.)]. - С. 2633. - Режим доступа: http://ntk.kubstu.ru/file/1779.

4.Соколова И.В. Использование микроорганизмовдеструкторов для биоремедиации от загрязнений фенолами / Е.А. Кочеткова, И.В. Соколова [и др.] // Инновационные технологии и технические средства для АПК: материалы межд. научно-практ. конф. молодых ученых

испециалистов; под общей ред Н.И. Бухтояров, Н.М. Дерканосова, А.В. Дедов - Воронеж: Изд-во «Воронежский госуд. аграрный ун-т им. Императора Петра I», 2016. - Ч.II. - 236 с. - С.

15-19.

5.Колотова О.В., Соколова И.В., Владимцева И.В., Орлова С.Н., Анненко А.И. Выделение, идентификация и культивирование бактериального штамма, обладающего липолитической активностью / О.В. Колотова, И.В. Соколова, И.В. Владимцева, С.Н. Орлова, А.И. Анненко // Естественные и технические науки. - М.: Изд-во «ООО «Издательство «Спутник+», 2016. - № 2(92). - C. 11-16.

6.Владимцева И.В. Подбор температурного режима культивирования бактериальных деструкторов органических загрязнений сточных вод / И.В. Владимцева, О.В. Колотова, И.В. Соколова [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - Оренбург: Изд-во «Оренбургский госуд. аграрный ун-т», 2017. - №3(65). - С. 205-207.

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

I.V. Sokolova, E.A. Kochetkova, A.O. Pavlova

STUDY OF THE NEEDS IN MACRO - AND MICROELEMENTS

FOR STRAIN-DESTRUCRTOR. THE BIOPREPARATION BASE FOR PURIFICATION

FROM PHENOL POLLUTIONS

The studied object in the research – the bacterial strain with activity to phenol as the only carbon source. This strain was isolated during The Northern Caspian sea monitoring and identified as Rhodococcus sp., it’s perspective for using as the phenol pollution wastewater destructor. During the experiments the optimum growth medium composition has been chosen for cultivating of the studied microorganisms in the stationary conditions, studied the impact of microelements at the biomass growth

Key words: phenol, microorganism-destructor, strain, wastewaters, power supplies, cultivating conditions

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Volgograd State

Technical University»

УДК 628.3

А.А. Тихонова, И.В. Владимцева

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ПЕРЕРАБОТКОЙ ИЛОВОГО ОСАДКА ФЕРМЕНТНО-КАВИТАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Предложена ресурсосберегающая технология биологической очистки сточных вод в башенных биореакторах с ферментно-кавитационной обработкой, позволяющей обеззаразить иловый осадок путѐм использования кавитации низкой интенсивности с числом кавитации 0,01-0,05. При этом происходит интенсификация роста и ферментативной активности микроорганизмов, осуществляющих биодеградацию органических загрязнений, что дает возможность подавать возвратный активный ил без потери окислительной мощности сооружений. Метод позволяет улучшить качество очищенной воды и сократить количество образующихся твѐрдых отходов

Ключевые слова: биологическая очистка, башенные аэротенки, кавитация низкой интенсивности, обеззараживание илового осадка

Ресурсосберегающие технологии сегодня весьма востребованы в различных сферах и очистка сточных вод не является исключением. Для уменьшения воздействия на окружающую среду необходимо разрабатывать и внедрять технологии, позволяющие улучшить качество очищенной воды, а так же уменьшить количество твѐрдых отходов - илового осадка.

165

Сточные воды зачастую содержат значительное количество органических загрязнителей, которые могут быть утилизированы на сооружениях биологической очистки. Известные схемы классических очистных сооружений биологической очистки основаны на применении аэротенков коридорного типа. Утилизация загрязнений в них осуществл я- ется активным илом, содержащим биоценоз микроорганизмов, чувствительных к целому ряду параметров окружающей среды (температуре, pH, токсическим веществам, высокой концентрации загрязнителей). Это приводит к определѐнным сложностям, связанным с необходимостью строгого соблюдения технологического режима очистки, предварительного разбавления концентрированных стоков, увеличения объѐмов сточной воды. П ри этом отмечается относительно низкая скорость разложения загрязнений, а так же п о- требность в больших площадях под очистные сооружения [1-7].

