Способ очистки воды от монохлорфенолов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МОНОХЛОРФЕНОЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Глушень Елена Михайловна Самсонова Алисса Самуиловна Семочкина Наталья Федоровна Кононова Виолетта Вячеславовна Петрова Галина Михайловна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси(57) Способ очистки воды от монохлорфенолов путем пропускания очищаемой воды в аэробных условиях через биореактор с иммобилизованными на носителе микроорганизмами-деструкторами, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов-деструкторов используют штаммБИМ В-412 Д, иммобилизованный на носителе в количестве 70 мг/л, причем концентрацию монохлорфенолов в очищаемой воде поддерживают на уровне не более 200 мг/л. Изобретение относится к способам биологической очистки воды, содержащей трудноокисляемые органические вещества, а именно монохлорфенолы. Существуют способы биологической очистки воды от трудноокисляемых органических веществ путем их сорбции на активированном угле и биологической регенерации угля микроорганизмами, закрепленными на его гранулах, включающий стадию озонирования воды 4. Данный способ имеет следующие недостатки невысокая степень очистки от хлорорганических соединений, необходимость постоянного озонирования воды. Бактерии родаактивно используются для деструкции нефти 3, а также способны к утилизации монохлорфенолов в концентрации 150 мг/л 2. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ биологической очистки воды от хлорорганических соединений путем сорбции последних микроорганизмами, закрепленными на активированном угле в псевдоожиженном слое в анаэробном и далее в аэробном режиме 1. Недостатками прототипа являются сложность процесса очистки, связанная с применением двухступенчатой схемы биосорбционной очистки, низкие концентрации хлорорганических соединений в очищаемой воде (45 мг/л), а также использование в обработке сточных вод, содержащих хлорорганические соединения, микроорганизмов, спонтанно развивающихся на активированном угле. 12623 1 2009.12.30 Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки вод от монохлорфенолов с помощью специализированного штамма микроорганизмадеструктора, адаптированного к хлорфенолам и иммобилизованного на носителе из полипропилена. Поставленная задача достигается за счет иммобилизации на носителе микроорганизмов-деструкторов, в качестве которых используют биомассу активного микроорганизмадеструктора монохлорфеноловБИМ В-412 Д. Иммобилизация дает возможность а) интенсифицировать процесс при высоких субстратных нагрузках б) осуществлять глубокую очистку в условиях низких концентраций веществ в) длительно удерживать в биореакторе штаммы-деструкторы при отсутствии поступления соответствующих загрязнителей. Прикрепленные микроорганизмы более устойчивы к действию токсикантов, размножаются быстрее, чем во взвешенном состоянии, характеризуются повышенной метаболической активностью. Иммобилизованная культура родококка разлагает монохлорфенолы в концентрации 20-200 мг/л, используя их в качестве единственного источника углерода. ШтаммБИМ В-412 Д выделен из почвы, подвергавшейся длительному загрязнению промвыбросами предприятия органического синтеза, депонирован в Республиканской коллекции микроорганизмов ГНУ Институт микробиологии НАН Беларуси подБИМ В-412 Д. Физиолого-биохимические свойстваБИМ В-412 Д аэроб, частично кислотоустойчив, оксидазоотрицателен, дает отрицательный тест Хью-Лейфсона с глюкозой, уреазо- и каталазоположителен. На среде МСА при 30 С формируют изолированные колонии через 18 часов. В клеточной стенке обнаружены галактоза, арабиноза,мезодиаминопимелиновая кислота (мезо-ДАПК), липид - ( тип). Образует кислоту из глюкозы, сахарозы, фруктозы, галактозы, ксилозы, мальтозы, манита, сорбита и глицерина, но не из арабинозы, лактозы, рамнозы, дульцита. Усваивает натриевые соли органических кислот лимонной, пропионовой, бензойной, молочной, уксусной, но не щавелевой. Восстанавливает нитраты в нитриты, растет на нитритном агаре, на безазотистой среде Эжби, в присутствии 5, устойчив к тетрациклину (10 ед.) и бензилпенициллину (10 ед.). Штамм способен разлагать тирозин, не гидролизует крахмал, не разжижает желатин, не разлагает казеин, ксантин. Оптимальная температура роста -28 С оптимальные значения- 6,5-7,5. Штамм при росте на общепринятых средах и минеральной среде с растительным маслом не требует стимуляторов роста. Штамм использует растительное масло в качестве единственного источника углерода и не требует стимуляторов деструкции сохраняет жизнеспособность и деструктивные свойства в течение 6 месяцев на МПА, МСА и агаризованной минеральной среде с растительным маслом (0,1 ). Штамм не токсичен и не патогенен. Основанием для использования данного штамма для разработки способа микробной очистки вод в локальных условиях является выявленная