Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Бактериальная деструкция катионных поверхностно-активных веществ при анаэробной очистке сточных вод

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Бактериальная деструкция катионных поверхностно-активных веществ при анаэробной очистке сточных вод"

НАЦШНАЛЬНА АКАДЕМ Ш НАУК УКРА1НИ 1нститут м1кро<Иолог11 та в1руоологП 1». Д.К.Заболотного

Р Г Б ОД

- лчт

О • ■ I и. .<

На правах рукопиоу

ПАТЯАУЧАН МАР1АННА АРКАД 1ЕВНА

БАКТЕР1АЛЬНА ДЕСТРУКЦШ КАТЮННИХ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВ1МХ РЕЧОВИН ПРИ АНАЕР0БН1Й ОЧИСТЦ1 СТ1ЧНИХ ВОД

Спещальнють 03.00.07 ы!кроб1олог1я

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП на эдобуття наукового отупеня кандидата 61олог1чних наук

ки1в - 1996

Дисертац1вю в рукопис.

Робота виконана в 1нотитут1 коло1дно! xlMl'i та х1ы11 води 1м. Л.В.Думанського HAH Укра1ни

Науков! кер1вники: доктор бЮдог!чних наук, профеоор

с. с. ставська'

Науковий консультант: кандидат х!м1чних наук, о.н.о.

В.В.ТРАЧЕВСЬКИЙ 0ф1ц1ин1 опоненти: доктор биолог!чних наук, профеоор

Ю.Р.МАЛАШЕНКО доктор б!олог1чних наук, профеоор В.М.УДОД

Пров1дна 0рган1еац1я: Ки1воькии Державник Ун1веро1тет

Тараса Шевченка

Захиот в!дбудеться 18 жовтня 1995 р. о 10 год. на эао1данн1 опец1ал1вовано1 вчено! ради Д.01.81.01 в IhcthtvtI м!кроб1оло-ril та Blpycaaorl'i 1м. Д.К.Эабодотного HAH Укра1ни. 3 диоертацЮТ можна оэнайомитись у 61Сл1отец1 ¡нотитуту м!кро-Giojiori'i та Bipyco.norii 1м. Д.К.Эаболотного HAH Укра1ни.

Автореферат розiслании "18" вереоня 1996 р.

Вчений оекретар оиец1ал1эовано1 вчено! ради кандидат 61олог1чних наук

JI.M.nypim

алглши ХАРАктЕРгагпаа рошги.

Актуалыпогд проОлеми. Ззбруднення б1осфери токснчшши сполуками - продуктами р1аноиан1тннх хЫ1чних синтеа1в - ивв сьогодн1 гдоОальний характер 1 иоле приааеотн до неаворотних еколаПчнкх порушень. Духе оерйоану аагроау для довк1лля 1, в тому чиол1, води становлять кат!онн1 -^нгиаи»

¿и Шми). 1С ййл'иаано г гтост1нш1м й&1лйсеш{ли маешта01в вн-робшщтвз дан их сполук 1 а 1х повсюдним гооподарським та побу-товим викорнстанням. Специф1ка викориотання КПАР як деаинфек-тан?1в, флотореагеит1в, антикоров1йних, емулъгуючих, амочупчих га п1иоутворпочих препарат1в. зумовлюз попадания оояовно! чао-гини вироблено! продукцИ а от1чн1 води. 9 в1дошм 4-х клао1в ПАР катшнн! маять наШлъш виражен! бактерицидн! влаотивостх 1 вванаються найб!льш токсичшшн.

Попадания ПАР у в1дкрит1 водоймшца призводить до пог1ршен-ш органолептичних властивоотвй води, негативно валивав на пронеси И самоочишення, агубно дхв на г1дробшнт1в. Кд1н1чка картина отруення «ПАР орган!аму лодини характеривувться ура*еннлм трвово5 сиотеми, шлунково-кивкового тракту. Кр1м того, КПАР югатнвно вшшвавть на шк1ру, викликаючи ошшн1 алерг1чн1 реак-»15, атроф!чн1 явища. Таким чином, приоутн1оть КПАР у водойми-^ак дуже неОеэпвчна 1 моде приавеоти до еколоПчно! катастрофи. ' ав'яаку а цим проблема очнотки сг1чннх вод 1 аапо01гання пот-•апляин» КПАР у донк1лля отав особливо гострою 1 актуальной.

Виршеиня ц 1 в! проблема ускдаднювтьоя такими особливостяыи ПАР, як нов1льне б1ох1м!чне окиолення, в1днооно виоока ат1й-1сть до х1М1чно1 д 11 кислот, луПв, солей, а такой висока п1-оутворююча эдатн!сть.

- г -

Розв'яаати проблему очистки промиолових I побутовкх оток!в а виоокнм вмЮтом КЛАР можливо лише аа допомого» нових ОЮхех-нолог1и, серед яких най01льш еколог!чно беэпечною 1 ефективною в м!кроб1олог1чна. Метод и!кроб!олог1чно! очиоткн от!чних вод бааувтьоя на викориотанн1 високоактивних культур м!кроорган!э-и!в-деструктор1в, здатних руйнувати КПАР у концентрац1ях, що в десятки раа1в перевнщувть гранично допуотим! концентрацИ цих речовин, прийнят! для подач! на 61олог1чн1 очисн! опоруди.

Розроблен! аеройн! м1кроб1олоПчн1 методи очиотки от!чних вод в!д КПАР. Однак в даний чао особливо актуадьним в отворення излоенергоемних б1отехнолог!й очиотки. Саме так! перспектив« в1дкриваб розробка та гаотооування анаеробних метод!в. Ооновни-ии перевагаыи анаеробних процео!в, у пор!внянн! а аеробниии, е 1х економ1чн1оть 1 можлив!оть ефективно'1 очиотки виоококонцент-рованих от!чних вод.