Альтернативой классической технологии биологической очистки является применение сооружений башенного типа, позволяющих значительно сократить занимаемые очистными сооружениями площади и при этом вписаться в любую многоэтажную жилую и промышленную застройку.

Наибольший эффект при использовании аэротенков колонного типа дает примен е- ние вспухшего активного ила. В классических аэротенках вспухание ила возникает вследствие низкой способности активного ила к осаждению. Вспухание ила обычно вызвано такими причинами, как низкое значение рН или высокой концентрацией жиров (более 25 мг/л). В таких условиях формируется биоценоз с микроорганизмами нитчатой структуры или размножением мицелиальных форм микроскопических грибов, которые снижают с е- диментационные свойства ила и повышают иловый индекс до 150 см3/г, что является неблагоприятным фактором для биологической очистки сточной воды. При этом происходит нарушение режима эксплуатации очистных сооружений и загрязнение природных в о- доемов в результате выноса с очищенной водой практически всей массы активного ила в водный объект. Во всем мире ведется борьба с проявлениями вспухания активного ила, которая не дает ощутимых результатов.

В то же время всплытие активного ила происходит в результате прикрепления к его хлопьям пузырьков воздуха, который является источником кислорода, необходимого для активного роста микроорганизмов и эффективной утилизации ими органических загрязнений сточной воды. Вспухший активный ил имеет большую окислительную мощность, не подвержен отрицательному влиянию перепадов биохимических нагрузок и сложного гидравлического режима. Вспухший ил проводит глубокую минерализацию органических загрязнений, что позволяет обеспечить:

-высокое качество очищенной воды до требований сброса в рыбохозяйственный водоем без применения химических реагентов;

-нулевую эмиссию вредных выбросов в атмосферу, благодаря чему происходит е е оздоровление;

Применение вспухшего активного ила возможно при использовании сооружений башенного типа, при этом давление водяного столба может быть повышено более 0,1 МПа, что увеличивает количество растворѐнного кислорода (более 10 мг/л).

При биологической очистке сточных вод обеззараживание очищенной воды осуществляется при помощи различных реагентных или безреагентных способов, например, хлорированием, обработкой гипохлоритом натрия, ультрафиолетовым облучением или озонированием. Несмотря на высокую бактерицидную поражаемость (99,8 %), вышеперечисленные способы имеют серьезные недостатки. Это опасность для обслуживающего персонала, использование дорогостоящего оборудования, необходимость утилизации отработавших свой ресурс расходных материалов (ртутных ламп, отходов электролиза). Для обработки и обеззараживания илового осадка на большинстве очистных сооружений в нашей стране и за рубежом применяется метод анаэробного сбраживания в метантенках. Однако этот процесс характеризуется высокой энергоемкостью, длительностью обработ-

166

ки осадка и выделением метана, двуоксида углерода и других газов.

Целью данной работы явилось использование кавитации низкой интенсивности для уничтожения патогенной микрофлоры в башенных сооружениях аэробной биологической очистки.

Кавитация до настоящего времени ассоциируется с искусственно созданным воздействием, который разрушает живые и неживые объекты. Однако при уменьшении интенсивности кавитации в тысячи раз она превращается в эффективное избирательное средство подавления патогенной микрофлоры и надежно защищает твердые тела, например, лопасти гидравлических машин, от разрушения. При этом интенсивность (число к а- витации G) является безразмерным параметром и характеризует скоростное кавитационное течение:

G2 (P P3 ) ,

V 2

где Р - гидравлическое давление набегающего потока, Па; Р3 - давление насыщенных паров жидкости при температуре окружающей жидкости, Па; ρ - плотность среды, кг/м3; V - скорость потока на входе в систему, м/с.

