Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмов

Перушкина, Елена Вячеславовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмов
ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмов"

003449955

На правах рукописи

ПЕРУШКИНА ЕЛЕНА ВЯЧЕСЛАВОВНА

БИООБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СЕРУСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОЦЕССАХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ СЕРООКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ

03 00 23 - Биотехнология 03 00 16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 о кг 2008

Казань- 2008

003449955

Работа выполнена на кафедре промышленной биотехнологии Казанского государственного технологического университета

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Сироткин Александр Семенович

кандидат технических наук, доцент Шагинурова Гузель Ибрагимовна

Официальные оппоненты* доктор биологических наук, профессор

Багаева Татьяна Вадимовна

доктор технических наук, профессор Зенитова Любовь Андреевна

Ведущая организация- ГОУ ВПО «Московский государственный

университет инженерной экологии»

Защита диссертации состоится 22 октября 2008 г в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212 080 02 при Казанском государственном технологическом университете по адресу 420015, г Казань, ул К Маркса, 68, зал заседаний Ученого Совета (А-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технологического университета (www kstu ru)

Автореферат разослан «75» , 2008 года

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последние десятилетия развития химической промышленности проблема биодеградации токсичных серусодержащих соединений приобрела особую актуальность вследствие нарушения баланса природного цикла серы Вносимые в окружающую среду соединения восстановленной серы, в частности, сераорганические соединения нефти и полисульфидные каучуки являются токсичными и чрезвычайно устойчивыми в среде, что представляет опасность для человека и животных

Для предотвращения химического загрязнения окружающей среды наиболее эффективным и экологически безопасным является процесс биообезвреживания сточных вод химических производств, повышение эффективности которого основано на увеличение окислительной активности биологических агентов (активного ила и биопленки), функционирующих при очистке серусодержащих сточных вод Сероокисляющие микроорганизмы занимают важное место в биоценозах очистных сооружений, принимая участие в окистении особо токсичных примесей сероводорода, сульфидов и соединений серы промежуточных степеней окисления до сульфатов Таким образом, интенсификация биоочистки серусодержащих стоков связана, прежде всего, с повышением концентрации и биологической активности специализированных микроорганизмов

Диссертационная работа выполнена в соответствие с планом проблемной научно-исследовательской лаборатории Казанского государственного технологического университета по научному направлению «Разработка основ биотехнологических процессов, создание интенсивных технологий и их аппаратурное обеспечение» (2006 г ), а также в рамках научно-исследовательских работ участка биологической очистки сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука»(2005 - 2008 г г)

Выполнение важнейших микробиологических и молекулярно-генетических исследований при подготовке диссертации было поддержано грантом Правительства Республики Татарстан в рамках научной стажировки в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им Г К Скрябина РАН (2008 г)

Цель работы состоит в исследовании процессов биоокисления серусодержащих компонентов сточных вод и разработке технологических приемов их биообезвреживания ассоциациями сероокисляющих микроорганизмов

Научная новизна работы. Впервые в процессе биоокисления неорганических и органических восстановленных соединений серы тиокольных сточных вод выделены и исследованы с применением комплекса физико-химических, микробиологических и молекулярно-генетических методов исследования ассоциации сероокисляющих микроорганизмов Показано, что в процессе эффективного биоокисления соединений серы принимают участие микробные ассоциации, содержащие не более чем 1-3 доминирующие культуры микроорганизмов На основании данных секвенирования фрагментов гена 168 рРНК впервые идентифицирован штамм АскготоЬаМег ер БЗ1 в качестве одного из доминантных в составе микробных ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов

Впервые изучен механизм биологической деградации низкомолекулярною тиокола, являющегося непормируемои примссыо сгонных вол. с помощью ассоциаций сероокисляюших микроорг анизмов

Предтожен оригинальным способ оценки степени биорегенерации поверхности активного ила адсорбировавшего низкомолекулярпыи тиокол из сточных вод, заключающийся в компьютерной обработке и анализе микроскопических изображении объекта в процессе биорегоперации

Практическая тачимоегь работы заключается в разработке технотоги-ческих приемов интенсификации работы биологических очистных сооружений (БОС), позволяющих обеспечить эффективное биообезвреживапие серусодер-жащих сточных вод в условиях повышенных иа!рузок по характерным примесям В результате обоснования применения биофилы рационного метода и схемы локальной очисжи сточных вод производства полисульфидных каучуков достигнуты параметры сточных вод, позволяющие повысить пропускную способность и окислительную мощность БОС

Предложен способ биоре!енерации поверхпосги активною ила, адсорбировавшего низкомолекулярный 1иокол из сгочных вод Ею применение позволяет улучшигь биоразнообразие и качественный состав активного ила, а также его биоокислительную способность Результаты научно-исследовательской работы использованы на БОС ОАО «Казанский завод синтетического каучука» Предотвращенный жономическии ущерб окружающей среде в случае внедрения локальной биофичьграции тиокольных сточных водсосывит 1110188,1 руб/юд, в результате лроммшлепною использования метода биорегенерации активного ила-677961,8 руб/год

Апробация рабты Основные результаты диссертационной рабо1ы были доложены на Региональной конференции «Жии. в XXI веке» (Казань,2006), Всероссийской студенческой научно-технической школе-конференцин «Инженерные науки - защите окружающей среды» (Iула, 2006), 1-ой Всероссийской научной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биоюмюло! ии, основанные на использовании живых жоеистем» (Казань, 2006), Российской школе-конференции молодых ученых «Окотоксикология современные биоаналитические системы, меюды и технологии» (Пущипо, 2006), XI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий Эколог ическии катализ» (Новосибирск, 2006), Четвертом Московском международном кошрессе «Биотехнология сосюяние и перспекгивы развития» (Москва, 2007), V111 Всероссийском конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологи» (Казань, 2007), VII Республиканской научной конференции «Актуальные экологические пробтемы Республики laiapcian» (Казань, 2007) на ежегодных отчетных научно-технических конференциях Казанского государственною технологическою университета 2006-2008 i г

Нлучно-нсследовлгсльскаи работа о i мечена дипломом 1 ciencim Конкурса Республики laiapcian научных работ оудснюв и аспиринюв на соискание премии им МП Лоблчсвскшо

Публикации Основные положения дисссрзациопнои рабозы опубликованы в 6 сзаззлзх иаучпо-1схничсских журналов и сборников, в юм числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК Мипобрпауки России, а также 9 тезисах докладов па конференциях различною уровня

Личным вклад автора « pafioiy сосюит в непосредственном участии на всех лапах работы и обсуждения полученных результатов, подборе методик, написании eiaien и тезисов

Структура и объем днссерыиии Работа изложена на 136 страницах машинописною текста, содержи! 17 таблиц и 24 рисунка Диссертация состоит из следующих разделов введение, восьми глав выводов и списка титературы, включающего 169 источников

ОСНОВНОЕ СОДЕ РЖАНИЕ РАБО ГЫ

PaîBKine химическом промышленности неразрывно связано с возникновением таких )kojioiичееких проблем, как увеличение котичеезва промышленных сточных вод и концентрирование токсичных компонентов в сюках, приводящих к снижению эффективности биолоз ичеекой очистки Известно, что заводы синшичсского каучука отличаются многообразием и сложное iыо гсхно loi нчсскнх промессой коюрые сопровождаю 1ся образованием сточных вод сложною химическою состава, требующих [лубокой очистки (Ьашкаюв, Жиычин, 1987) 1 радициоззная схема биологических очистных сооружений (БОС) включает первичный огсюиник, аэротенк вторичный огеюйник, pcienepaiop акзиннозо и ni и дезинфектор Для технологии аэробной биоло! ичеекой очиегки ночных вод производства ОАО «Казанский завод синiciическозо каучука» характерны некоторые особенности, препя1егвующие процессу биообезвреживаиия соединении серы Серусодержащие сточные воды относятся ко 2-му классу онаепоези (Павлова, 2006), что вызывает гибель биоценозов акцизного ила, полому перед подачей в азротенк они разбавляю!ся условно чпеюй водой, при лом происходит снижение значений ХПК с 40000 мз/дм3 до 700-800 мг/дм3

В связи с увеличением объема произьодсюа полисульфидного каучука и модернизацией С1адии предварительной очиезки, в составе сточных вод, поступающих на финальную 6hojioi ическую очистку в аэрогенкн, может присузетвовать ззекозорая чаезь продукюв синтеза, в том числе полисульфидного каучука - тиокола Поверхность активного ила способна адсорбировать ссраорзапический полимер что приводит к снижению его биоокислительной способности

Проведенный монигориш основных показателей щелочных сточных вод на ОАО «Казанский завод сиитезичсскою каучука» за последний период времени, преде завленпый в таблиззе 1 свидезелз.стззует о необходимости радикалызого решения вопроса поочис1ке еючнмх вод

Весьма ззривлекательпым с iexuojioi ическои ючки зрения закже преде заззляезся внедрение локальной ступени биообезвреживания кошзенфированных егочных вод, применение которой целесообразно по з!зачез1ию

Таблица 1 - Характеристика концентрированных тиокольных сточных вод

Показатель Нормативное значение, не более Средние значения

I полугодие 2006 II полугодие 2006 I полугодие 2007 II полугодие 2007

РН 12,5 12,3 11,76 11,73 11,10

ХПК, мг/дм3 45000 29742 30202 23995 30164

БПК5, мг/дм3 18750 8396 9796 9559 10783

Бобш, мг/дм3 25000 15240 13955 14931 11997

мг/дм5 3000 2812 3172 2295 2247

БОд2, мг/дм3 100 8098 11723 8415 12102

биохимического показателя (БП=0,42) Указанное мероприятие позволит снизить количество разбавляющей воды и обеспечит предварительное обезвреживание сточных вод. Основной проблемой при разработке технологии предварительной очистки стоков производства тиокола являлся подбор специфических микроорганизмов, способных осуществлять биодеградацию компонентов сточной воды в условиях высоких значений рН и ХПК

Выделение н исследование накопительных культур сероокисляющих микроорганизмов

Для интенсификации процессов биообезвреживания серусодержащих сточных вод были получены и исследованы накопительные культуры сероокисляющих микроорганизмов В процессе исследования варьировались такие параметры культивирования, как рН и состав питательной среды, а также температура

Почвенная ассоциация БА получена путем селекции из загрязненной болотистой почвы г Уфы сотрудниками Уфимского государственного нефтяного технического университета Известно, что почвенная ассоциация способна к разрушению и окислению сераорганических соединений нефти, таких как дибутилсульфид, дигептилсульфид, нонилпропилсульфид (Ягафарова, Сафаров, 2005) Ассоциация ЭА представлена сообществом бактериальных клеток, среди которых доминируют мелкие прямые палочковидные бактерии (1,2x0,4 мкм), экзогенно продуцирующие Б0