Мета 1 завдання дсхшджеиь. Метоп роботи було одержанн» виоокоактивних культур бактер!й-деотруктор1в, що утил!эують ка-т!онн1 ПАР 1 нал!впродукти 5х промиолового синтеау в анаеробкге умовах; вивчення процео!в анаеробно! бактер1ально! деструкц1' КПАР 1 нап!влродукт1в '¡х синтезу, досл1дження ооновних закона м!рноотей бактер!адьно5 трансформацП молекул цих спалук у про цеа! 1х анаеробно! утид!зац!1 та розробка бЮТехнологП анае робно'1 очиотки от1чних вод виробництва КПАР.

У эв'яэку а цим ооновними завданнями доол1джень було:

- встановити молишв!сть аиаеробного бактер!ального руину ваннн напХвпродукПв синтезу азотвьионих КПАР типу четвертинни амон1бвих ополук (ЧАС) - алк1лдиметилам1ну (АДМА);

- вивчити можлив!оть анаеробно! Бактер1ально1 деструкцП

- 3 -

ааатвмЮнкх КЛАР (кататну АБ, оксиду АДМА);

- селекдюкусатн виоокоактивн1 куль тури бзктер1й, здатних уишзувати каташн АБ, окоид АДМА I АДМА як бдиШ джерела вуг-леда, азоту та енергП;

- вивчити культуралыю-иорфолог1чн1, ф1зшлого~б1ох1шшй оообливост! та деотруктивну активн1оть вид1лених ю/льтуп1

5сСХ2! 1А 1двНтит1М'ац;5;

- вивчити процео руйнування 1сатам1ну АБ, оксиду АДМА i АДМА эз р1знгас умов культивування бактер1й-деструкторов;

- роэробити методолог 1ю заотосування методу ЯМР на ядрах 13С, 1Н, 14Н, 170 для вивчення процео!в анаеробно! деотрукцП;

- доол1дити эаконоы1рноот1 трансфориадП аэату молекул ксв-ноб1отнк1в селеюцоиопашмн м1кробоцвноэамн, як! утшизують АД-ИА 1 1ШАР;

- внэиачити прои1жн1 х кгнцев1 продукта деструкцП та доо-ахднтл шляхи бактериального перетворення АДМА в анаеробних уш-аах;

- визначити умовн деградацп КПАР 1 АДМА у оклад1 реальних га модалышх опчних вод;

- розробити твхиолоПчну схему локально ! очиогчш от пшик эод виробництва КПАР у анаеробних умовах.

Наукова новизна. Вперше остановлена ма*лив1оть аиааробно! 5актер1апьно1 деотрукцП АДМА, катам 1 ну АБ та оксиду АДМ. Се-¡екцгоновано в культур бактерш-деструкторов, здатних викорис-говувзги в анаеробних умовах ааотвшсн1 КПАР 1 АДМА як един! ^жерела вуглецн, азоту та енергП. Культури були 1дентиф1кова«1 л ВаоШиз 1а1бгозрогиз, В.соаки1апа, В. о1гои1апз А, В. ю1ушуха (АДМА) | В.а1уе1, В. о1гси1апз О (окоид АДМА);

Аеготопаэ ЬуёгорИПа зиЬзр. впзегоеепез, В. БрваХвз, В. о1гси1апз К (катам!н АВ).

Вивчеяа аалежн1оть ефективност1 анаэробно! деотрукц!! КПАР 1 АДМА в1д умов культивування бактер1й-деотруктор1в.

Роэроблена методолог!я эастооування метод!в ЯМР на ядрах 1Н, 1ЭС, 14И, 170 для вивчення процео1в анаеробно! бактер1аль-ноЗ деструкцП коеноб1отик!в. Ваерае вотановлен! основы! осоО-ливост1 анаеробно! трансформацП азоту молекул азотвм!оних КПАР 1 наШвпродукту 1х оинтеву при м1кробн!й утил1эацП цих сподук. Виэначен! пром1жн1 та к!кцев1 продукти; досл1джен! шляхи аиае-роОного бактер!ального руйнування АДМА.

Практично анзчення. Селекц1онован1 високоактивн! культур« Сактер1й-деструктор!в, шр руйнують АДМА, катам1н АБ, окоид АДМА в анаеробних лабораторних б!ореакторах проточного типу э уморениям еколог1чно прийяятних продукт!в, 1 можутъ бути викорио-тан1 для очистки от1чних вод виробництва КПАР.

Вивчено эапе*н1оть ефективнсют1 очистки ст!чних вод в!/ умов культивування бактер1й. Роэроблена технолоПчна схема локально! анаеробно! очистки ст!чних вод в1д азотвм!сних КПАР 1 яап1впродугаЧв !х прошгалового синтегу.

Випробування. Основн! положения дисертащйно! робота допо-в!дались 1 обговорювалиоь на м1жнародн!й конференцП "БЮлогИ 1 б1отехнолог1я очиотки води" (листопад, 1992, м. Полтава), н< I УкраТнському 8'!вд1 м1кроб!олоПв ( вересень, 1993, м. Оде-са), на «зв1лейн1й науково-практичн1й конференцИ "Е!олог!я б1отехнолог1я очиотки давк!лля" (вереоень-жовтень, 1993, м. Ки-1в), на м!жнародн!й конференцП "Ыоколо!д 95" (червень, 1995 м.Ки!в).

- б -

ПублгкацП. За темою дипертзцП опубликовано б роб1г.

Структура диоертац!1. Дисертац1п вюоочае вступ, огляд Л1те-ратури, розд!л "Об'екти 1 ыетоди дослгдженъ", реаудьтати влао-шк доолгджень 1 1х обговоренпя (в роздШв), висновки. Робота викладена на 101 сторппц машинописного теисту, м1отить 29 таб-лиць, 27 рисунков, 9 фотограф1й.

Декларация оообното! участь Робота дисертантом викояала самост1йно. Розробка методики викориотання метод1в ЯМР виконан! автором на баз! лайораторП спектроскоп 1 чних доол!джень 1КХХВ.

