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 freudenreichiï 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 freudenreichiï 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 freudenreichiï 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 freudenreichiï/ 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 freudenreichiï / 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 40±5 Bacillus freudenreichiï 25±3 Agrobacterium sp. 20±5 Arthrobacter oxamycetus 15±2 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