Известно, что развитие сероокисляющих микроорганизмов связано с окислением восстановленных соединений серы до конечного продукта - сульфатов или до частично окисленных форм, например, политионатов, что сопровождается изменением рН среды фагкеу, 1934, Гусев, Минеева, 1992) Развитие БА на питательной среде было охарактеризовано полной утилизацией субстрата - тиосульфата с образованием политионатов и сульфатов (рис 1) По результатам исследований ферментативной активности образцов микробных суспензий было установлено, что в процессах биоокисления тиосульфата принимают участие ферменты - дегидрогеназы, относимые к классу оксидоредуктаз

Наибольшее значение дегидрогеназной активности по тиосульфату (26 мг фор-мазана/дм3) было достигнуто на 3 сутки культивирования, когда 8А находилась в фазе активного потребления субстрата Ассоциации серо-окисляющих микроорганизмов ЕА1, ЕА2, БАЗ и ЕА4 являются представителями биоценоза активного ила, функционирующего при очистке серусо-держащих сточных вод биологических очистных сооружений ОАО «Казанский завод синтетического каучука» Они были получены при высеве образцов активного ила на питательные среды для сероокисляющих бактерий (Грабович и др, 2000, Кузнецов, Романенко, 1963, Герхардт, 1984), различных по источнику восстановленной серы (тиосульфат натрия и сульфид натрия) и углерода (карбонат кальция и ацетат натрия) и начальным значением рН

После нескольких пассажей на стерильных питательных средах сформировались устойчивые ассоциации, способные к окислению восстановленных соединений серы Среди микроорганизмов в составе ЕА1 доминируют тонкие удлиненные палочковидные бактерии (2,2x0,8 л-'км), в ЕА2 - кокковидные палочки размером 0,4 мкм с полярным жгутикованием, в БАЗ Рисунок 2 - Изменение рН питательной - мелкие бактериальные палочки среды в процессе культивирования ассо-(1,2*0,4 мкм), ЕА4 - циации сероокисляющих микроорганизмов, палочковидные бактерии мелкие выделенных из активного ила (1,2x0,4 мкм) и кокковидные

(0,4мкм) с полярным жгутикованием Для качественной оценки биоокислительной активности исследуемых ассоциаций был проведен анализ изменения рН

-о-таосульфаш

% 6000 р

сульфаты -и- КОЕ

И*

5 V «

5 I0

5 "

4000

2000

I о Р^-г " 0 1 2

Л 4 б

Время, с>тки

7 8

Рисунок 1 - Кривая роста и потребления субстрата ассоциации БА в условиях периодического культивирования на питательной среде (У^ = 0,0082 г АСБ/г Э/ЭгОз2, я3= 1,023 ч1, ц = 0,017 ч1)

-»-ЕА1 -ОЕА2 -й-ЕАЗ -Х-ЕА4

0 3 13 18

Вреш, сутки

■Ткостльфпты СЗС.Ч'Лъфиты -й-Политмоияты

8000

г 20000

6000

3 * fc g 54000

Il fe

S -ей £ 2000 •

питательной среды при развитии сероокисляющих микроорганизмов (рис. 2). Культивирование ЕА1 и ЕАЗ характеризуется начальным повышением рН питательной среды (рН„ач=6,3) до 7,0, что связано с окислением тиосульфатов до тетратионата (рис. 3), и дальнейшем снижением значения рН до 4,4, обусловленное протеканием процесса окисления до конечных продуктов - сульфатов. Ассоциация ЕА2 представляет собой ассоциацию сероокисляющих микроорганизмов, участвующих в полном окислении тиосульфата до сульфата, о чем свидетельствует высокое значение Yp/s = 1,47. Однако при этом в процессе роста и развития ассоциации на питательной среде с рНиач=9,2 было отмечено незначительное снижение значения рН до значений 8,2-8,5 (рис. 2). Поддержание рН в области слабощелочных значений может быть объяснено присутствием в питательной среде гидрокарбоната натрия, обладающего буферными свойствами.

Политионаты часто являются промежуточными продуктами биоокисления серусодержащих соединений. Изменение их концентрации в среде культивирования связано, прежде всего, с микробиологическим окислением тиосульфат-ионов. Однако необходимо рассматривать и химические пути окисления тиосульфат-ионов, а также диспропор-ционирование политионатов при химическом взаимодействии с сульфидом, сульфитом и тиосульфатом (Волков, 1984). Первоначально отмечается образование политионатов, после чего концентрации этих ионов в среде уменьшается, что может быть связано с частичным микробным восстановлением серы с образованием тиосульфата, а также окислением до сульфита и сульфата. В составе сероокисляющих ассоциаций почвы и активного ила присутствуют микроорганизмы, способные использовать органический источник углерода в конструктивном обмене, о чем свидетельствует повышение дегидрогеназной активности при утилизации глюкозы (35 мг/дм3 и 44 мг/дм3). Роль процесса окисления соединений серы у гетеротрофных микроорганизмов остается не выясненной. Исследование процессов окисления тиосульфата гетеротрофными почвенными бактериями (Trudinger, 1966; Lalucat, 2006) показало, что некоторые изоляты обладают способностью окислять тиосульфат до тетратионата, что сопровождается подщелачиванием среды. Присутствие в составе исследуемых ассоциаций факультативно автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов является

0 I

2 3 4 6 8 13 17 Время, сутки

Рисунок 3 - Изменение концентраций серусодержащих компонентов питательной среды в процессе развития ЕА1

несомненным преимуществом их использования в технологиях биообезвреживания серусодержащих сточных вод Их способность использовать органические вещества наряду с энергией окисления серных соединений дает им преимущество как перед гетеротрофами, так и перед автотрофными бактериями р Thiobacillus (Сорокин 1994)

Анализ развития ассоциаций SA и ЕА в условиях различных pH среды культивирования установил оптимальный диапазон от 6,6 до 9 единиц, причем наибольший прирост биомассы SA наблюдался при pH 7,7 Развитие сероокисляющих микроорганизмов при температурах 23-28°С было охарактеризовано максимальными значениями прироста биомассы по числу КОЕ (88-122% на 4 сутки эксперимента) и эффективности очистки сточной воды по ХПК (80%) Псазано, ито температурный фактор оказывает существенное влияние на развитие SA и является одним из лимитирующих для использования указанной микробной ассоциации в процессах биотрансформации серусодержащих соединений сточных вод

Для идентификации доминирующих микробных культур в ассоциациях был проведен рестрикционный анализ ПЦР-фрагментов генов 16S рРНК, полученных с использованием универсальных бактериальных праймеров 27f и 1492г По его результатам следует отметить, что в составе ассоциаций имеется не более 1-3 доминирующих микроорганизмов Полученные рестрикционные профили могут быть использованы для мониторинга ассоциаций при практическом внедрении в промышленных масштабах

С целью идентификации доминирующих сероокисляющих бактерий в составе ассоциации SA были выделены чистые культуры Установлена нуклеотидная последовательность фрагмента гена 16S рРНК изолята S31 По результатам поиска в базе данных NCB1 (GenBank - http //www nebí nlm nih gov) было показано, что штамм S31 принадлежит к классу Betaproteobactena По физиологическим и морфологическим характеристикам, а также по результатам секвенирования фрагмента гена 16S рРНК выделенный штамм был обозначен как «Achromobacter sp S31» Отличительной физиологической особенностью Achromobacter sp S31 является способность к окислению тиосульфата до политионатов и последующему их окислению до сульфатов, для него показана способность развития с утилизацией ацетата

Исследование процесса биообезвреживания серусодержащих сточных вод в аэротенках

Для оценки биоокислительной способности сероокисляющих ассоциаций по отношению к субстратам сточной воды (сульфидам и тиосульфатам) были проведены анализы содержания различных форм неорганической серы в процессе их культивирования Установлено, что процессы биообезвреживания сточной воды идут по пути окисления восстановленных соединений серы до сульфата через промежуточные продукты - политионаты По литературным данным образование политионатов можег происходить при окислении тиосульфата, сероводорода и молекулярной серы (Гусев, Минеева, 1992)

Увеличение концентрации сульфатов сопровождается значительным закислением среды культивирования до рН 3,5, что инициировало снижение концентрации микроорганизмов в суспензии

-*-ЕА2 -Х- рН

(рис 4)

Представители ассоциации ЕА2 адаптированы для развития на сточной воде, что характеризуется практически полным окислением

0 1 2 3 4 6 7 8

Время, с\ткн

восстановленных соединений

серы (сульфидов - на 76%, Рисунок 4 - Изменение концентраций белка тиосульфатов - на 95%) бактериальной биомассы и значения рН в Высокое значение эконо- процессе культивирования ЕА2 (Ух/в = 0,21) мического коэффициента об- и 8А (Ух/э = 0 20) разования продукта - сульфата позволило охарактеризовать ЕА2, как ассоциацию, обладающую высокой биоокислительной активностью по превращению субстратов сточной воды в сульфат

С учетом низких ростовых показателей исследуемых ассоциаций сероокис-ляющих микроорганизмов актуальным является их накопление и повышение биоокислительной активности в очистных сооружениях, что достигается, в частности, иммобилизацией на различных носителях Это в свою очередь способствует сохранению микробной популяции, так как нахождение микробных клеток в составе биопленки предполагает защиту от экстремальных значений рН и токсичных соединений (Ленгелер и др , 2005)

Известно, что в большинстве случаев «голодание» клеток приводит к сильному увеличению адсорбции (Синицын, 1994) Для оценки влияния условия «голодания» клеток сероокисляющих микроорганизмов на степень их адсорбции к поверхности носителя дозировка субстратов осуществлялась в двух режимах через 48 часов (режим 1) и 96 часов (режим 2) Анализ процесса очистки сточных вод микробными культурами, иммобилизованными на керамзите, проводился в условиях периодического культивирования по показателю удельной степени очистки, который равен отношению разности начальной и конечной концентрации примесей (ХПК или содержание сульфидов) к концентрации абсолютно сухой биомассы (таблица 2)

Режим дозирования питательной среды в процессе иммобилизации сероокисляющих микроорганизмов оказал значительное влияние на последующий процесс очистки сточной воды Дозирование субстрата в режиме 1 обеспечило более успешное развитие медленно растущих сероокисляющих бактерий и тем

самым интенсифицировало их закрепление на поверхности керамзита, что позволило повысить степень очистки сточной воды (табл 2)