експернментальна частика.

ОБ'бКТИ I МЕТОДИ ДОШДЖЕНЬ.

В робот! викорнотовували техншн! кат1онн1 поверхнево-ак-тивн! речовини (КПАР) типу четвертииних амонгввих сполук (ЧАС): катамхк АЕ, оксид алк1лдиметилам1ну виробництва МНПО "Синтез", напхвпродукти проиислового синтеву КПАР - ашилдиметилашн (АД-МА) виробництва Волгодоноького х!мэаводу та реаяьну ст1чну воду Волгодонського хгмэаводу.

Для одержання високоефективних культур 0актер1й-деотрукто-р!в використовувааи спрямовану посл!довну трьохетапну селекц1ю. Джерелом одержання накопичувальних культур були заражений осад очисних споруд 1 эразки грунту, до попередньо довгии чао кон-тактував з КПАР 1 був в!д1бран на територП заводу ШЛО "Синтез". Культивування проводили у сююних флаконах 1 грунтовой колоши без доступу пов!тря.

Шсля 1ммоб1л1аац11 селекц1онованих накопичувальних культур на пол1в 1нилспиртовнх волокнах (ПВО) проводили подалыву оелек-д1о при беэперервному культнвуванн!. Для цього викорнотовували

анаэробы! лабораторн! б1ореактори проточного типу, щр оклад али-ся а трьох посл1довно а'еднаних окляних кодов, иЦльно аакритиш гуиовнми корками. У. б1ореактори ва допомогою периотальтичних насос!в подавали реальну ст!чну воду а АДМА, роаведену до ана-чень ХПК 900-5100 мг/дм3 (бЮреактор А), 500-2600 мг/дм3 (В), 300-19000 иг/дм3 (С). Початкове середовище для установок BIG додатково мЮтило, в1дпов1дно, сульфат i н1трат (3 г/дм3). У бЮреактори О i К подавали модель ну ст1чну воду, яка м!стила, в!дпов1дно, оксид АДМА 290-1300 мг/дм3 1 катам!н АЕ 40-1400 мг/дм3. Температура культивування м!крофлори б1ореактора К -20°С, б1ореактор1в А,В,С,0 - 45 °С. Як джерело фосфору вносили NapHPO* у концентрацП, роарахован!й 1э спДвв1днотення ХПК : Р - 400 : 1, оптимального для культивування анаеробних бактер!и (Packmayr, 1950). Додаткове джерело азоту у середовица не вносили.

Здатн1оть оелекц1онованих м!кробних асоц!ад!и б1ореактор1в викориотовувати коенобЮтики як вдине джерело вуглецр i азоту вивчажи в уыовах пер1одичного культивування у анаеробних флако-. нах на оинтетичних середовюцах. За 1нокулюм правши проби uool-1в а 1шо01л1еованою на них м!крофлорою, шр були в1д!бран1 а перших отупен1в б1ореактор1в А, В, С, О 1 б1ореактору К. Концентрами катЮнних ПАР вианачали эа допомогою екотракц1йно-фо-тометричного методу (Лурье, Рыбникова,1974). Для к1льк!оно5 характеристики ви1оту АДМА у середовищ! використовували метод вианачення високомолекулярнкх аыШв (BMA) (Коренная, 1975). Для якЮного вианачення окислювально-в1 дневного потенц!ала (ОВП) роачин1в використовували 0,2% роэчин 1вдикзтору peaaaypl-ну. Анал1а гааопод1бних метаболШв проводили аа допомогою хро-

матографу ЛХМ-8МД. К1лък1сний вм1от неорганхчних 1он1В ЫОз~, N0?", Ш4+, Б55-, 304?*_ вианачали загальноприйнятими методами х1м!чного анал1эу виробничих ст1чних вод (Лурье, Рыбникова, 1974).

Здатн1сть м1кробоценоау А эд1йонювати ден1триф1кац!п доо-л1лж?пяли при 'у—г.—у^ш! шкрофдори А па ¿а-акхив-

кому середовгшц (5иэ1р, 1981). Длерелом вуглецо був пентанол (1 г/дм3).

Вид1лення оелекцюнованих культур проводили на МПА, синтетичному оередовищ!, г/дм3: НагНР04 - 1, КС1 - 0,6, агар-агару -20, в кожному окремому випадку единими джерелами вуглецю 1 азоту були АДМА фракцП Сю-1в - 0,1, катам!н АБ - 0,3, окоид АДМА - 0,2. Морфолого-культуральн1 та фха1олого-б1ох1м1чн1 оэнаки бактерш вивчали загальноприйнятими методами (Герхардт та 1н,, 1983). Таксоном1чне положения видыених Шкроорган1зм1в вста-новлювали за визначниками Берг! (7,8 ввданння), а також за ори-г1нальною роботою В.В.См1рнова (1983).

Для культивувашш м1крооргшигм1в та 1х асоц1ац!и впкорис-товували аеробну та анаеробну техн1ку (Вашштейн та 1н, 1988, Жил!на та ш. ,1978, НипдгаЬе, 1969). 3 метою вивчення деструктивно! активности окремих культур та 1х штучно сформованих асо-Щад1й проводили пер1одичне 1 безперервне культивування бакте-р1й на синтетичних оередовищах в анаеробних та аеробних умовзх. Обчислювали значения середньо! пнтомно! швидкост1 деструкци ксеноб1отик!в за чао ^Чо за формулою^ = ^

де , Хо -концентрация коекобютику при час1 культизувайня ^, в!дпов1дно.

ДЛЯ визначення оптнмальних режим!в роботи б1ореактор1в

- а -

(концентращя ксенобЮтиив, чао перебування) анад1аували ХПК р1дини, концентрац1ю ВМА, КПАР, а також рН, ЕЬ (Лурье, Рыбникова, 1974, Коренман, 1976, Герхардт та 1н.,1983).