способность разрушать высокие концентрации хлорированных фенолов при полном разрушении молекулы хлорфенола, а также утилизировать также молекулы образующихся при этом промежуточных метаболитов. Кроме того, культураБИМ В-412 Д обладает высокой иммобилизационной способностью на полипропиленовом носителе (70 мг/г носителя). Пример 1. Для очистки воды от монохлорфенолов использовали бактериальную культуруБИМ В-412 Д. Процесс очистки модельного стока, содержащего монохлорфенолы в количестве 20,50, 100, 200 мг/л, проводили в лабораторных биореакторах, представляющих собой стеклянные колонки объемом 1 л. Носитель для микроорганизмов (полипропилен) занимал 2 12623 1 2009.12.30 20 объема биореактора. Биомассу бактерий-деструкторов получали с использованием жидкой минеральной среды. Культивирование осуществляли в периодических условиях в колбах Эрленмейера объемом 1 л, содержащих 0,2 л среды с монохлорфенолами в качестве источника углерода в концентрации 5 мг/л. Клетки закрепляли на носителе в биореакторе, подавая в установку культуральную жидкость с помощью перистальтического насоса. Содержание 2-хлор-, 3-хлор- и 4-хлорфенолов в модельном стоке определяли до и после очистки методом ГЖХ. Результаты испытаний метода очистки воды от 2-хлорфенола показали, что при использованииБИМ В-412 Д, иммобилизованной на носителе, достигается высокая эффективность деструкции токсиканта. Так, 100 -ная степень очистки воды, загрязненной 2-хлорфенолом в концентрации 20 мг/л, зафиксирована при скорости разбавления, равной 0,1 ч-1 (табл. 1). Увеличение концентрации загрязнителя до 50 и 200 мг/л снижает эффект очистки до 99,2 и 91,9 соответственно. Показатели эффективности очистки воды, загрязненной 3-ХФ в концентрации от 20 до 200 мг/л, иммобилизованной культурой даже при таком широком размахе концентрации достаточно высоки и составляют значения от 100 до 95,3 при скоростях протока от 0,08 до 0,36 ч-1. Испытания способа очистки воды от 4-хлорфенола показали высокую эффективность очистки с помощью иммобилизованной культурыБИМ В-412 Д, которая разрушает на 1004 ХФ в концентрации 20 мг/л при скорости разбавления 0,15 ч-1. 4-хлорфенол в концентрации 50 мг/л разрушается на 100 при скорости разбавления,равной 0,13 ч-1. Очистка модельного стока, содержащего 200 мг/л 4-хлорфенола, при скорости разбавления, равной 0,11 и 0,27 ч-1, обеспечивает эффективность деструкции токсиканта, равную 99,4 и 96,3 соответственно. Пример 2. Процесс очистки модельного стока, содержащего монохлорфенолы в количестве 20,50, 100, 200 мг/л, проводили аналогично примеру 1. Смесь культур, состоящая из .7 ХФ, .5 Д, .3, для очистки воды, загрязненной 2-хлорфенолом в концентрации 100 и 200 мг/л, была использована нами, исходя из известного положения о более высокой устойчивости смешанных культур к воздействию токсических веществ и лучшей эффективности сочетанной метаболической активности смеси деструкторов в процессе атаки на молекулу загрязняющего вещества. Однако эффективность разрушения 100 и 200 мг 2-хлорфенола смесью культур родококков при равных скоростях разбавления оказалась на 16,2 и 16,7 соответственно менее эффективной, чем культуройБИМ В-412 Д (табл. 2). Результаты, характеризующие эффективность использования смеси культур активных деструкторов хлорфенолов для очистки модельных сточных вод от 3-хлорфенола незначительно отличаются от показателей очистки стока только культуройБИМ В-412 Д. Вода, содержащая 4-хлорфенол в концентрации 20 мг/л, очищается смесью иммобилизованных культур родококков при скорости разбавления 0,11 и 0,18 ч-1 на 98,5 и 88,3 соответственно. Эффективность очистки модельного стока, содержащего 4-хлорфенол в концентрации 50, 100 и 200 мг/л, со скоростью разбавления 0,11 ч-1 составляет 97,83, 92,7 и 90,5 соответственно. Увеличение скорости разбавления в 2 раза незначительно снижает эффективность очистки воды от 4-хлорфенола, ее показатели остаются высокими и составляют для концентраций 20, 50 и 100 мг/л 4-хлорфенола 95,5, 80,3 и 87,8 соответственно. Данные, приведенные в таблицах, свидетельствуют о целесообразности применения одной культурыБИМ В-412 Д для очистки вод, загрязненных хлорфенолами. Таким образом, предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить эффективность очитки вод даже при высоких концентрациях монохлорфенолов. 12623 1 2009.12.30 Таблица 1 Очистка воды от монохлорфенолов иммобилизованной культуройБИМ В-412 Д в биореакторе Исходное содержание Время пребывания Скорость раз- Эффективность хлорфенола, мг/л в биореакторе, ч бавления, ч-1 очистки,20,09,9 0,1 100 50,0 12623 1 2009.12.30 Таблица 2 Очистка воды от монохлорфенолов иммобилизованными культурами родококков в биореакторе Исходное содержание Время пребывания Скорость раз- Эффективность хлорфенола, мг/л в биореакторе, ч бавления, ч-1 очистки,20 3,2 0,31 99,2 50 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5