Таблица 2 - Показатели эффективности очистки серусодержащих сточных вод

Ассоциация сероокисляющих микроорганизмов Удельная степень очистки (УСО)

по значениям ХПК, мг/мг АСБ по содержанию сульфидов, мг/мг АСБ

БА НммииплИзоваиииЛ бпс^асса, рсгт"1' дозирования питательной среды 1 (2) 0,8 (0,2) 0,32 (0,19)

Суспензия микроорганизмов 0,7 0,13

ЕА Иммобилизованная биомасса, режим дозирования питательной среды 1 (2) 0,9(1,1) 0,24 (0,18)

Суспензия микроорганизмов 0,7 0,11

В процессе иммобилизации сероокисляющих микроорганизмов, выделенных из активного ила, на поверхности керамзита обстоятельство «голодания» клеток привело к незначительному возрастанию значения УСО (на 18% по отношению к режиму 1) Биопленка сероокисляющих микроорганизмов, сформированная на керамзите, обладала способностью биообезвреживать компоненты сточных вод до 2,5 раз эффективнее по показателю УСО, в сравнении с суспендированными клетками

Исследование процессов локальной очистки концентрированных серусодержащих сточных вод

Для использования на стадии локальной обработки сточных вод была выбрана почвенная ассоциация ЗА, как наиболее перспективная для культивирования в условиях высоких значений рН и ХПК, характерных для концентрированных стоков Экспериментальные исследования роста ассоциации БА на тиокольной сточной воде позволили сделать вывод о ее невысоких ростовых показателях продолжительность лаг-фазы составила 25 часов, значение экономического коэффициента - ¥,¡¿=0,35 (рис 5)

Меньшая скорость роста сероокисляющих микроорганизмов на сточной воде объясняется, прежде всего, токсичностью данного субстрата и необходимостью их адаптации к среде Тем не менее, трехсуточное культивирование на концентрированной сточной воде сопровождалось достаточно полным, более чем на 88%, потреблением сульфидов (рис 6)

Исходя из результатов эксперимента, можно заключить, что ассоциация ЭА активно осуществляет биотрансформацию восстановленных соединений серы в процессе очистки концентрированного субстрата - тиоколь-ных сточных вод Следует отметить, что вклад физико-химических процессов отдувки и окисления в удаление сульфидов из сточной воды незначителен снижение концентрации сульфидов в течение 72 часов за счет этих процессов примерно в 6 раз меньше, чем в результате биоокисления

Поскольку производственные условия диктуют выбор непрерывного режима эксплуатации системы предочистки, либо периодического режима с непродолжительным периодом аэрации, необходимо обеспечить удерживание биомассы в сооружении в достаточном количестве для обеспечения заданной степени очистки Было исследовано применение почвенной ассоциации в технологии локальной очистки сточных вод в режиме непрерывной биофильтрации

Подбор загрузочного материала для биофильтра осуществлялся с учетом доступности, экономичности и простоты эксплуатации Керамзит является традиционно используемым материалом для загрузки биофильтров, так как имеет хорошо развитую поверхность, удобную для заселения микроорганизмами и относительно низкую стоимость Необходимо отметить, что в случае применения ассоциации сероокисляющих микроорганизмов удается избежать проблем с избыточной биомассой и загниванием благодаря низкой скорости роста и способности сероокисляющих бактерий существовать в микроаэрофильных условиях Было показано, что при концентрации микроорганизмов 9 % (об) концентрация

Л на концентрированной сточной годе

■ на питательной среде

О 20 40 60 80 Время, час

Рисунок 5 - Рост ассоциации БА при периодическом культивировании на питательной среде и тиокольной сточной воде (ХПКнач = 25544 мг/дм3)

Время, час Л окисление ьислорвзом ■ биоокисленне

Рисунок 6 - Эффективность очистки сточных вод от сульфидов при периодическом культивировании БА (начальная концентрация сульфидов 3000 мг/дм3)

основного компонента сточных вод - сульфидов снижается в два раза при времени контакта 24 часа При этом дополнительное снижение концентрации сульфидов на 8 % обеспечивается окислением кислородом воздуха, Степень очистки тиокольной воды по ХПК в среднем составила после биофильтрации - 59 %, после механической фильтрации - 28 %, таким образом, за счет биоокисления - 31 % (табл 3)

Таблица 3 - Биофильтрация тиокольных сточных вод в реакторе с иммобилизованной биомассой ассоциации ЭА __

Воемя. час ХПК очищенной виды UUWjC биофильтра, мг/дм3 ХПК очищенной воды фильтра, мг/дм3 Снижение ХПК за ст1ет бчоои*ыспемия мг/дм3

0 27192 27192 .

24 24308 25437 1129

48 15343 22433 7090

72 11197 19582 8385

Таким образом, уже при относительно невысокой концентрации бактерий можно достичь снижения объема разбавляющей воды для подачи на следующую ступень очистки - в аэротенки

Биодеградация низкомолекулярных компонентов полисульфидного каучука (тиокола)

Эффективность применения сероокисляющих микроорганизмов в реальных системах биологической очистки определяется их способностью усваивать разнообразные соединения серы, в т ч ненормируемые примеси в составе сточных вод К таким относится низкомолекутярный тиокол - продукт ОАО «Казанский завод СЮ>

Известно, что начальной стадией биотрансформации сераорганических полимеров является микробное окисление серусодержащей части молекулы (Sveto, 1994, Леонтьева, 2006, Ягафарова, Сафаров, 2005) Поэтому исследование процессов биологического разрушения низкомолекулярных компонентов тиокола включало анализ превращений соединений серы (рис 7) Показано, что нелинейное изменение содержания сульфидов связано как с их микробным окислением, так и с высвобождением сульфид-ионов в процессе биотрансформации молекул тиокола Дальнейшее биоокисление образующихся сульфидов в растворе ведет к уменьшению их концентрации эффективность удаления составила 95,8 %, что обеспечивает обезвреживание тиокольной воды от

наиболее токсичных соединений Повышение концентрации сульфатов свидетельствуют о глубокой биодеградации тиокола с окислением восстановленных форм серы до сульфат-иона В процессе культивирования ассоциаций на тиоколсодержащей среде отмечен прирост биомассы сероокисляю-щих микроорганизмов (в среднем в 3,3 раза) Отмечены этапы снижения концентрации биомассы в бактериальной суспензии, что связано с образованием агрегированных микробных форм Дальнейший прирост биомассы свидетельствует о биодеградации молекулы тиокола и использовании ее фрагментов в качестве субстрата Активный прирост сероокисляющих бактерий с 10-х суток эксперимента характерен и для определения количества клеток методом Коха (15300x107 КОЕ/см3 относительно начального значения 4x105 КОЬ/см3)

Анализируя преобразование углеродной части полимера по изменению показателя ХПК (рис 8), следует отметить снижение его значения для тиоколсодержащей среды на 64 %, что связано, прежде всего, с разрушением полимерной молекулы тиокола и биоокислением ее составных частей Результаты опытного культивирования серо-окисляющих микроорганизмов на тиоколсодержащей среде свидетельствуют о способности их к биодеградации полимера в среднем на 60 %

Дополнительное обезвреживание тиокола осуществляется в результате процессов химического окисления серусодержащей части полимера в среднем на 30% Следует отметить, что сероокисляющие ассоциации 8А и ЕА обнаружили высокую активность и осуществляют биодеградацию тиокола по схожим

—Л—Спьфкды —X—(Члъфаты — О - ТмАегтефаты —•—Шлнтнвкаты

Рисунок 7 - Изменение концентраций соединений серы в процессе периодического культивирования ассоциации ЗА на тиоколсодержащей среде

-О-Кпниентпаиинбелка -•-ХПК

1 2 3 4 6 8 10 13 16 18

Время, стон

Рисунок 8 - Кривая роста ассоциации ЭА и изменение показателя ХПК в процессе биодеградации тиокола

метаболическим путям Первоначально происходит преобразование серусодержащей части молекулы тиокола, сопровождающееся окислением групп -Б-Б-, -Б-Н, -С-Б-, до сульфоновой группы, затем до политионатов, сульфитов и сульфатов По данным ИК-спектроскопического анализа составные части молекулы тиокола, включающие группы -С-О-С- и -О-СНг-, окисляются в карбоксильные группы, а в дальнейшем разрушаются до СО2 и Н2О.

Биорегенерация поверхности активного ила, адсорбировавшего низкомолекулярный тиокол из сточных вод

Решение проблемы регенерации поверхности активного ила состоит в восстановлении окислительной способности микробиоценоза за счет создания оптимальных ус702"" обогацтрнии исходного сообщества сероокисляющими микроорганизмами Для оценки степени биорегенерации поверхности активного ила, адсорбировавшего тиокол, в процессе лабораторного культивирования сероокисляющих микроорганизмов в составе активного ила проводились компьютерная обработка и анализ микроскопических изображений объекта, которые включали подсчет общей площади поверхности и площади поверхности активного ила, свободной или освобожденной от тиокола

Интродукция ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов в активный ил, загрязненный низкомолекулярным тиоколом, способствовала биорегенерации его поверхности Показано, что активный ил способен к значительной саморегенерации при его культивировании в условиях, оптимальных для развития сероокисляющих микроорганизмов Степень регенерации хлопьев от полимера составила 90-91% на 8 сутки эксперимента.

По результатам лабораторных экспериментов можно сделать вывод о том, что поверхность активного ила подвергается биологической регенерации с биологическим потреблением тиокола микроорганизмами Стимуляция аборигенной микрофлоры активного ила является важнейшим фактором для восстановления его окислительной способности и, следовательно, повышения эффективности очистки сточных вод

Биорегенерация поверхности активного нла в условиях промышленных аэротеиков

Результаты лабораторных исследований биологической регенерации активного ила были реализованы на базе промышленных аэротенков очистных сооружений ОАО «Казанского завода синтетического каучука» На время проведения испытаний была прекращена подача производственных сточных вод в аэротенки, вместо которых использовалась условно чистая вода С целью создания благоприятных условий для развития сероокисляющих микроорганизмов в поступающую воду дозировались дополнительные источники азота и фосфора (концентрация ионов КН4+ в надиловой жидкости в период регенерации составляла в среднем 4,68 мг/дм3, концентрация Р043" - в среднем 4,2 мг/дм3) В результате проведенных мероприятий было обеспечено повышение степени очистки

серусодсржшних сточных вод по основным показателям их загрязненности: по ХШС - на 47 %, по ВПК - на 27 % (табл. 4).