ВщЦлення та !дентиф!кац!ю пром!жних та к1нцевих продукт1в анаеробно! бактер1ально! деструкцП АДМА ад!йагаовали аа допомо-гою 05ур' е-опектрометра ЯМР СХР-200.

СЕЛЕКЦШ ЕАКТЕР1Й - ДЕСТРУКТОРIВ АДМА, ОКСИДУ АДМА I КАТАМ IНУ АБ В АНАЕРОБНИХ УМОВАХ.

Для одержання культур бактер!й - деструктор1в ст!йких до б1оруйнування КПАР 1 АДМА ми викорнотовували поол1довну селвк-ц!с, яка включав три етапи:

1) селекц!я накопичувальних культур,

2) 1ммобШаац!я одержаних накопичувальних культур на 1нертних ноо1ях,

3) селекц!я м1кроорган1гм1в при безперервному культивуван-н1 в умовах аб!льшення концетрацП ксеноб1отик1в, эменшення часу перебування р!дини у систем!, в1дсутноот! кисню (шштря).

Селекц1в накопичувальних культур вели у трьох напрямках: при внеоенн! як терм!нальних акцептор1в електрон1в н!трату натри) (культура С), сульфату натрхю (к-ра В) 1 при в!доутноат1 таких (к-ри А, О, К). Одержано п'ять накопичувальних культур: три а них (А, В, С) - на реальн!й оИчтй вод! а АДМА, дв1 (К 1 0) - на синтетичних середовищах а техн1чними КПАР: катам!ном АБ 1 оксидом АДМА, в!дпов1дно. Показано, що викориотання граак1в грунту, який попередньо довгий чао контактував а КПАР, як ви-х!дного об'екту одержання культур накопичення, а також ведения процесу в умовах беаперервного культивування вначно приокорюб селекц!».

Boi одержал! накопичувадьн1 культур» виявидиоя стпЪаши до дИ виооких концентрзвдй ксеноб1отик1в (ХПК реального отоку з АДМА - 3600 мг/дм3, концентрац!я оксиду АДМА - 250, катамiну АБ - 170 «г/дм3 при першдичному культивуванно i 400 - 1780 мг/ды3 у грунтовой колонцО i здатними руйнувати дан! ополуки v бвя-кисневих умовах.

ЕйВЧЕННЯ ДПСТГУКЦП АДМА, ОКСИДУ АДМА I КАТАМIНУ АБ, СЕЛЕКЦ ЮНОВАНИМИ МIКР0Б0ЦЕН0Э АШ ПРИ ПРОТОЧНОМУ 1 ПЕРЮДИЧНОМУ КУЛЫИВУВАНН1.

В результат! подальшо! селекцП накопичувальййх культур у öiopeaKTopax А, В, О, О, К буди одержан! в1дпов!дн! м!кробоцэ-новн, шр активно руйнують АДМА i КЛАР у анаеробних умовах.

Мшробоценоэ А очищав реадьну от1чну воду а! значениям ХПК 900-Б100 иг/дм3 на 62-801. ДестругаЦя BMA при цьому окладала 98-100Х (табл.1). Э метою посилення руйнування ксанобготику вивчави вплив можливих терм1нальних акцептор!в електран1в на активнЮть анаеробно! ОактерОально! деструкцП АДМА. СелекцОо-нован! в присутноот! сульфату i яiтрату м1кробоценоаи BIO та-коя ефективно очицали реальну от1чну воду в!д АДМА. Ало актива процеси сульфат- 1 н1трзтредукцП (СР i HP) у в!дповгдннх аяае-робних 01ореакторах заф1ксован! не були. Р1от м!кробоценоа1в А, В, Су пер!одичних умовах на анаеробних оинтетичних оередови-щах, шр Mi стили сольову основу i 100-160 мг/дм3 АДМА фракцП Сю-16. св!дчив про ix здатн1оть утил!зовувати АДМА як едине джерело вуглецр, азоту i неспромохнЮть використовувати при цьому сульфат 1 н1трат як терм1нальн1 акцептори електрон!в. Контрольно експерименти показали, що м!кробоценоеи В 1 С м!отнть,

Таблица 1.

Деструкц1я АДМА у реальн!й от1чн!й водГв анаеробному б1ореактор1 А при в1дсутност! додаткових акцептор!в електрон!в

Рхдина, щр подааться Р1дина, ар вит1кав Очистка за ХПК^ ВМА,

хпк,_ мг/дм° ВМА,_ мг/дм1 ХПК,, мг/дм^ иг/дм3

900 120 200 1,6 79 99,6

2500 140 600 0,8 76 99,9

3000 210 860 1,7 80 99,2

3600 280 760 3 80 98,9

4200 350 1600 6,5 62 98,1

6100 400 1300 6,0 7Б 98,6

Прим1тка. Чао перебування 84 - 89 г.

в!дпов1дно, оульфат- 1 н1тратредукуючу м1крофдору. Було дослужено також, що АДМА фракд!й Сю-ie» Vl7-i0 (200 мг/дм3) 1нгибуе оульф!доутворення муэейним штамом Desulfovíbrio desulfurloans 1388.

Таким чином, в1дсутн1оть активних процео!в CP i НР в умовах анаеробно! очиотки реальних та модельних otíuhhx вод в!Д АДМА пов'яэана або а неможлив1стю викориотания АДМА фракц!й Сю-ie. Cj7-9Л як донора електрон1в для таких процео1в, або а 1нгибув-чим впливом третинних зм!н1в на н1трат- i сульфатредуктазну ак-тивн1сть м1кроорган1эм!в, як це в!домо для четвертинно-амон!в-вих сполук (ЧАС) (Виевокий, 1994, Белоглааов та 1н., 1991).