В зависимости от величины G различают четыре вида скоростных потока:

-при G > 1 - докавитационный сплошной (однофазный) поток;

-при G ≈ 1 - среднекавитационный (двухфазный) поток;

-при G < 1 – пленочный поток, с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока, соответствующий числу кавитации низкой интенсивности;

-при G << 1 – суперкавитационный поток, соответствующий числу кавитации высокой интенсивности.

Для получения кавитации высокой интенсивности необходимо обеспечить большую прямолинейную скорость жидкости и еѐ надежную дисперсность за счет распыления, дробления и других способов местного понижения давления в потоке жидкости при обтекании твердого тела. При этом образуются кавитационные каверны (множества), з а- полненные паром и газом, называемые полостями, пузырьками или сферами. В моментах их схлопывания давление и температура газа достигают значительных величин (до 100

МПа, 10000 оС) 3 . При схлопывании пузырьков газа распространяется ударная волна, в результате чего при кавитации высокой интенсивности наблюдаются разрушительные процессы, воздействующие на объекты, находящиеся в «распыленном» потоке жидкости.

При кавитации низкой интенсивности жидкость также перемещается с большой скоростью, но направление движения поступательно-вращательное, по ходу движения часовой стрелки. Направление движения обеспечивается при помощи специальных «спиралей Архимеда», создающих заданный вектор движения и дискретный пленочный р е- жим разделения жидкости. При этом значительно увеличиваются размеры образующихся линзообразных пузырей, которые при сжатии потока создают микроточечные электрические разряды высокого напряжения - центры кавитации. В результате такой кавитации находящиеся в ее центре крупные включения, например, яйца и личинки гельминтов, мгновенно разрушаются. Сапрофитные (рабочие) бактерии, например, рода Bacillus, Pseudomonas, приобретают за счет воздействия электрических разрядов дополнительную ростовую и ферментативную активность. При этом правосторонний вектор движения жидкости, обеспеченный «спиралями Архимеда», и гидравлическое сжатие потока полностью предотвращают разрыв потока жидкости и придают ему вращательное движение, стимулируя интенсивный рост рабочих микроорганизмов и окончательное подавление патогенной микрофлоры.

Технологически достижение кавитации низкой интенсивности с числом G = 0,01- 0,05, до уровня, необходимого для подавления патогенной микрофлоры, предотвращения расслоения потока жидкости и нарушения работы насоса, достигается при устано влении

167

на трубопроводе эксцентрически суженного участка, где размещены с наклоном по часовой стрелке к потоку профилированные элементы сопротивления - спирали Архимеда. Благодаря этому скорость движения очищаемой жидкости достигает скорости вращ ения рабочего колеса насоса, обеспечивая неразрывность потока. Таким образом, входящ ий для очистки поток жидкости «закручивается», оставаясь таковым и после насоса, что сп о- собствует генерации микрокаверн.

В последние годы для очистки сточных вод все шире используются системы вертикального типа - башенные, или колонные, биореакторы, позволяющие в сотни раз сократить занимаемые очистными сооружениями площади и при этом вписаться в любую многоэтажную жилую и промышленную застройку. С целью интенсификации биоочистки в систему вертикального типа устанавливают насосы, снабженные устройством г енерирования низкой кавитации - турбуджетом, в результате чего активный ил переходит во вспухшую форму с высокой окислительной способностью.

Для обеззараживания водно-иловой смеси на выходе из биоректора было установлено дополнительное устройство генерирования кавитации низкой интенсивности - кавитационный пастеризатор. Учитывая, что общее количество микрофлоры в обрабатываемой смеси значительно выше, чем в очищаемой воде, в кавитационном пастеризаторе вдвое увеличивали количество спиралей Архимеда. При этом обеспечивается эффективное уничтожение патогенной микрофлоры и обеззараживание очищенной воды и акти в- ного ила. Кроме того, образующиеся в результате кавитации электрические разряды ни з- кой напряженности интенсифицируют ростовые и ферментативные свойства р абочих микроорганизмов, что позволяет подавать возвратный активный ил без потери окислительной мощности сооружений.