Таблица 4 - Показатели эффективности очистки сточной воды до и после биорегенерации поверхности активного ила в условиях промышленных аэротенко»

Месяц Степень очистки сточной воды, % (среднемесячное значение)

по показателю ХПК по показателю БПК5

До регенерации (февраль) 26 69

Непосредственно после регенерации (апрель) 59,7 84

После 30-суточной эксплуатации БОС (май) 73,3 88,9

июнь 73 96

В результате проведенных мероприятий улучшились технологические характеристики активного ила. его поверхность практически полностью освобождена от тиокола (рис. 9). Присутствие индикаторных простейших (инфузорий р. УоШсеПа и коловраток р. Notomata и р. Rolaría), характеризующих развитие активного ила, позволяет судить о его высокой биоокислительной активности и нормальной жизнедеятельности.

Рисунок 9 Фотографии активного ила: А) - до проведения биорегенерации (увеличение х32); Б) - после биорегеиерации в промышленных условиях (увеличение х32); В) - после биорегенерации в промышленных условиях (увеличение х128).

В целом, поверхность активного ила биологически регенерировалась вследствие окисления тиокола микроорганизмами, которые получили оптимальные условия для развития (отсутствие нагрузки по тиоколу, дозирование биогенных элементов). Процесс биорегенерации поверхности активного ила от низкомолекулярных компонентов тиокола позволил в промышленном масштабе повысить эффективность биологической очистки серусодержащих сточных вод производства ОАО «Казанский завод синтетического каучука».

Разработка принципиальной технологической схемы бнообсзврсживання серусодержащих сточных вод

* Предлагаемая

КСВ

учи

ЛИ

Рисунок 10 - Принципиальная технологическая схема биообезвреживания серусодержащих сточных вод: I - аэрируемый биофильтр; 2 -аэротенк; 3 - вторичный отстойник; 4 регенератор активного ила; 5 - дезинфектор. Условные обозначения: КСВ концентрированная сточная вода, В - воздух. УЧВ - условно чистая вода, ЛИ - активный ил; ОВ - очищенная вода.

комплексная технология очистки сточных вод производства полисульфидных каучуков представлена на рис. 10. На стадии предварительного обезвреживания концентрированная сточная вода подается в аэрируемый биофильтр 1 с ассоциацией ЬА. иммобилизованной на фиксированном слое загрузки из керамзита. Затем сточная вода, разбавленная ло допустимых значений по показателю XI 11< условно чистой водой, подается на очистку в аэротенки 2 с активным илом. Дальнейшие стадии следуют традиционной тех-

нологии очистки: разделение активного ила и очищенной воды во вторичном отстойнике 3; регенерация ила в регенераторе 4 и дезинфекция 5 очищенной воды перед сбросом в водоем. Биорегенерацию активного ила целесообразно проводить в аэротенках во время запланированных остановов биологических очистных сооружений, что не предполагает изменения указанной технологической схемы.

Модернизация существующей биологической системы очистки для реализации предлагаемой технологии потребует относительно низких капитальных затрат: для создания биофильтров предлагается реконструировать имеющиеся на предприятии резервуары; керамзит является одним из самых распространенных и дешевых материалов. Следует также отметить, что предлагаемый метод биообезвреживания концентрированных серусодержащих сточных вод является более экономичным и экологически безопасным по сравнению с известными методами рсагентной или физико-химической обработки.

Предотвращенный экологический ущерб окружающей среде в случае внедрения локальной биофильтрации концентрированных сточных вод составит более 1 млн 100 тыс. рублей в год, в результате проведения биорегенерации активного ила - 677 тыс рублей в год.

Внедрение двухстадийной схемы позволит решить проблему увеличения пропускной способности существующих биологических очистных сооружений и повысить производство наиболее прибыльного вида продукции полисульфидного каучука, что в совокупности со снижением платежей за сбросы в водоем делает

весь проект экономически выгодным

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 С целью интенсификации процессов биообезвреживания серусодержащих сточных вод из активного ила были выделены ассоциации сероокисляющих микроорганизмов С использованием комплекса микробиологических и молекулярно-генетических методов показано, что исследованные микробные ассоциации содержат не более 1-3 доминирующих культур, среди которых впервые идентифицирован штамм АсИготоЬаМег Бр 831 Показано, что в составе исследованных микробных ассоциаций присутствуют факультативно автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы, характеризующиеся способностью к утилизации глюкозы и ацетата натрия

2 Исследованы процессы биологического окисления восстановленных соединений серы в составе модельного раствора (питательной среды, включающей тиосульфат натрия) и серусодержащих сточных вод Определены оптимальные условия для развития исследуемых сероокисляющих ассоциаций и биообезвреживания ими серусодержащих сточных вод диапазон рН составил 6,6 -9 единиц, температурный диапазон 23-28°С Показано, что при развитии ассоциаций продуктами биоокисления являются сульфаты и политионаты, что сопровождается характерными изменениями рН среды Отмечено, что в метаболизме тиосульфата принимают участие ферменты группы дегидрогеназ (значения дегидрогеназной активности достигают 23-26 мг формазаиа/дм3)

3 Установлена способность почвенной ассоциации сероокисляющих микроорганизмов 8А очищать концентрированные тиокольные сточные воды (рН=12, ХПК = 25544 мг/дм3, содержание сульфидов 2999 мг/дм3) При этом максимальная степень очистки составляет 88% в ходе 72-часового культивирования

4 Обосновано применение приема биофильтрации для обезвреживания концентрированных сточных вод Установлено, что иммобилизация сероокисляющих микроорганизмов приводит к повышению эффективности очистки серусодержащих сточных вод в 2,5 раза по сравнению с суспендированными клетками

5 Изучен процесс биодеградации низкомолекулярных компонентов тиокола ассоциациями сероокисляющих микроорганизмов с первоначальным биоокислением серусодержащей части молекулы тиокола до сульфоновой группы, промежуточным образованием политионатов и сульфитов и накоплением конечного продукта окисления - сульфатов Результаты опытного культивирования сероокисляющих микроорганизмов на тиоколсодержащей среде свидетельствуют о способности их к биодеградации полимера в среднем на 60 % Установлено, что в процессе биодеградации тиокола сероокисляющими микроорганизмами поверхность активного ила подвергается ее биологической регенерации (степень освобождения поверхности активного ила от тиокола составила в среднем 40%)

6 Разработаны технологические приемы интенсификации работы БОС для эффективного биообезвреживания серусодержащих сточных вод с локальной

биофильтрационной очисткой концентрированного промстока и финальной очисткой с биорегенерацией активного ила в аэротенках Для анализа эффективности процессов биоочистки были использованы комплекс современных физико-химических и микробиологических методов, необходимые компьютерные средства обработки данных, а также был оценен предотвращенный экономический ущерб окружающей среде от проведенных мероприятий Предложенный способ биорегенерации реализован на ОАО «Казанский завод синтетического каучука»

Основные результаты и содержание диссертации изложены в следующих опубликованных работах:

1 Пеоушкина, Е В Об условиях применения Thiobacillus sp в системах обезвреживания высококонцентрированных сточных вод /ЕВ Перушкика, Д Р Гумерова, Г И Шагинурова // Мат Региональной конференции «Жить в XXI веке» -Казань,2006 -С 149-150

2 Перушкина, Е В Биологическое окисление соединений серы в условиях токсического воздействия компонентов сточных вод /ЕВ Перушкина, Ю В Васюнина, Г И Шагинурова // Сборник трудов Всероссийской студенческой научно-технической школы-конференции «Инженерные науки - защите окружающей среды» - Тула Изд-во ТулГУ, 2006 - С 87-89

3 Перушкина, Е В Биосорбционная очистка серосодержащих сточных вод в аэротенках с блочной загрузкой /ЕВ Перушкина, М А Гиниятуллин, Г И Шагинурова, АС Сироткин // Мат 1-ой Всероссийской научной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» -Казань, 2006 - С 162-166

4 Перушкина, Е В Биологическое окисление соединений серы в условиях токсического воздействия компонентов сточных вод /ЕВ Перушкина, Г И Шагинурова, А С Сироткин и др // Мат 1-ой Всероссийской научной конференции «Ресурсосберегающие, водо- и почвоохранные биотехнологии, основанные на использовании живых экосистем» - Казань, 2006 - С 93-97

5 Перушкина, Е В Интенсификация работы биологических очистных сооружений производства полисульфидных каучуков/ Е В Перушкина, Г И Шагинурова, М А Гиниятуллин, А С Сироткин // Экология и промышленность России -2006 -№5 -С 2-6

6 Перушкина, Е В Исследование условий культивирования сероокисляющих бактерий для очистки сточных вод /ЕВ Перушкина, Г И Шагинурова, М А. Гиниятуллин, А С Сироткин // Мат Российской школы-конференции молодых ученых «Экотоксикология современные биоаналитические системы, методы и технологии» (Пущино, 28 октября - 3 ноября, 2006 г) -Пущино ИБФМРАН, 2006 -С 130

7 Перушкина, Е В Биообезвреживание концентрированных серосодержащих сточных вод химического производства/ Е В Перушкина, Г И Шагинурова, М А Гиниятуллин, А С Сироткин // Химическая промышленность сегодня -2006 -№12 - С 46-54

8 Перушкина, Е В Влияние компонентов серосодержащих сточных вод на эффективность биологической очистки / Е В Перушкина, Г И Шагинурова, М А Гиниятуллин, А С Сироткин // Мат XI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий Экологический катализ» (Новосибирский гос ун-т) - Новосибирск, 2006 - С 95

9 Перушкина, Е В Культивирование сероокисляющих микроорганизмов в технологиях биообезвреживания сточных вод/ Перушкина Е В, Г И Шагинурова, А С Сироткин и др // Мат Четвертого Московского международного конгресса «Биотехнология- состояние и перспективы развития» (Москва, 12-16 марта, 2007 г) - М ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им Д И Менделеева, 2007. -часть2 -С 125

10 Перушкина, Е В Культивирование сероокисляющих микроорганизмов для эффективной очистки сточных вод /ЕВ Перушкина, Ю В Васюнина, Д Р Гумерова и др// Мат VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 9-10 апреля, 2007 г) -Казань Отечество,2007 -С 220

11 Перушкина, Е В Биообезвреживание серусодержащих сточных вод технологические приемы и особенности/ Е В Перушкина, М А Гиниятуллин, А В Контуров, Г И Шагинурова, А С Сироткин // Мат VII Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» -Казань Отечество, 2007 -С 147-149