Було вивчено анаеробну деструкц!1) окоиду АДМА 1 катам1иу АБ селекц1онованнми мiкробоценоэами 0 1 К. У анаеробному проточному б1ореактор1 О очистка модельно! от1чно! води в1д окоиду АДМА в!дбувалася на 81-99 X (табл.2). При р!эних режимах екс-плуатацИ б!ореактору концентраЩя КПАР окладала ЗВ0-180С мг/дм3. Анаеробне руйнування катам1ну АБ м1кробоценоаом К в!д-Сувалсгая у б1ореактор1 при вих1дних концентрад1ях КПАР 60-140С мг/дм3 на 77-99 X (табл.3).

Було доведено адатн!оть обох м1кробоценоз!в руинувати в!д-

пов1дн1 КЛАР, викорнстовуючи IX як вдгаи джерела вуглецр 1 азоту при перЮдичяому культивуванн1 у анаеробних умовах.

Таблица 2.

Деструкцгя оксиду АДМА в анаеробному проточному б1ореактор1.

Концентрац1я КПАР, иг/Дм Очистка Чао пере-

В1Л КПАР;

Р1д!ша, да пол акт», па впГ1плй * ^ииа

а«) 10 97 37

360 Й " за 28

430 7 98 26

900 8 99 1?

1250 27 97 17

1290 ЙО 93 7

Ш 12 97 в

500 53 89 в

570 107 81 а

Таблица 3.

Деструкц1я катаглну АБ мАкробоценозом анаеробного б!ореактора.

Концентрация КПАР, мг/дм3ОчисткаЧао пере_ в1д КПАР, бувания,

Р1дина, що подаеться Р1дгага, що вит1кае X доба

-Т35 Ш

160 16 91 16

200 24 88 15

Ш-2б-91-

380 3 99 13

"553-7В-ТГ 3"

750 137 82 9

800 183 77 9

920 180 80 9

1040 208 80 9

1400 183 87 9

- 12 -

НИД1ЛЕННЯ ТА 1ДЕНТИФ1КАЩЯ БАКТЕР1Й - ДЕСТРУКТОРIB АДМА, ОКСИДУ АДМА I КАТАМIНУ АБ.

31 складу селекЩонованих м1кробоценоз1в нами було вид!ле-но 9 культур бактер!й-деотруктор1в. Вивчено 1х культураль-но-иорфолог1чн! 1 Ф1з1олого-б1ох1и1чн1 оэнаки. Bol бактерП ви-явилися грам-негативними факультативно-анаеробними паличками, едатними вннжувати вначеня ОВП при рост! на оннтетичних середо-вишвх 1 МГЕ, Деотруктори АДМА буди 1дентиф1кован1 як Baolllus laterosporus, В. ooaeulans, В. olroulans А, В. polymyxa. Вивчено деотруктивну активн!оть чиотих культур при пер1одичному культивуванн1. НаиактивнИпос культурою виявилаоя Baolllus laterosporus (рио.1). Культури, що руйнують оксид АДМА, були 1дентиф1кован1 як В. alvel 1 В. olroulans О; катаШн АБ -Aeranonas hydrophile subsp. anaerogenes, Baolllus speoies, B. olroulans К. Максиыаяьн! концентрацП оксиду АДМА i катам!ну АБ, при яких в!дбувабтьоя 1х анаеробна деградац1я вид1леними культурами, отановлять, в1дпов1дно, 185 мг/дм3 1 160, 240, 313 иг/дм3 для р1эних культур (рио.2). При вивченн! деструктивно! активиоот! оелекц!онованих культур бактер!й в анаеробних та ае-робних умовах було виявлено, щр у б1льшост1 вшшдк!в куль тури б1льш ефективво руйнують ксенобЮтики анаеробно.

Таким чином, во1 вид1леи! культури бактер!й в деструктора- . ми АДМА 1 КПАР, вр викориотовують дан! коеноб!отики як вдин1 джерела вуглецо 1 азоту.

ПЕРЕТВОРЕННЯ СПОЛУК АЗОТУ У ПР0ЦЕС1 AHAEPOBHOl БАКТЕР 1АЛЫЮ1 ДЕСТРУКЦ11 АДМА, ОКСИДУ АДМА 1 КАТАМ1НУ АБ.

Оок1льки о1м груп кат1онних ПАР э восьми 1онуючих в азотв-м1сними 1 представлен! ам1нами, 1х оксидами та амоя!ввими спо-луками , важливо було вивчити законом1рноот1 перетворення опо-лук азоту у процес! анаеробяо! м!кробно! деотрукцП АДМА, окои-ду АДМА 1 катам!ну АБ та виявити 1х эагальн! риои.

Конц. АДМА, мг/дм^

Т*вгО-0-0-0-0-0-П-0-0-D-D-D-D—Q

1РО •

180 140 120 100 «О 60 40 го О

o\v..

• ^

*- и а

» V " V —э -—-.^.v-+ 4

—i_i_1_i 1

6

9

12

15

1В

доба

РИСУНОК 1.Анаеробиа деструкЩя АДМА чистими культурами при пео1одичному культивуванн1: 1 - Bacillus laierosporus, 2 - В. coagulans, э - В. oiroulana А, 4 - В. polymyxa, Б - контроль.

Кони. КПАР, мг/дм3

200 250 200 150 100 50

7-V-

-Т—чг.т-

? 4

12

15 10

цоба

Рисунок 2. Анаеробна деструкц1я оксиду АДМА (1-3) i кататну АБ (4,5) чистими культурами при пер1одичному куль-•nmvßaHHi: 1 - Bacillus alvsi, 2 - В. Olrculans 0. 3 - Bacillus sp.. 4 - Аегапспаэ hydrophila SubSp. anaerogenes, 5 - B. Circulans K.

- w -

Показано, щр в ход! очиотки реально! от!чно! води в!д АДМА у б1ореактор! А без додаткового внеоення терм!нальних акцепто-piB едектронхв i у бЮреактор! В в приоутносП сульфату в!дбу-валося поступове накопиченння iOHiB auoHic (до 100 мг/дм3) i утворення молекулярного азоту.