Проведенные исследования показали, что использование колонных аэротенков с вспухшим активным илом позволяет решить задачу уменьшения площадей, занимаемых очистными сооружениями. На основании разработанных технологических решений уд а- ется вести не только эффективную очистку сточных вод, но и проводить глубокую мин е- рализацию как вновь образующегося, так и депонированного илового осадка.

Литература

1.Яковлев, С.В. Биологические процессы в очистке сточных вод [Текст]: монография

/С.В. Яковлев, Т.А. Карюхина. - М.: Изд-во «Стройиздат», 1981. - 200 с. - С. 92-93.

2.Пирсол, И.С. Кавитация [Текст] / И.С. Пирсол; под ред., с предисл. и доп. Л.А. Эпштейна; перевод с англ. Ю.Ф. Журавлѐва. - М.: Изд-во «Мир», 1975. - 95 с. - С. 14-15.

3.Перник, А.Д. Проблемы кавитации [Текст] / А.Д. Перник. - 2-е изд.- Л.: Изд-во «Судостроение», 1966. - 493 с. - С. 10-14.

4.Патент 2260716 Российская Федерация МПК 7 F 04 D 29/66, F 04 B 11/04. Способ снижения кавитации в гидравлических машинах и устройство для его осуществления [Текст]

/А.А. Степкин, Ю.А. Степкина. - Заявители и патентообладатели: Степкин А.А., Степкина Ю.А.; заявл. 24.12.03; опубл. 20.09.05, Бюл. №7. - 6 с.

5.Степкина, Ю.А. Совершенствование технологий и систем обработки осадка при очистке сточных вод [Текст]: дис…. канд. техн. наук / Ю.А. Степкина / Диссертация. 06.01.02: Мелиорация, рекультивация и охрана земель. - Волгоград: [Место защиты: Волгогр. гос. с.-х. акад.], 2009. - 137 с. - С. 77-79.

6.Тихонова, А.А. Перспективы использования колонных аэротенков с вспухшим активным илом для очистки сточных вод химических предприятий [Текст] / А.А. Тихонова, И.В. Владимцева, В.А. Черненко // V Международная конференция-школа по химической технологии ХТ`16: сб. тез. докл. сателлитной конф. XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 16-20 мая 2016 г.): в 3-х томах. - Т. 3. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград: Изд-во «Волгоградский государственный технический университет», 2016. - 361

с. - C. 231-233.

168

7. Тихонова, А.А. Применение кавитации низкой интенсивности для подавления патогенной микрофлоры в башенных сооружениях биологической очистки [Текст] / А.А. Тихонова, Ю.А. Чернова, И.В. Владимцева // Естественные и технические науки. - М.: Изд-во «ООО «Издательство «Спутник+», 2016. - № 5. - C. 19-22.

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»

A.A. Tikhonova, I.V. Vladimtseva

RESOURCE-SAVING TECHNOLOGY OF BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT WITH RECYCLING OF SLUDGE ENZYME-CAVITATION METHOD

There has been offered an efficient method of disinfecting water-sludge at biological wastewater treatment in tower-shaped bioreactors. The method provides a high degree of suppression of pathogenic organisms through the use of low intensity with cavitation number 0,01-0,05. When this happens, the intensification of growth and enzyme activity of microorganisms carrying out further biodegradation of organic contaminants, which gives the opportunity to lodge a refundable active sludge without loss of oxidative capacity of installations. The method allows improving the quality of purified water and reducing the amount of solid waste generated

Key words: biological treatment, tower-shaped aerotencs, cavitation of low intensity, sludge disinfection

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Volgograd State

Technical University»

УДК 628.355.2:579.017.8

В.С. Шевцова, О.В. Колотова, Л.А. Шевченко, П.С. Слюсарева

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ЖИРОВ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ - ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Входе лабораторного исследования определены оптимальные условия получения биомассы бактериального штамма - продуцента липазы: температура культивирования, потребности в источниках питания и микроэлементах. Изучена динамика роста микроорганизма на модельных средах, содержащих различные жировые субстраты

Ключевые слова: сточные воды, бактериальные штаммы, биопрепараты, жировые загрязнения, источники питания, микроэлементы

Входе производства пищевой продукции образуется огромное количество отходов, в

том числе и загрязненные сточные воды. Проблемы создают жировые вещества животного происхождения, трудно извлекаемые из стоков, а при сбросе недостаточно очищенных сточных вод в поверхностные водоѐмы, существенно ухудшающие экологическую ситуацию. Использование отходов мясопереработки было и остается одним из наиболее важных вопросов, связанных с загрязнением окружающей среды. Актуальна разработка технологий по разложению и утилизации жиров в сточных водах, основанных на использовании микробных липаз и микроорганизмов, способных к их продуцированию.