12 Перушкина, Е В Биообезвреживание серусодержащих соединений в процессах очистки сточных вод/ Е В Перушкина, Г И Шагинурова II Мат Республиканского конкурса научных работ студентов и аспирантов на соискание премии им НИ Лобачевского - Казань, 2008 -том III - С 414-416

13 Перушкина, Е В Биоокисление соединений серы в процессах очистки сточных вод/ Е В Перушкина, Г И Шагинурова, А С Сироткин II Мат Региональной конференции «Жить в XXI веке» - Казань,2008 -С 180-182

14 Перушкина Е В Биологическая активность накопительных культур сероокисляющих микроорганизмов /ЕВ Перушкина, А В Львова, А С Сироткин // Сборник тезисов докладов IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 3-5 июня 2008 г) - Казань Отечество, 2008 -

15 Перушкина, ЕВ Биодеградация серусодержащего полимера в процессе очистки сточных вод химических производств/ Е В Перушкина, Г И Шагинурова, А С Сироткин и др // Химическая промышленность сегодня, 2008 - №7 - С 42-

С.230

Соискатель

Е В Перушкина

Заказ

Тираж 80 экз

Офсетная лаборатория КГТУ 420015 г Казань, ул К Маркса, 68

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Перушкина, Елена Вячеславовна

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Сравнительный анализ методов очистки сточных вод, 8 содержащих восстановленные соединения серы

1.2 Биологическая очистка серусодержащих сточных вод

1.3 Состав активного ила. Сероокисляющие микроорганизмы в составе активного ила

1.4 Характеристика сероокисляющих микроорганизмов

1.4.1 Фотосинтезирующие серные бактерии

1.4.2 Бесцветные серные бактерии

1.4.2.1 Бесцветные серобактерии

1.4.2.2 Бесцветные сероокисляющие («тионовые») бактерии

1.4.3 Облигатно гетеротрофные бактерии, способные к окислению 34 восстановленных соединений серы

1.5 Биоокисление соединений серы. Повышение эффективности 36 микробного окисления серы

1.6 Постановка цели и задач исследования 44 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Исследование процесса очистки серусодержащих сточных вод иммобилизованной биомассой сероокисляющих микроорганизмов

2.2 Исследование процесса биообезвреживания концентрированных тиокольных сточных вод

2.3 Биодеградация низкомолекулярных компонентов полисульфидного каучука - тиокола

2.4 Биорегенерация поверхности активного ила, адсорбировавшей низкомолекулярный тиокол

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИООБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА СЕРУСОДЕРЖАЩЕГО КАУЧУКА - ТИОКОЛА ОАО «КАЗАНСКИЙ ЗАВОД СИНТЕТИЧЕСКОГО КАУЧУКА»

4 ВЫДЕЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР СЕРООКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ

4.1 Характеристика сероокисляющих микробных культур, выделенных из почвы

4.2 Характеристика сероокисляющих микроорганизмов, выделенных из активного ила

4.3 Исследование условий роста и развития ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов

4.4 Микробиологические характеристики ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов

4.5 Молекулярно-генетические характеристики исследуемых ассоциаций

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИООБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СЕРУСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ

5.1 Культивирование ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов на серусодержащей сточной воде

5.2 Иммобилизация ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов на поверхности зернистых материалов

6 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СЕРУСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

6.1 Периодическое культивирование ассоциации сероокисляющих микроорганизмов на концентрированных сточных водах производства полисульфидных каучуков

6.2 Биофильтрация тиокольных сточных вод в реакторе с плотным слоем загрузки

6.3 Оценка предотвращенного экономического ущерба и платежей за загрязнение окружающей природной среды в результате эффективной локальной биоочистки тиокольных сточных вод

7 БИОРЕГЕНЕРАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ АКТИВНОГО ИЛА, АДСОРБИРОВАВШЕГО НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТИОКОЛ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

7.1 Биодеградация низкомолекулярных компонентов полисульфидного каучука (тиокола)

7.2 Биорегенерация поверхности активного ила, адсорбировавшего низкомолекулярный тиокол из сточных вод

7.3 Биорегенерация поверхности активного ила в условиях промышленных аэротенков

7.4 Оценка предотвращенного экономического ущерба и платежей за загрязнение окружающей природной среды в результате проведения биологической регенерации поверхности активного

8 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БИООБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СЕРУСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД 115 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120 ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмов"

В последние десятилетия развития химической промышленности проблема биодеградации токсичных серусодержащих соединений приобрела особую актуальность вследствие нарушения баланса природного цикла серы. Вносимые в окружающую среду соединения восстановленной серы, в частности, сераорганические соединения нефти и полисульфидные каучуки являются токсичными и чрезвычайно устойчивыми в среде, что представляет опасность для человека и животных.

Присутствие в составе сточных вод восстановленных соединений серы, таких как сульфид, имеет много неблагоприятных последствий. Это и коррозионное воздействие на сталь и бетон, и высокая химическая потребность в кислороде (ХПК), приводящая к кислородному обеднению принимающего водного бассейна после сброса в него сточных вод, включая загрязнение окружающей среды и/или высокие налоги за загрязнения окружающей среды, и токсичные воздействия на человека и животных, а также сильный неприятный запах.

Для предотвращения химического загрязнения окружающей среды наиболее эффективным и экологически безопасным является процесс биообезвреживания сточных вод химических производств, повышение эффективности которого основано на увеличение окислительной активности биологических агентов (активного ила и биопленки), функционирующих при очистке серусодержащих сточных вод. Известно, что сероокисляющие микроорганизмы занимают важное место в биоценозах очистных сооружений, принимая участие в окислении особо токсичных примесей: сероводорода, сульфидов и соединений серы промежуточных степеней окисления до сульфатов. Таким образом, интенсификация биоочистки серусодержащих стоков связана, прежде всего, с повышением концентрации и биологической активности специализированных микроорганизмов.

Настоящая работа посвящена исследованию процессов биоокисления восстановленных соединений серы с использованием ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов и разработке приемов повышения эффективности биообезвреживания серусодержащих сточных вод на биологических очистных сооружениях.

Диссертационная работа выполнена в соответствие с планом проблемной научно-исследовательской лаборатории Казанского государственного технологического университета по научному направлению «Разработка основ биотехнологических процессов, создание интенсивных технологий и их аппаратурное обеспечение» (2006 г.), а также в рамках научно-исследовательских работ участка биологической очистки сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (2005 — 2008 г.г.).

Автор выражает благодарность д.т.п., профессору, зав. кафедрой промышленной биотехнологии КГТУ Сироткину Александру Семеновичу и к.т.н., doifewny Шагинуровой Гузель Ибрагимовне за руководство и внимание к работе; д.б.н., зав. лаб. физиологии микроорганизмов, зам. директора Института биохимии и физиологии лшкроорганизмов им. Г.К.Скрябина РАН Вайнштейну Михаилу Борисовичу и к.б.н., с.н.с., руководителю секции бактерий Всероссийской коллекции микроорганизмов Акимову Владимиру Николаевичу за консультации и помощь в проведении микробиологических и молекулярно-генетических исследований микроорганизмов, а также к.т.н., доценту каф. химической кибернетики КГТУ Ипполитову Константину Геннадьевичу за консультации в техническом обеспечении работы.

ВВЕДЕНИЕ

Для предотвращения химического загрязнения окружающей среды наиболее эффективным и экологически безопасным является процесс биообезвреживания сточных вод химических производств, повышение эффективности которого основано на увеличение окислительной активности биологических агентов (активного ила и биопленки), функционирующих при очистке серусодержащих сточных вод. Известно, что сероокисляющие микроорганизмы занимают важное место в биоценозах очистных сооружений, принимая участие в окислении особо токсичных примесей: сероводорода, сульфидов и соединений серы промежуточных степеней окисления до сульфатов. Таким образом, интенсификация биоочистки серусодержащих стоков связана, прежде всего, с повышением концентрации и биологической активности специализированных микроорганизмов.

Диссертационная работа выполнена в соответствие с планом проблемной научно-исследовательской лаборатории Казанского государственного технологического университета по научному направлению «Разработка основ биотехнологических процессов, создание интенсивных технологий и их аппаратурное обеспечение» (2006 г.), а также в рамках научно-исследовательских работ участка биологической очистки сточных вод ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (2005 - 2008 г.г.).

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору, зав. кафедрой промышленной биотехнологии КГТУ Сироткину Александру Семеновичу и к.т.н., доценту Шагинуровой Гузелъ Ибрагимовне за руководство и внимание к работе; д.б.н., зав. лаб. физиологии микроорганизмов, зам. директора Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина РАН Вайнштейну Михаилу Борисовичу и к.б.н., с.н.с., руководителю секции бактерий Всероссийской коллекции микроорганизмов Акимову Владимиру Николаевичу за консультации и помощь в проведении микробиологических и молекулярно-генетических исследований микроорганизмов, а также к.т.н., доценту каф. химической кибернетики КГТУ Ипполитову Константину Геннадьевичу за консультации в техническом обеспечении работы.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Перушкина, Елена Вячеславовна

Основные результаты исследований диссертационной работы обладают научной новизной. Впервые в процессе биоокисления неорганических и органических восстановленных соединений серы тиокольных сточных вод выделены ассоциации сероокисляющих микроорганизмов, в составе которых в качестве одного из доминантных впервые идентифицирован штамм Achromobacter sp. S31. Изучен механизм биологической деградации низкомолекулярного тиокола, являющегося ненормируемой примесью сточных вод, и предложен оригинальный способ оценки степени биорегенерации поверхности активного ила, адсорбировавшего компоненты этого полимера из сточных вод.

Результаты представленных научных исследований имеют практическую значимость. Предложенный способ биорегенерации поверхности активного ила, адсорбировавшего низкомолекулярный тиокол из сточных вод, апробирован на БОС ОАО «Казанский завод синтетического каучука». Предотвращенный экономический ущерб окружающей среде в результате промышленного использования метода биорегенерации активного ила составил более 670 тыс. руб/год.

Научно-исследовательская работа отмечена дипломом 1 степени Конкурса Республики Татарстан научных работ студентов и аспирантов на соискание премии им. Н.И. Лобачевского.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение эффективности процессов биообезвреживания серусодержащих сточных вод может быть достигнуто внедрением на БОС технологических приемов с использованием ассоциаций сероокисляющих микроорганизмов, исследованию которых была посвящена настоящая диссертационная работа. Применение двухстадийной схемы для биологической очистки промышленных сточных вод, по мнению автора, является весьма перспективным и позволит повысить пропускную способность и окислительную мощность БОС.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Перушкина, Елена Вячеславовна, Казань

1. Терентьев, В.И. Биотехнология очистки воды / В.И. Терентьев, Н.М. Павловец. В 2-х частях. 4.1. Спб.: Изд-во Гуманистика, 2003. - 272 с.