При пер!одичному культивуванн! м!кробоценоз!в А ! В у анаеробних умовах на оинтетичних аередапиюрх в АДМА фрокцП Ою-ю також вхдбувалооя одночасне руйнування ВМА 1 накопичеиня NH4* У р1див1 та N9. у газов!й фаз! (рио.З).Тобто, обидва м!кробоценози ад!йонювали повну деградад1ю АДМА, перетворюючи азот auiHy у амонхйний та молекулярний.

Анаеробна деотрукц!я окоиду АДМА ! катам!ну АБ оелекцЮно-ваними м1кробоценозаыи о 1 К, чиотими культурами та !х штучно сформованими асоц!ац!ями при ббзперервному i пер!одичному культивуванн! на оинтетичних середовищах, де КПАР були адиними дже-релами вуглэци 1 азоту, оупроводжувалаоя утворенням молекулярного азоту. Накопичення ioHia амон!ю к1льк!сно заф1ксовано не було.

РОВРОБКА МЕТОДОЛОГИ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ ШР

1Н, 1ЭС, 14N, 170 ДЛЯ 8ИВЧЕННЯ АНАЕРОБНО! БАКТЕР1АЛЬН01 ДЕСТРУКЦП. КСЕН0ВЮТИК1В,

Для визначеннн функд1онально'1 надежносй пром!жних та к1н-цевих продукт!в анаеробно! бактер1ально! деструкцП та шлях1в м1кробного перетворення ксеноб!отик!в ми запропонували комплексно застооування метод1в ЯМР на р!вних ядрах.

Було показано, щр техн1чний препарат АДМА бш>ш,нхж на 95Х являе собсяо сполуку М(СНз)гС1зНе?. Домшкою в am ни a inmoc довжиною вуглецевого ланцюга.

Спектри ЯЛ3 гН. 13С i 14N проб, вшбраних тела 72-годнн-ного перебування р!диии у бЮреакторх, в порхвнншп з даними спектр!в АДМА, доводить повну деструкц!» ксеноб1отика асоц!ацх-

бю бактер!й-деструктор^.

Виходячи а анал1зу спектров Я.{Р 1Н, 1ЭС, 170, ыожна вкзэати на 1снування серед пром1жних продуктов руйнування АДМА у бЮре-актор1 первинних 1 втсринних амнпв, ненаскчених вуглеводневих фрагментав, кисневмЮних сполук (одноатомн1 опирти, преют! еф!-Р»).

не сип»-™"'»"^;!!^ дани* т» -^шл л1тературп (Сага-

нов, 1291, К1п£,1384) ми припускаемо, адр п1д чао анаерскЗно! деотрукцП АДМА в!дбуваються гомо- чи гетерол1тичн1 розриви у5-ъв'нгку С-С. В результат! утворшться сполуки э високою ре-акц!йною адатн1отю, щр зумовлюв проходження р1аноман1тних реак-ц1й, у тому числ1 спряжених в розрнвом ав*яак1в С-и, шр, можли-во, також в!дбувавтьоя аа схемою гомо- 1 гетерол!ткчпого роапа-ДУ-

Поряд э огаюно-В1днавнши. в!д6увзються"кислотно-оснорн! реакци г1дрол1ау ! дегам1нування. У спектрах ЯМР.1^ (рис.4) 31 аменшенням штеноивяост! лгнП АДМА спостерггалося пхдси-лемння сигналу (-363 м.д.), що в!дпов!дае утворенню 1он!в амо-Н1ю. Кр1м того, на пром1жних етапах деструюЦ! ааф1ксовано зростання поглнналня в облает! -30- -320 м.д., зумовлене утво-ренням сполук агот/ а1 ам1нннм ступеней окисления (г!драао-, г1драаоно-, агенонох1Дн1). Вхдомо, що нолекули таких сполук б попередниками утворення молекулярного азоту (Сазанов,1991).

Комплексний ЯМР анал!а проб, в1д1браних п1сля повно! дест-рукц11 АДМА, показав присутн!оть серед-к1нцевих продукт!в амо-Н1ю, молекулярного азоту, насичених вуглеводн1в, одноатомних спирт1в, що е еколоПчно беепечними сполуками.

Заотосування розроблено! методологи ЯМР анаа1гу дозволило вивчити динам!ку роггвдцлу протонгв, кисню, вуглецю, ааоту м1ж пром1жними га к1нцевими продуктами анаеробного бактер1ального руйнуваиня АДМА; дало можлив1сть п!дтвердити ад!йснення двох

Конц.ВМА, мг/дм3

Кпнц.

МН*14Г/ДМ 10

0(1'ем

30 23 20 15 10 3 0

Pitovtto* Э.еыешиенпя концеыграЩ* АДМА (1), amohíu (Е) tí» yrep-рення молекулярного аеоту (3) и!д чао пврЮдичиого культивуванн» м1кробоценогу А.

/в/

_I__

-injа

-Т00

■ZSW

-'«30

8, М.д.

Рисунок 4. Qui ни форм 1снувашю авоту ва 36 (а), 48 (б), 72 години (в) ва даними ЯМР 14М.

- 17 -

numxiB перетворення азоту АДМА:

1) N(A®«!A) — деаашнування — ННд+,

2) Н(АДМА) — -N-N-, -N-N—~Ni>

та припустити увагалькену схему деотрукцП АДМА:

RNH2. RMH, Ш4 -~ R-OH R-O-R' V "V

' ¡КН^, N* t ¡R-OH, R

R; -R' R 'RT R" 'R N-N, N-N -»- C-N, C-C /

FOSFOBKA ТЕХНОЛОГ14HOI СХЕМИ ОЧИСТКИ СТ1ЧНИХ ВОД ВИРОБНЩТВА КПАР.

