Консорциум штаммов бактерий bacillus megaterium bacillus freudeureichii, agrobacterium sp., arthrobacter oxamicetus, используемый для очистки сточных вод от диэтиленгликоля и метанола

 

Использование: очистка промышленных сточных вод от диэтиленгликоля (ДЭГ) и метанола в высоких концентрациях. Сущность изобретения: создание консорциума штаммов бактерий Bacillus meg aterium 171, Bacillus freudeureichii 124, Agrobacterium sp. 172, Arthrobacter oxamicetus 168 в процентном соотношении 40 : 25 : 20 : 15 для деструкции ДЭГ (до 10 г/дм³ ) и метанола (до 5 г/дм³ ). Положительный эффект: предотвращение попадания в окружающую среду экологически опасных токсических веществ в результате их утилизации предложенным консорциумом. 2 табл.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к биологической очистке промышленных сточных вод, и касается консорциума штаммов бактерий, который предназначен для совместного разрушения диэтиленгликоля (ДЭГ) и метанола в высоких концентрациях.

Известно, что консоpциум бактерий Agrobacterium sp 172, Bacillus megaterium 171, Bacillus pumilus 123 может утилизировать из воды до 10000 мг/дм³ ДЭГ.

Штамм Methylomonas methanica DS способен утилизировать метанол из воды полностью в массовой концентрации до 10000 мг/дм³. В то же время совместное присутствие ДЭГ и метанола в сточной воде в больших концентрациях делает невозможным очистку этой воды активным илом [1] По известному способу [2] совместная очистка высокоминерализованной сточной воды от ДЭГ и метанола с массовой концентрацией 1000 2000 мг/дм³ соответственно осуществляется за 40-120 ч адаптированной микрофлорой активного или при разбавлении стока пресной водой в 70-100 раз. В данном случае об эффективности очистки говорить трудно, т. к. такая степень разбавления сточной воды делает содержание ксенобиотиков настолько минимальным (30-50 мг/дм³), что не представляет трудностей для активного ила традиционных очист- ных сооружений, для которых ПДК до 300 мг/дм³, метанола до 30 мг/дм³.

Проблемой остается очистка промышленных сточных вод, в которых присутствуют совместно в больших концентрациях ДЭГ (до 10000 мг/дм³) и метанол (до 5000 мг/дм³). Для эффективного разрушения ДЭГ и метанола, содержащихся в больших концентрациях в сточных водах, получен консорциум штаммов, обладающих высокой деструктивной активностью к данным ксенобиотикам.

Изобретение заключается в применении для очистки сточных вод, содержащих ДЭГ до 10000 мг/дм³ и метанол до 5000 мг/дм³, консорциума штаммов микроорганизмов Bacillus megaterium ВКПМ (171) B-5168, Bacillus freudenreichi ВКПМ (124) B-3158, Agrobacterium sp. ВКПМ (172) B-5163, Arthrobacter oxamicetus ВКПМ (168) S-918 при процентном соотношении 40:25:20:15.

П р и м е р 1. Получение консорциума.

Активные штаммы бактерий первоначально были получены методом накопительных культур из образцов почв, взятых с территории газовых промыслов, где для осушки газа используются ДЭГ и метанол. Затем селекцию штаммов-деструкторов продолжали в проточных условиях при иммобилизации бактерий на насадке из синтетического волокна, изготовленной на вязальной машине и имеющей форму "ВИИ"R ТУ 995990. В такую установку вносили активные штаммы микроорганизмов-деструкторов, полученные методом накопительных культур.

При постепенном увеличении концентрации ксенобиотиков в подаваемой воде в биореакторе происходит селекция высокоактивных штаммов. При утилизации максимальных концентраций ДЭГ и метанола были выделены культуры микроорганизмов, из которых и составлен консорциум. Консорциум микроорганизмов использует ДЭГ и метанол в качестве единственного источника углерода в проточных условиях, при постоянной аэрации и иммобилизации клеток на инертной насадке при исходном массовом содержании ДЭГ 10000 мг/дм³ и метанола 5000 мг/дм³. Консорциум способен расти на среде, содержащей г/дм³: Na₂HPO₄ 0,6; NH₄NO₃ 0,4; KCl 0,02; MnSO₄ 0,01; MgCl₂ 0,02; CaCl₂ 0,01; ДЭГ до 10000 мг/дм³; метанол до 5000 мг/дм³; водопроводная вода до 1 дм³, величина pH 6,9-7,2.

При конструировании консорциума для научных и практически целей брали вегетативный материал компонентов и смешивали в один инокулят. Стабильность консорциума подтверждается высевом на твердую питательную среду с подсчетом колоний разного типа.

Конкурентоспособность консорциума при использовании его в нестерильных средах (при очистке реальных сточных вод) велика, т. к. в результате сильного токсиче- ского воздействия ДЭГ и метанола (при высоких концентрациях) микроорганизмы, попавшие в установку при "случайном" заражении, в этих условиях не развиваются.