2. Sublette, K.L. Technological aspects of the microbial treatment of sulfide-rich wastewaters: a case study / K.L. Sublette, R. Kolhatkar, K. Raterman // Biodegradation. 1998. - Vol. 9. - № (3-4). - P. 259-271.

3. Стромберг, А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко.- М.: Высшая школа, 1999. 528 с.

4. Окислительная конверсия сероводородсодержащих газов / А.В. Плечев и др. // Экология и промышленность России. 2000. - №6. - С. 18-20.

5. Линевич, С.Н. Комплексная обработка и рациональное использование сероводородсодержащих природных и сточных вод / С.Н. Линевич. М.: Высшая школа, 1987. - 254 с.

6. Проскуряков В.А. Очистка сточных вод в химической промышленности /В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. Л.: Химия, 1977. - 464 с.

7. Справочник нефтепереработчика / под ред. Г.А. Ластовкина и др.. -Л.: Химия, 1986.-649 с.

8. Глинка, Н.Л. Общая химия / Н.Л. Глинка. Л.: Химия, 1985. - 702 с.

9. Водоотводящие системы промышленных предприятий / С.В. Яковлев и др.. М.: Стройиздат, 1990. - 511 с.

10. Гавриков, М.А. Очистка сточных вод от изопропанола и сульфидов / М.А. Гавриков // Химическая промышленность. 1976. - №2. - С. 29-30.

11. Золотова, Е.Ф. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода / Е.Ф. Золотова, Г.Ю. Асс. М.: Стройиздат, 1975. - 176 с.

12. Клячко, В.А. Очистка природных вод / В.А. Клячко, И.Э. Апельцин.- М.: Стройиздат, 1971. 580 с.

13. Кульский, Л.А. Технология очистки природных вод / Л.А. Кульский, П.П. Строкач. Киев: Высшая школа, 1981. - 328 с.

14. Введение в экологическую химию / Ю.И. Скурлатов и др.. М.: Недра, 1994.-400 с.

15. Павлов, Н.Н. Теоретические основы общей химии / Н.Н. Павлов. -М.: Высшая школа, 1978. 304 с.

16. Пероксид водорода Электронный ресурс. Режим доступа: http: // www.h2o2.com, свободный

17. Алферова, Л.А. Химическая очистка сточных вод в производстве сульфатной целлюлозы / Л.А. Алферова, А.А. Алексеев. М.: Лесная промышленность, 1968. - 105 с.

18. Изучение метода очистки отработанных зольных жидкостей кожевенных заводов от сульфида путем их окисления воздухом с применением марганца в качестве катализатора / N. Berg et al. // Amer. Leather Assoc. 1967. - Vol. 62. - N 10. - P. 684 - 693.

19. Ласков, Ю.М. Очистка сточных вод кожевенных и меховых предприятий / Ю.М. Ласков, Т.Г. Федоровская, Г.Н. Жмаков. М.: Легкая и пищевая промышленности, 1984. - С. 70 - 77.

20. Пат. РФ, МПК C02F1/74. Способ очистки сточных вод от сульфидов / Р.Ф. Витковская и др.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна. № 95117347/25; заявл. 12.10.95, опубл. 20.12.97.

21. Абросимов, А.А. Экология переработки углеводородных систем /

22. A.А. Абросимов. М.: Химия, 2002. - 608 с.

23. Локальная окислительно каталитическая очистка сточных вод / А.Г. Ахмадуллина и др. // Химия и технология топлив и масел. 1988. - N 3. - С. 42-44.

24. Экология и новые технологии очистки сероводородсодержащих газов / Исмагилов Ф.Р. и др.. Уфа: Изд-во «Экология», 2000. - 214 с.

25. Утилизация сероводорода в нефтегазовой промышленности / P.P. Сафин и др. // Экология и промышленность России. 2000. - №3. - С. 37-40.

26. Доливо-Добровольский, Л.Б. Химия и микробиология воды / Л.Б. Доливо-Добровольский, Л.А. Кульский, В.Ф. Накорчевская. Киев: «Вища школа», 1971. - 306 с.

27. Максимов, В.Ф. Очистка и рекуперация промышленных выбросов /

28. B.Ф. Максимов, И.В. Вольф, Т.А. Винокурова: Учебник для вузов.- М.: Лесная промышленность, 1989. 416 с.

29. Голубовская, Э.К. Биологические основы очистки сточной воды / Э.К. Голубовская. М.: Высшая школа, 1978. - 268 с.

30. Бейли, Дж. Основы биохимической инженерии / Дж. Бейли, Д. Оллис; пер. с англ.: в двух частях. Ч. 2.- М.: Мир, 1989. 590 с.

31. Ковалева, Н.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности / Н.Г. Ковалева, В.Г. Ковалев М.: Химия, 1987.- 160 с.

32. Пат. РФ, МПК C02F9/14. Способ локальной очистки сернисто-щелочных стоков / В.И. Барко и др.; заявитель и патентообладатель В.И. Барко, А.В. Бухтаяров. № 2004119177/15; заявл. 24.06.2004. опубл. 10.12.2005.

33. Лебедева, М.П. Биохимическая очистка общего стока производства тиокола / М.П. Лебедева, Л.И. Столярова // Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. М.: Издательство Водгео, 1962.-С. 145-153.

34. Виноградский, С.Н. Серобактерии. Нитрификация / С.Н. Виноградский // Микробиология почвы. Проблемы и методы. М.: Изд-во АН СССР, 1952. - С. 25-60, 145-321.

35. Плешаков, В.Д. Удаление сероводорода из артезианских вод / В.Д. Плешаков. М.: Издательство МКХ РСФСР, 1956. - 153 с.

36. Калабина, М.М. Биологическая очистка грунтовых вод от сероводорода / М.М. Калабина, М.П. Лебедева, Л.И. Столярова // Очистка промышленных сточных вод. -М.: Издательство Водгео, 1960. С. 96-103.

37. Чурбанова, Н.И. Микробиология / Н.И. Чурбанова. М.: Высшая школа, 1987. - 356 с.

38. Современная микробиология. Прокариоты / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. В 2-х томах. Т.1. - М.: Мир, 2005. — 656 с.

39. Очистка сбросных и минеральных вод бальнеолечебниц от сероводорода биохимическим методом / Г.Ю. Асс и др.. // Химия и технология воды. 1983. - Т.5. - №1. - С. 74-78

40. Калюжный, С.В. Безреагентная биокаталитическая очистка сероводородсодержащих газов / С.В. Калюжный, В.В. Федорович // Экология и промышленность России. 2000. - №2. - С. 33-36.

41. Экологический мониторинг водного бассейна. Оценка вклада технологических установок в загрязнение сточных вод / А.А. Абросимов и др.. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1999. - №10. - С. 49-53.

42. Пат. РФ, МПК C02F3/30. Способ переработки воды, содержащей соединения серы (варианты) / С.Я.Н. Бейсман; заявитель и патентообладатель Б.В. Паквес (NL). NL № 91/00059; заявл. 11.04.91; опубл. 20.05.97.

43. Reemtsma, Т. Removal of sulfur-organic polar micropollutants in a membrane bioreactor treating industrial wastewater / T. Reemtsma et al. // Environmental science and technology. 2002. - Vol. 36. - №5. - P. 1102-1106.

44. Жмур H.C. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. — М.: Акварос, 2003. 512 с.

45. Pike, E.B. Ecological aspects of used-water treatment / E.B Pike, C.R. Curds, H.A. Hawkes. London: Academic Press, 1975. - №1. - P.l.

46. Экологическая биотехнология / под ред. К.Ф. Фостера, Д.А. Дж. Вейза. JI: Химия, 1987. - 384 с.

47. Черняева, A.M. Защита водоемов от загрязнения малыми объектами / A.M. Черняева. Екатеринбург, 1994. - 243 с.

48. Оборудование и технология очистки сточных вод, примеры расчета на ЭВМ / В.Н. Филиппов и др.. Уфа: УГНТУ, 2003. - 300 с.

49. Dias, F.F. Microbial ecology of activated sludge. I. Dominant bacteria / F.F. Dias, J.V. Bhat // Applied microbiology. 1964. - Vol. 12. - №. 5. - P. 412-417.

50. Сорокин, Д.Ю. Окисление соединений серы гетеротрофными микроорганизмами / Д.Ю. Сорокин // Известия АН СССР. Сер. биол. 1991.-№4.-С. 558-570.

51. Вайнштейн, М.Б. Тионовые бактерии, их роль в круговороте серы в озерах: автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. биол. наук / М.Б. Вайнштейн. М.: Изд-во МГУ, 1956. - 25 с.

52. Горленко, В.М. Окисление тиосульфата Amoebobacter roseus в темноте в микроаэрофильных условиях // Микробиология. 1974. - Т.43, №5.-С. 908-914.

53. Кондратьева, Е.Н. Способность фототрофных бактерий к хемоавтотрофии // Хемосинтез: К 100-летию открытия С.Н. Виноградским / под ред. М.В. Иванова. М.: Наука, 1989. - С. 140.

54. Веденина, И.Я. Синтез АТФ при окислении тиосульфата в тетратионат гетеротрофными бактериями / И.Я. Веденина, Д.Ю. Сорокин // Микробиология. 1992. - Т.61, вып.5. - С. 764.

55. Mason, J. Thiosulfate oxidation by obligately heterotrophic bacteria / J. Mason, D.P. Kelly // Microbial. Ecol. 1988. - Vol. 15. - P. 123-144.

56. Головачева, P.C. Sulfurococcus mirabilis gen.nov.sp.nov. новая термофильная окисляющая серу архебактерия / P.C. Головачева, К.М. Вальехо-Роман, А.В. Троицкий // Микробилогия. - 1987. - Т.56. - С. 95-99.

57. Friedrich, С. Oxidation of thiosulphate by Paracoccus denitrijicance and other hydrogen bacteria / C. Friedrich, G. Mitrenga // FEMS Microbiol. Lett. — 1981.-Vol. 10.-P. 209.

58. Микробиология: лабораторный практикум / H. Б. Градова и др.. — Рязань.: РХТУ им. Менделеева, 2001. 243 с.

59. Blackbeard, J.R. Ecological aspects of used-water treatment / J.R. Blackbeard., G.A. Ekama, G.V.R. Marais // Wat. Pollut. Contr. Fed. 1986. - Vol. 85.-P.95.

60. Стир, Э. Пособие специалиста по очистке стоков / Э. Стир, М. Фишер. Варшава, 2002. - 200 с.