Поэтому поиск активных продуцентов липаз, которые могли бы стать основой биопрепаратов для локальной очистки жиросодержащих сточных вод, является весьма важной задачей [1]. В России биопрепараты в основном представлены импортными аналогами, однако отечественными исследователями активно развивается данное направление, что объясняется и ростом перерабатывающей промышленности в стране, и интересом к промышленному применению микробных липаз [2].

Целью исследования стало определение оптимальных условий получения биомассы (температуры и состава питательных сред) липолитически активного бактериального штамма - основы биопрепарата для очистки жиросодержащих сточных вод и переработки жировых отходов.

В результате экспериментов, проведенных с музейными культурами из коллекции ла-

169

боратории биотехнологии кафедры ПЭБЖ ВолгГТУ, с целью разработки основы биопрепарата был отобран липидоокисляющий бактериальный штамм ВГТУ-03, который был выделен из донных отложений Северного Каспия, представляющий собой грамположительные подвижные бесспоровые палочки, одиночные и соединенные в короткие цепочки [3].

Для определения оптимального температурного режима лабораторного культивирования и дальнейшего применения в практике очистки сточных вод изучаемые штаммы выращивали при различных температурах. Для этого 0,1 мл суспензий микроорганизмов с концентрацией 109 м.к./мл, приготовленных из суточных культур, засевали в 5 мл жидкой питательной среды (№1), содержащей 1 % глюкозы, 1 % пептона, 0,2 % KH2PO4, 0,3 % NH4NO3, 0,05 % MgSO4 и 0,01 % FeSO4. Посевы инкубировали в течение 24 ч при температурах: 5, 16, 22, 30, 37, 40, 45 °С. Для оценки способности роста микроорганизмов при различных температурах применяли фотометрический метод, регистрируя оптическую плотность суточных бактериальных суспензий на приборе КФК-2-УХЛ-4.2, используя светофильтр 490 нм и кюветы с длиной оптического пути 5 мм. В качестве контроля использовали незасеянную микроорганизмами питательную среду [4].

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что оптимальной температурой для роста и накопления биомассы ВГТУ-03 является 30 ̊С (рис. 1).

Рис. 1. Оптические плотности суточной бактериальной суспензии при различной температуре культивирования липидоокисляющего штамма

В ходе дальнейших экспериментов было изучено влияние различных источников питания и микроэлементов на интенсивность роста и накопления биомассы исследуемыми микроорганизмами. Для этого в состав питательной среды вводили или исключали отдельные химические элементы. Составы использованных питательных сред приведены в таблице.

Интенсивность роста бактерий в экспериментальных средах сравнивали с ростом в полной питательной среде №1. Применяя фотометрический метод, определяли оптические плотности бактериальных суспензий в экспериментальных средах (в качестве контроля использовали соответствующую стерильную питательную среду) и рассчитывали коэффициент прироста биомассы по формуле:

где Dэксп. - оптическая плотность бактериальной суспензии в экспериментальной среде, Dконтр. - оптическая плотность бактериальной суспензии в контрольной среде.

Зависимости коэффициента К от состава питательных сред для штамма ВГТУ-03 графически отображена на рис. 2.

Результаты культивирования бактерий на средах различного состава показывают, что для роста и накопления биомассы штаммом ВГТУ-03 необходима питательная среда № 11, содержащая серу, калий и хлорид натрия, а фосфор, марганец и кальций не относятся к обязательным для них элементам. Цинк и железо в указанных концентрациях тормозят рост исследуемого штамма.

170