Рид1лен1 9 культур - деструктор!в АДМА, оксиду АДМА i ката-MiHV АБ буди викориотаи! при роеробцо аиаеробного MiKpoöioao-Пчного способу локально! очистки ст1чних вод виробництва КПАР. На ix основ! було сформовано acoqiami, що м1стили куль тури у pi иному сп1вв1дношешй, i в анаеробних бхореакторах вд1йснввали очистку реально! та модельних ст!чних вод.

Асоц1ац1я бактерв"! - деструкторов АДМА очищала реальну CTi4HV воду si значениям ХПК 1200 - 6000 мг/дч3 до 200 - 1100 мг/дм3. РМА (ISO - 800 мг/дм-) при цьому повн1стю руйнувалися. Проанал1говано залежнЮть очистки в1д вих1дно1 концентрацП вабруднювача та часу перебування cTimroi ргдини у öiopeaKiopi. Виэначено, що гбгльшення эначень ХПК р!дини, що подавтьоя у 6i-ореактор, до 4000 мг/дм17, дозволяв очмдати воду на 78 - 88 X (час перебування 84 години). При цьому BMA на виход1 В1дсутн1, а ХПК складза 200 - 480 мг/дм?, що дозволяв гд1йсюовати И доо-чистку у систем! 01олог1чних очисних споруд (БОС).

Одержано ©фекгивну очистку моделью! атШо! води в1д о к-

оиду АДМА. Чао перебування 6-7 д!б вабеэпечув руйнування БОО мг/дм3 КПАР на 97 X, а аалишковв вабруднення 16 мг/дм3 не пере-вищув гранично дотгустимих концентрац1й оксиду АДМА для подач1 на БОС. Шдвищення концентрацП ксеноб1отика у вод!, вр пода-втьоя у 61ореактор, до 1000 - 1300 мг/дм3 для ефективно! очистки потребуе в!дпов1дного зб1лыпення часу перебувакня, найб1льи оптимальним значениям якого V цьому випадку в 9 д1б.

Що стосуегься катам!ну АБ, то при час! перебування р!дини у анаеробному б1ореактор1 13 дгб можлива ефективна очистка (до 99 X) ст!чно! водя, вр м!стить до 1000 мг/дм3 КПАР.' Эменшення часу перебування, хоча 1 забеэпечув високий показник очистки (96,82 , 91%), аде при цьому р1вень залишкового вабруднення пе-ревищуе 20 мг/дм3, цо неприпуотимо для подалыво! доочиотки яа БОС.

Одержан! результата дали нам амогу запропонувати бЮтехнс-логЮ локально! м!кробно! анаеробно! очистки ст!чних вод вироб-ництва КПАР. Для впровадження запропоновано! б!отехнолог!! вами роаробблена технолог1чна схема очистки ст!чних вод виробництва КПАР (рио.Б), зПдно яко! отоки 8 цеху по виробництву КПАР (оксиду АДМА та катам!ну АЕ), а також цеху по виробництву поперед-. ник!в промислового оинтеау КПАР (АДМА) надходять у приимальний резервуар (накопичувач), а зв!дти - оамошшвом в уоереднивач. В уоередгаовач! от!чн! води розводятьоя до в!дпов1дних вих!дних характеристик (ХПК отоку в АДМА до 1200-4000 мг/дм3, концентрация КПАР до 1000 ыг/дм3). Сюди ж 1а баку а реагентами подагтьоя джерело фосфору. Концеитрац1я Иа«>ЛР04 У от1чн1й р!дин1 роарахо-вувтьоя 1а оп1вв1дношення ХПК:Р-400!1. В уоереднювач1 ст!к поо-т1йно переы!шувться аа допомогою насосу. П!сля цього пот!к

Füg. б. Технологична схема локально! пчиот-п: cji««» t'.i рплниг^тпз. лПЛь. fnwttfJiKauia» f - псяача oriveoi води на очистку, II - подача джерела фосфору, III- подача очищено! води для разведения ст1чних вод, IV - подача р!дини на БОС. 1 - прии-иальний резервуар (накопичувач), 2 - уоереднивач, 3 - роашЦд-ник, 4 - аааеробний бЮреактор !э завантаженняМ, S - БОС.

GTiuHoi води оамопливои чи аа допомогов насосу спряыовувтьоя у анаеробний бЮреактор. Анаеробний бЮреактор являв робою герметично аакритий трьохсегацйний резервуар. У прямокутиюс сегаиях реактору 8М1щ/бться эавантаиення - рами, на яких еакр1пленй склотканина або синтетичне волокно ПВС. Чао перебуваннк v анаэробному öiopeaKTopi от!чно1 води, щр мЮтить АДМА - 64 годннм, отоку, юр ыЮтить оксид АДМА - 6-8 д1б, катам1н AB - 13 д1б. Температуря! умовк V перших двок вкладках термоф1лыи (44°С), у останньому випадку - мезоф1льн! (20°С). Пусковий режим - 100 -120 Д1б.

Щсля ы1кроб!олог!чно! очиотки iB анаеробного бЮреаятора чаотина води мше бути викориотана для розведення основного потоку gti4hiw вод виробництва «ПАР, нкии надходить на яокальну м1КроС1олог1чтгу очистку. Друга чаотина надходить у 01олог1чн1 очисн! споруди.

- 20 -вияювки.

1. Вкасл1док селекцП вперше Сули одержан! культури бактерии щр едатн! використовувати АДМА, окоид АДМА i катам!н АБ в аеробних та анаеробних умовах як джерела вуглецю, ааоту J, енер-vi'i. Сежещ1анстан1 бактерГг - деструктори буди !дентиф!ксван! як Bacillus laterosporus, В. coawlans, В. circulans, В. polymyxa (АДМА); В. alvei, В. circulans (оксид АДМА); Aeranonas hydrophile subsp. anaerogrenes, В. species, В. circulans (ката-MiH AB).