61. Атлас. Фауна аэротенков / под ред. JI.A. Кутиковой. Д.: Наука, 1984.-264 с.

62. Карюхина, Т.А. Химия воды и микробиология / Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова. М.: Стройиздат, 1983. - 328 с.

63. Сафаров, А.Х. Биодеструкция сераорганических компонентов нефти с применением биопрепарата на основе микромицета: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / АХ. Сафаров. Уфа: УГНТУ, 2004. - 112 с.

64. Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева.- М.: Агропромиздат, 1987.- 239 с.

65. Горленко, В.М. Пурпурные и зеленые бактерии и их роль в круговороте углерода и серы: автореф. дисс. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук / В.М. Горленко. М., 1981.-51 с.

66. Кузнецов, С.И. Методы изучения водных микроорганизмов / С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. М.: Наука, 1989. - 288 с.

67. Дубинина, Г.А, Бесцветные серобактерии // Хемосинтез: К 100-летию открытия С.Н. Виноградским / под ред. М.В. Иванова. М.: Наука, 1989.-С. 76-90.

68. Чеканова, Ю.А. Цитохимическая локализация перекиси водорода и супероксидного радикала в клетках бесцветных серобактерий / Ю.А. Чеканова, Г.А. Дубинина // Микробиология. 1990. - Т.59, вып.5. - С. 857-861.

69. Spirillum winogradskii sp.nov. и Spirillum, kriegii sp.nov. новые виды бесцветных серобактерий / Д.А. Подкопаева и др. // Микробиология. 2005. - Т.74. - №1. - С. 17-25.

70. Грабович, М.Ю. Биоразнообразие бесцветных серобактерий: таксономия, метаболизм и его регуляция: автореф. дис. на соиск. учен. степ, докт. биол. наук / М.Ю. Грабович. Саратов, 2005. - 45 с.

71. Дульцева, Н.М. Выделение морских нитчатых серобактерий и описание нового вида Leucothrix tluophila sp. nov. / Н.М. Дульцева, Г.А. Дубинина, A.M. Лысенко // Микробиология. 1996. - Т.65. - №1. - С. 89-98.

72. Грабович, М.Ю. Сравнительная характеристика углеродного и серного метаболизма у представителей двух кластеров бактерий Leucothrix / М.Ю. Грабович, Н.М. Дульцева, Г.А. Дубинина // Микробиология. 2002. -Т.71. - №3. - С. 301-307.

73. Lithotrophic growth and electron chain components of the filamentous glinding bacterium Leucothrix mucor DSM 2157 during oxidation of sulfur compounds / M.Ju. Grabovich et al. // FEMS Microbiol. Lett. 1999. - Vol.178. -P. 155-161.

74. Каравайко, Г.И. Литотрофные микроорганизмы окислительных циклов серы и железа / Г.И. Каравайко, Г.А. Дубинина, Т.Ф. Кондратьева // Микробиология. 2006. - Т.75. - №5. - С. 593-629.

75. Грабович, М.Ю. Изучение систематики, физиологии и особенностей серного метаболизма бесцветных серобактерий: автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. биол. наук / М.Ю. Грабович. М., 1984. - 21 с.

76. Nitrogen, carbon and sulfur metabolism in natural Thioploca sample / S. Otte et al. // Appl. Environ. Microbiol. 1999. - Vol.65. - P. 3148-3157.

77. Ecophysiological evidence that Achromaitium oxaliferum is responed for the oxidation of reduced sulfur species to sulfate in a freshwater sediments / N.D. Gray et al. // Appl. Environ. Microbiol. 1997. - Vol.63. - P. 1905-1910.

78. Миксотрофный и гетеротрофный рост пресноводного штамма серобактерий Beggiatoa leptomitiformis Д402 / М.Ю. Грабович и др. // Микробиология. 1998. - Т.67. - №4. - С. 464-470.

79. Lithoautotrophic growth of the freshwater strain Beggiatoa D402 and energy conservation in a homogeneous culture under microoxic conditions / M.Ju. Grabovich et al. // FEMS Microbiol. Lett. 2001. - Vol.204. - P. 341-345.

80. Nelson, D.C. Physiology and biochemistry of filamentous bacteria / D.C. Nelson // Autotrophic bacteria / eds. H.G. Schlegel, B. Bowien. Berlin: Springer, 1989.-P. 1817-1827.

81. Hagen, K.D. Use of reduced sulfur compounds by Beggiatoa spp.: enzymology and physiology of marine and freshwater strain in homogeneous and gradient cultures / K.D. Hagen, D.C. Nelson // Appl. Environ. Microbiol. 1997. -Vol.63.-P. 3957-3964.

82. Unz, R.F. Substrate utilization by filamentous sulfur bacteria of activated sludge / R.F. Unz, T.M. Williams // Recent Advances in Microbial Ecology., Proc. 5th Int. Symp. Microbial Ecol. Tokyo: Japan Soc. Press, 1989. - P. 412-416.

83. Одинцова, E.B. Новая бесцветная нитчатая серобактерия Thiothrix ramosa sp. nov. / E.B. Одинцова, Г.А. Дубинина // Микробиология. 1991. -T.59. - №4. - С. 437-445.

84. Одинцова, E.B. Роль восстановленных серных соединений в метаболизме Thiothrix ramosa / E.B. Одинцова, Г.А. Дубинина // Микробиология. 1993. - Т.62. - №2. - С. 213-222.

85. Odintsova, E.V. Chemolithoautotrophic growth of Thiothrix ramose / E.V. Odintsova, A.P. Wood, D.P. Kelly // Arch. Microbiol. 1993. - Vol. 160. - P. 152-157.

86. Unz, R.F. Genus Thiothrix Winogradsky 1882 / R.F. Unz, I.M. Head // Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2nd ed. / eds. D.J. Brenner, N.R. Krieg, J.T. Staley. New York: Springer, 2005. - Vol.2. - Part C. - P. 131-142.

87. Пересмотр таксономического положения серных спирилл рода Thiospira и описание нового вида Aquaspirillium bipunctata comb. nov. / Г.А. Дубинина и др. //Микробиология. 1993. - Т.62. - № 6. - С. 1101-1112.

88. Taxonomic relationships of Thiobacillus halophihis, Thiobacillus aquaesulis, and other species of Thiobacillus, as determined using 16S rRNA sequencing / I.R. McDonald et al. //Arch. Microbiol. 1997. - Vol. 166. - P. 394398.

89. Parker, C.D. Genus V. Thiobacillus Beijerinck 1904 // Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 7th end. / eds. R.S. Breed, G.E. Murray, P.H. Smith. Baltimore: Williams and Wilkins, 1957. - P. 83-88.

90. Каравайко, Г.И. Ацидофильные хемолитотрофные микроорганизмы / Г.И. Каравайко, Т.Ф. Кондратьева // Экология микроорганизмов: Материалы международной конференции к 150-летию С.Н. Виноградского. -М.: МАКС Пресс, 2006. С. 96-99.

91. Huber, H. Thiobacillus cuprinus sp. nov., a novel facultatively organotrophic metal-mobilizing bacterium / H. Huber, K.O. Stetter // Appl. Envron. Microbiol. 1990. - Vol. 56. - P. 315-322.

92. London, J. Thiobacillus perometabolis nov. sp., a nonautotrophic Thiobacillus / J. London, S.C. Rittenberg // Arch. Miklobiol. 1967. - Vol. 59. - P. 218-225.

93. Moreira, D. Phylogeny of Thiobacillus cuprinus and other mixotrophic thiobacilli: proposal for Thiomonas gen. nov. / D. Moreira, R. Amils // Int. Journal of Systematic Bacteriology. 1997. - Vol. 47. - No. 2. - P. 522-528.

94. London, J. Thiobacillus intermedius nov. sp. a novel type of facultative autotroph / J. London // Arch. Miklobiol. 1963. - Vol. 46. - P. 329-337.

95. Gommers, P.J.F. Thiobacillus strain Q, a chemolithoheterotrophic sulphur bacterium / P.J.F. Gommers, J.G. Kuenen // Arch. Microbiol. 1988. -Vol. 150.-P. 117-125

96. Гусев, M.B. Микробиология / M.B. Гусев, JI.A Минеева. M.: МГУ, 1992.-376 с.

97. Biology of Pseudomonas stutzeri / J. Lalucat et al. // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2006. - Vol. 70. - P. 510-547.

98. Trudinger, P.A. Metabolism of thiosulfate and tetrathionate by heterotrophic bacteria from soil / P.A. Trudinger // Journal of Bacterilogyi 1967. -Vol. 93.-P. 550-559.

99. Ventosa, A. Biology of moderately halophilic aerobic bacteria / A. Ventosa, J.J. Nieto, A. Oren // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1998. - Vol. 62. - P. 504-544.

100. Сорокин, Д.Ю. Окисление серных соединений облигатно органотрофными бактериями / Д.Ю. Сорокин // Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского . Вып.ХИ : Юбилейный сборник к 70-летию Института. — М.: Наука, 2004. 423 с.

101. Podgorsek, L. Tetrathionate production by sulfur-oxidizing enzyme from marine heterotroph / L. Podgorsek, J.F. Imhoff // Aquatic Microbial. Ecol. -1999.-Vol.17.-P. 255-263.

102. Diversity of thiosulfate-oxidizing bacteria from marine sediments and hydrothermal vents / A. Teske et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2000. - Vol. 66.-P. 3125-3133.

103. Fendrich, C. Halovibrio variabilis gen. nov. sp. nov., Pseudomonas halophila sp. nov. and a new halophilic aerobic coccoid eubacterium from Great Salt Lake, Utah, USA / C. Fendrich // Syst. Appl. Microbiol. 1988. - Vol. 11. - P. 36-43.

104. Сорокин, Д.Ю. Sulfitobacter pontiacus gen. nov., sp. nov. новая гетеротрофная бактерия из Черного моря, специализированная на окислении сульфита / Д.Ю. Сорокин // Микробиология. - 1995. - Т. 64. - С. 354-365.

105. Rhoseonatronobacter thiooxidans gen. nov., sp. nov., новая алкалофильная бактериохлорофилл а-содержащая бактерия из содового озера / Д.Ю. Сорокин и др. // Микробиология. 2000. - Т. 69. - №1. - С. 89-97.

106. Oxidation of thiosulfate by a new bacterium, Bosea thiooxidans (strain BI-42) gen. nov.: analysis of phylogeny based on chemotaxonomy and 16S ribosomal DNA sequencing / S.K. Das et al. II Int. J. Syst. Bacteriol. 1996. -Vol. 46.-P. 981-987.