П р и м е р 2. Использование консорциума.

1. В периодических условиях при температуре 30^оС, на качалке (150 об/мин) изучали деструктивные свойства консорциума микроорганизмов: Bacillus megaterium ВКПМ (171) B-5168, Bacillus freudenreichi ВКПМ (124) B-3158, Agrobacterium sp ВКПМ (172) B-5163, Arthrobacter oxamicctus ВКПМ (168) S-918 в различных процентных соотношениях. Консорциум составляли из исходных суспензий микроорганизмов, содержащих по 10^-9 клеток на 1 мл среды.

Для исследования был взят и штамм Bacillus pumilus ВКПМ (123) В-3160, который входит в состав консорциума микроорганизмов, разрушающих ДЭГ в концентрации 10000 мг/дм³.

Как видно из табл. 1, штамм Bacillus pumillus не утилизирует метанол, и присутствие метанола в среде ингибирует деструктивную активность его по отношению к ДЭГ. Поэтому нецелесообразно вводить его в состав консорциума.

Остальные штаммы в отдельности разрушают часть взятых ксенобиотиков. Причем штамм Bacillus megaterium разрушает ДЭГ на 40% и Agrobacterium sp на 30% Штаммы Bacillus freudenreichi и Arthrobacter oxamicetus разрушают в большей степени метанол на 35 и 39% соответственно.

Исследование различных соотношений указанных культур показало, что наибольшую деструктивную активность по отношению к ДЭГ (утилизация 97%) и метанолу (утилизация на 99%) проявили микроорганизмы, взятые в следующем процентном соотношении: Bacillus megaterium/Bacillus freudenreichi/ Agrobacterium sp./Arthro-bacter oxamicetus как 40:25:20:15.

2. Использование консорциума в проточных условиях проводили в восемнадцати секционном реакторе объемом 3,6 дм³ с насадкой из синтетического волокна. Температура очистки 20-26^оС, время очистки 48 ч. Модельная сточная вода следующего состава, г/дм³: Na₂HPO₄ 0,6; NH₄NO₃0,4; MnSO₄ 0,01; KCl 0,02; MgCl₂ 0,02; CaCl₂ 0,01, ДЭГ 10,0, метанол 5,0, водопроводная вода до 1 дм³. Консорциум микроорганизмов вносили в установку в процентном соотношении Bacillus megaterium / Bacillus freudenreichi / Agrobacterium sp/ Arthrobacter oxamicetus как 40:25:20:15. Модельную сточную жидкость подавали в установку вначале с очень маленькой скоростью протока, начальное время пребывания воды в установке 120-144 ч.

При постепенном снижении содержания ксенобиотиков на выходе из сооружения время пребывания постепенно уменьшали. Через 6 недель прошла полная адаптация бактерий к данному составу воды, на насадке сформировался биоценоз с толщиной биопленки 0,5-1,5 мм. Время пребывания воды в установке 48 ч.

Разрушение ксенобиотиков происходит на 97-99% (по ХПК_бихр.) (табл. 2).

При полной утилизации ДЭГ и метанола из первых секций установки микробиологическими методами установлены доминирующие бактерии. Baciluus megaterium 405 Bacillus freudenreichi 253 Agrobacterium sp. 205 Arthrobacter oxamycetus 152 3. Консорциум использован при очистке высококонцентрированных реальных сточных вод, образующихся при осушке газа на станции подземного хранения газа. Массовое содержание в воде ДЭГ до 10 г/дм³, метанола до 5 г/дм³, ХПК 15000-25000 мг/дм³.

Суточный объем воды 20 м³, время пребывания 48 ч, температура 20-26^оС. Для иммобилизации бактерий в очистных сооружениях использовали насадку из синтетического волокна типа "ВИЯ". В качестве биогенных веществ использовали нитроаммофоску из расчета 0,1 г/дм³ сточной воды.

В биореактор внесена биомасса бактерий-деструкторов в процентном соотношении 40:25:20:15. Через месяц после адаптации микроорганизмов наблюдалось практически полное разрушение ксенобиотиков (табл. 2).

Таким образом, предложенный консорциум позволяет очистить сточные воды, содержащие ДЭГ до 10000 мг/дм³ и метанол до 5 000 мг/дм³, на 97-99% Остаточные количества ксенобиотиков не превышали ПДК для традиционных очистных сооружений с активным илом: ДЭГ 20-200 мг/дм³, метанола 2-20 мг/дм³, т.е. эти очищенные воды можно сбросить в городскую канализацию.

Формула изобретения

Консорциум штаммов бактерий Bacillus megaterium ВКПМ (171) В-5168, Bacillus freudeureichii ВКПМ (124) В-3158, Agrobacterium sp. ВКПМ (172) В-5163, Arthrobacter oxamicetus ВКПМ (168) S-918, используемый для очистки сточных вод от диэтиленгликоля и метанола.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2