2. Остановлено, шр асоц!ац1я бактерий Bacillus laterosporus, В. coaeulans, В. circulans, В. polymyxa в анаеробних умовах очиш^б от!чну воду в1д АДМА при аначеннях ХПК 1200 - 4000, концентрац! 1 BMA 160 -600 мг/дм3 на ВО - 88, 100%, в1дпов1дно, при час! перебування 84 години.

3. Показано, щр асоц!ац!я бактер1й Bacillus alvei, В. uirculans анаэробно руйиуб катаы!н АЕ на 95 - 99 7. при концент-рац11 КПАР 400-1000 мг/дм3 i час! перебування 13 Д1б.

4. Встановлено, що аооц!ац!я бактер!й Aeromonas hydrophlla subsp. anaerogenes, Bacillus sp., В. circulans очищав модельну стШну воду в!д оксиду АДМА при концентрацН КПАР 300-570 мг/дм3 i час1 перебування 6-7 д1б в анаеробному б!ореактор1 на 88-97% .

Б. Доол!джено, шр у процес1 анаеробно'1 деотрукцП АДМА, в1дбувабться трансформац1я ааоту молекули а утворенням аммон1й-ного та молекулярного азоту. Ааот молекул оксиду АДМА i «атаману АБ перетворюеться до молекулярного ааоту.

6. Розроблено методологijo заотосування методу ЯМР на ядрах 1Н, гэС, 14N, 170 для вивчення бактэр1алько1 анаэробно'! дест-

pyran'i BceHoCioTHKiB.

?. Доведено, щр внасл1док аиаеробно! mIkpoöho! очистки модально! aimo'l води в1дбувасться повне руйнуваяня АДМА та ут-ьорення еколоПчно прийнятних продукт!в.

б. Роьрсблено тахнологхчну схему локально! м1кюйнш

ичиотки ст1чних вол вягсЗпциаа " vwrrr..

Список роб!т, надрукованих за темой диоертац!i.

1. Радченко 0.С., Таранова Л.А.. Патраучан М.А. Роль анаэробных бактерий а аэробном биореакторе, очищающем сточную воду от исходных продуктов синтеза КПАВ//Химия и технология воды. -1992.-14.N7.-C.552-557.

2. Радченко O.G., Патраучан М.А. Микробная очистка сточных вод от алкилдиметиламинов в анаэробных условиях// Химия и технология воды.- 1994.-16,N6.-С. 667-672.

3. Радченко О.С., Патраучан М.А., Ставская С.С. Микрофлора биореактора, очищающего сточную воду от алкилдиметиламинов// Химия и технология вода.-1994.-16,Кб.-С.673-677.

4. Патраучан М.А., Радченко O.G. Микробная очистка сточных под от алкилдиметиламинов в анаэробних условиях. Tea. докл. Междунар. конф. "Биология и биотехнология очистки воды", Полтава, 1992.-С.41.

5. Радченко О.С., Патраучан М.А. Микробная деструкция ка-тамина АБ в анаэробных условиях. Тез. допов. I э'1аду Укра1нсь-кого >лкроб1л. товзриства, Одеса// Шкробшл. журнал.-1994.-56,N4.-С.69.

- 22 -АН0ТАЦ1Я.

Патраучан М.А. Бактериальная деструкция катионных поверх-ноотно-активных веществ при анаэробной очистке оточных вод.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности "микробиология - 03.00.07", Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К.Заболотного, Киев, 1995.

Защищается 5 научных работ, которые содержат результаты теоретических и экспериментальных исследований. Установлена возможность анаэробного бактериального разрушения Äff,(А, оксида АД-МА и катамина АБ. Впервые селекционированы, выделены и идентифицированы высокоактивные культуры бактерий-деструкторов АДМА (Bacillus laterosporus, В. соаепЛапз. В. ciroulans А, В. polymvxa), окоида АДМА (В. alvei, В. ciroulans 0), катамина АБ (Аегаюпаз hydrophile subsp. anaeropenes, Baoillus sp., В. ciroulans К). С помощью разработанной методологии комплексного анализа на ядрах 1Н, 13С, 14N, 170 изучен состав промежуточных и конечных продуктов анаэробной бактеральной трансформации изучаемых ксенобиотиков. .Все продукты деотрукции (аммоний, молекулярный азот, насыщенные углеводороды, одноатомные спирты) являются экологически безопасными для окружающей среды соединениями. Разработана технологическая схема локальной анаэробной микробной очистки оточных вод производства КЛАВ.

Ключевые слова: мнкробоценоз, анаэробный биореактор, ое-лекция, бактерии-деструкторы, катионные поверхностно активные вещества.

Fatrauohan M.A. Bacterial destruction of cationic surfactants within anaerobic sewaee purification.

The thesis competing for Fhvlosophical Desree, speciality 03.00.07 - microbiology, Institute of Microbiology and Virology, Kiev, 1995.

It, in u»¡Mnnan ■= scientific paper, tvhiuh contain theoretical and experimental researches results. It Is determined the possibility of anaerobio baoterlal AEMA, oxide ADMA. katamin AB destruction.. The hlshly aotlve bacteria -destructors strains, which utilising AIWA (Bacillus laterosporus, B. coagulans, B. olroulans A, B. polymyxa), oxide A#MA (B. alvei, B. olroulans 0), katamin AB (Aeromonas livdrophila subsp. anaeroeenes, Bacillus sp., 8. oiroulans) are sleeted, isolated and identificated at the first time. With using- of the elaborated NMR (1H, 13C, 14N, 170) analyse methodology the products of determents anaerobio bacterial destruction are studied. All products of destruction (airenonium, molecular nitrocren, uniatomic alcohols, saturated hydrocarbons fragments) are ecoloRioally harmless. The technological oheme of local anaerobic microbial sewase tratment. from cationic surfaotants is development.

Key-words: microbocenos, anaerobio bioreactor, seleotion, bacteria-destructors, cationio surfactants.