107. Springs, S. Limnobacter thiooxidans gen. nov., sp. nov., a novel thiosulfate-oxidizing bacterium isolated from freshwater lake sediment / S. Springs, P. Kampfer, K.H. Schleifer // Int. J. Syst. Evolution. Microbiol. 2001. -Vol. 51.-P. 1463-1470.

108. Moreira, C. Tepidimonas ignava gen. nov., sp. nov., a new chemolithoheterotrophic and slightly thermophilic member of the beta-Proteobacteria / C. Moreira, F.A. Rainey, M.F. Nobre // Int. J. Syst. Evolution. Microbiol. 2000. - Vol. 50. - P. 735-742.

109. Пиневич, П.А. Микробиология. Биология прокариотов / П.А. Пиневич. Спб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. - В 3 т. Том 2-331 с.

110. Метаболизм микроорганизмов: учебн. пособие / под ред. Н.С. Егорова. М.: МГУ, 1986. - 256 с.

111. Волков, И.И. Геохимия серы в осадках океана / И.И. Волков. — М.: Наука, 1984.-272 с.

112. Сорокин, Д.Ю. Влияние тиосульфата на рост сульфатобразующих гетеротрофных бактерий из Черного моря в условиях проточной культуры / Д.Ю. Сорокин // Микробиология. 1994. - Т.63. - Вып. 3. - С. 457-465.

113. Балашова, В.В. Использование молекулярной серы в качестве окислителя Нг факультативно анаэробным псевдомонасом /В.В. Балашова// Микробиология. 1985. - Т. 54. - С. 324-326.

114. Дубинина, Г.А. Окисление соединений серы гетеротрофными бактериями / Г.А. Дубинина, М.Ю. Грабович // Круговорот веществ иэнергии в водоемах: Гидрохимия и донные отложения. Иркутск, 1981. -Вып.5. — С.43.

115. Szeto, S.Y. Ibidemestry. / S.Y. Szeto //Ibidemestry. 1984. - Vol. 32. -P. 618-622.

116. Леонтьева, C.B. Повышение экологической безопасности акриловых производств путём очистки сточных вод биологическим способом: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / С.В. Леонтьева. — Уфа, 2006.- 156 с.

117. Киреева, Н.А. Способы ускорения биологического разрушения нефтяных углеводородов в почве / Н.А. Киреева // Тез. докл. науч. конф. «Университеты России». Уфа, 1995. - С. 61-62.

118. Ягафарова, Г.Г. Микроорганизмы и окружающая среда / Г.Г. Ягафарова, А.Х Сафаров. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - 206 с.

119. Юрченко, В. А. Влияние процессов иммобилизации микробиоценоза на хемосинтез в системах водоотведения / В.А.Юрченко // Химия и технология воды.- 2002. Т. 24. - №2. - С. 191-197.

120. Иммобилизованные клетки микроорганизмов / А.П.Синицын и др.. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. - 288 с.

121. Живаева, А.Б, Оценка перспектив использования цеолитов в процессах бактериального выщелачивания / А.Б. Живаева, Т.В. Башлыкова, А.Н. Хатькова. М.: Центр - Эстагео, 2001. - 295 с.

122. Герхардт, Ф. Методы общей бактериологии / Ф. Герхардт. М.: Мир, 1983.-347 с.

123. Кузнецов, С.И. Микробиологическое изучение внутренних водоемов: лабораторное руководство / С.И. Кузнецов, В.И. Романенко. М., Издательство Академии наук СССР, 1963. - 129 с.

124. Грабович, М.Ю. Литоавтотрофный рост пресноводных нитчатых серобактерий Beggiatoa leptomitiformis штамм Д — 402 / М.Ю. Грабович, Ю.В. Патрицкая, Г.А. Дубинина // Вестник ВГУ. 2000. - 103 с.

125. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. -М.: Химия, 1984. 448 с.

126. Микробиология: практикум: учеб. пособие для студентов вузов / А.И. Нетрусов и др.. М.: Академия, 2005. - 608 с.

127. Ciesielski, W. Iodimetric determination of tetrathionate and simultaneous determination of thiosulfate and tetrathionate / W. Ciesielski, U. Zlobinska, A Krenc // Chem. Anal. 2001. - Vol. 46. - № 3. p. 397.

128. Bradford, M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M.M. Bradford // Anal. Biochem. 1976. - V.72. - №3. - P. 248-254.

129. Галицкая, П.Ю. Микробный контактный тест на основе Bacillus pumilus для оценки токсичности загрязненных почв и отходов: авт. дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук / П.Ю. Галицкая. Казань: ООО «Печатный двор», 2006. - 24 с.

130. Справочник биохимика / Р. Досон и др.. -М.: Мир, 1991. 514 с.

131. Практикум по микробиологии / под ред. Н.С. Егорова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. - 307с.

132. Пименова, М.Н. Руководство к практическим занятиям по микробиологии / М.Н. Пименова, Н.Н. Гречушкина, Л.Г. Азова. М.: Издательство Московского университета, 1971. — 222 с.

133. Анализ генома. Методы: Пер. с англ./ под ред. К. Дейвиса. М.: Мир, 1990.-246 с.

134. Остерман, Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие) / Л.А. Остерман. -М.: Наука, 1981.-288 с.

135. Клаг, У.С. Мир биологии и медицины. Основы генетики / У.С. Клаг, М.Р. Каммингс. М.: Техносфера, 2007. - 896 с.

136. Башкатов, Т.В. Технология синтетических каучуков: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. / Т.В. Башкатов, Я.Л. Жигалин. Л.: Химия, 1987.-360 с.

137. Процесс очистки производственных и хозфекальных сточных вод: технологический регламент / ОАО Казанский завод СК. Казань, 2002. - 130 с.

138. Павлова, Т.П. Снижение содержания загрязняющих веществ в сточных водах полисульфидных каучуков окислительными методами : авт. дис. на соиск. учён. степ. канд. техн. наук / Т.П. Павлова. — Казань: КГТУ, 2006. 20 с.

139. Starkey, R.L. The production of polythionates from thiosulfate by microorganisms / R.L. Starkey // Journal Series paper of New Jersey Agricultural Exsperiment Station, Department of Soil Microbiology. 1934. - P. 387-399.

140. Иванов, B.H. Стехиометрия и энергетика микробиологических процессов / B.H. Иванов, Е.В. Стабникова. Киев: Наук.думка, 1987. - 152 с.

141. Robertson, L.A. The colorless sulfur bacteria / L.A. Robertson, J.G. Kuenen // The Prokaryotes. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 1992. - P. 385-413.

142. Определитель бактерий Берджи. В 2-х томах. Т.2: Пер. с англ. / под ред. Дж. Хоулта и др.. М.: Мир, 1997. - 368 с.

143. Tuttle, J.H. Organic carbon utilization by resting cells of thiosulfate-oxidizing marine heterotrophs / J.H. Tuttle // Appl. Environ. Microbiol. 1980. -Vol. 40.-P. 516-521.

144. Sorokin, D.Yu. Sulfur cycling in Catenococcus thiocyclus / D.Yu. Sorokin, L.A. Robertson, J.G. Kuenen // FEMS Microbiol. Ecol. 1996. - Vol. 19. -P. 117-125.

145. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology / ed. G.M. Garrity. -Springer, 2005. P. 647-652.

146. The prolcaryotes // ed. M. Dworkin 3 ed. Vol. 5. Springer, 2006. - P. 675-689.

147. Moriarty, D.J.W. Products of sulphide oxidation in extracts of Thiobacillus concretivorus / D.J.W., Moriarty, D.J.D., Nicholas // Biochim. Biophys. Acta. 1970. - Vol. 197. - P. 143-151.

148. Characteristics of H2S oxidizing bacteria inhabiting a peat biofllter / A. Wada et al. // J. Ferment. Technol. 1986. - Vol. 64. - P. 161-167.

149. Sublette, K.L. Oxidation of hydrogen sulfide by continuous cultures of Thiobacillus denitrificans / K.L. Sublette, N.D. Sylvester // Biotechnol. Bioeng. — 1987.-Vol. 29.-P. 753-758.

150. Cho, K.S. Degradation of hydrogen sulfide by Xanthomonas sp. strain DY44 isolated from peat / K.S. Cho, M. Hirai, M. Shoda // Appl. Environ. Microbial.-1992.-Vol. 58.-P. 1183-1189.

151. Chung, Y.C. Microbial oxidation of hydrogen sulfide with biofllter / Y.C. Chung, C. Huangand, C.P. Tseng // J. Environ. Sci. Health. 1996. - Vol. 31. -P. 1263-1278.

152. Сироткин, A.C. Агрегация микроорганизмов: флоккулы, биопленки, микробные гранулы / А.С. Сироткин, Г.И. Шагинурова, К.Г. Ипполитов. Казань: КГТУ, 2006. - 176 с.

153. Tanji, Y. Removal of dimethyl sulfide, methyl mercaptan, and hydrogen sulfide by immobilized Thiobacillus thioparus TK-m / Y. Tanji, T. Kanagawa, E. Mikami // Journal of Fermentation and Bioengineering. 1989. -Vol. 67.-No. 4.-P. 280-285.

154. Bohn, H. Consider biofiltration for decontaminating gases / H. Bohn // Chem. Eng. Prog. 1992. - Vol. 88. - P. 35-40.

155. Removal of hydrogen sulfide by a biofllter with fibrous peat / N. Furusawa et al. // J. Ferment. Technol. 1984. - Vol. 62. - P. 589-594.

156. Chung, Y.-C. Operation optimization of Thiobacillus thioparus CH11 for hydrogen sulfide removal / Y.-C. Chung, C. Huang, C.-P. Tseng // Journal of Biotechnology. 1996. - Vol. 52. - P. 31-38.

157. Экономический ущерб и платежи за загрязнение окружающей среды: учебное пособие / под. ред Ю.И. Азимова, Е.А. Силкина. — Казань: Изд-во КФЭИ, 1998.- 128 с.

158. Казицына, JI.A. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии / JI. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. М.: Высш. Школа, 1971.-271 с.

159. Беллами, JI. Инфракрасные спектры сложных молекул / JI. Беллами. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. - 592 с.

160. Таубе, П.Р. Химия и микробиология воды / П.Р. Таубе, А.Г. Баранова. М.: Высш. шк., 1983. - 280 с.

Информация о работе

Перушкина, Елена Вячеславовна
кандидата технических наук
Казань, 2008
ВАК 03.00.23

Диссертация

Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования сероокисляющих микроорганизмов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы