Разработаны научные основы создания стойких систем микробной биодеградации углеводородов нефти в промышленных сточных водах при закреплении бактерий-деструкторов рода Pseudomonas на комплексных биологически-позитивных носителях, включаю-щих природные компоненты. В опытно-промышленных испытани-ях показана возможность получения в таких системах очищенной воды высокого качества, с исключением токсического и мутагенно-го эффектов.
Ключевые слова: углеводороды нефти, вода, иммобилизованные бактерии-деструкторы.
В настоящее время экологическая ситуация на Украине характе-ризуется высокой антропогенной нагрузкой на водные ресурсы. Нефть и нефтепродукты являются одним из приоритетных компонентов загрязне-ния, оказывают вредное влияние на биохимические, физиологические, ге-нетичес-кие процессы в организме биологических объектов. Этим обусло-влены требования к очистке промышленных локальных сбросов в приро-дные водоемы до 0,05 мг/л по нефтепродуктам.
Аккумулируясь в воде, нефть и нефтепродукты создают ситуации локального и регионального загрязнения . Получены данные, свидетельствующие о высоком генотоксическом потенциале нефтяного загрязнения в малых дозах .
Приоритетным направлением решения проблемы ликвидации нефтяного загрязнения в промышленных сточных водах является разра-ботка и внедрение биотехнологических методов, которые приближаются к природным системам и направлены на сбережение природных ресурсов.
Цель работы: разработка нового экологически чистого безотходного способа глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод с использовани-ем иммобилизованных бактерий-деструкторов и проверка основных науч-ных положений в опытно-промышленных испытаниях.
Материалы и методы
Объектом изучения являлись промышленные сточные воды, загряз-ненные нефтью и нефтепродуктами и бактерии – деструкторы углеводоро-дов нефти рода Pseudomonas.
При выполнении работы использовались микробиологические, био-технологические, санитарно-гигиенические, токсикологические, генетиче-ские, химические методы исследования.
Биотехнологические исследования проводились на модельных и опытно-промышленных установках двух типов: биореактор «Микос» и биофильтры с загрузкой. На микробиологическую обработку поступали сточные воды с содержанием нефтепродуктов не более 1 мг/л после пред-варительной обработки методом тонкослойного отстоя, а затем на сепара-торах. Разрабатывался композиционный состав загрузки биофильтров — матрицы для иммобилизации бактерий-деструкторов.
Опытно-промышленные испытания проводились в течение 1 года, на укрупненных очистных установках (биофильтрах с программным управлением – с установкой датчиков давления, температуры, уровня во-ды) на одном из приоритетных нефтесберегающих предприятий Причер-номорья.
Исследовались микробиоценозы загрязненной воды, поступающей на обработку, и после прохождения ступеней микробиологической очист-ки.
Исследования предусматривали контроль качества очищенных вод не только по приоритетному компоненту загрязнения, но и по биологиче-ской полноценности.
Результаты исследований
Новизна разработанного способа заключалась в использовании ак-тивных непатогенных штаммов бактерий-деструкторов рода Pseudomonas и их иммобилизации на комплексном носителе, включающем природные компоненты, в том числе кальцийсодержащие. Основные компоненты но-сителя: створки мидий, песок, активированный уголь, гравий, мраморная крошка.
Качественный и количественный состав носителя – матрицы для за-крепления бактерий, создавал буферность водной среды. Это обеспечива-ло благоприятные условия для поддержания жизнедеятельности и физио-логической активности бактерий, глубокого распада нефтепродуктов и проявления их полифункциональной очищающей способности в отноше-нии всего комплекса биорезистентных соединений. Иммобилизация бакте-рий на носителе определяла также их высокую устойчивость к изменению факторов окружающей среды (включая экстремальные ситуации, такие как сбросовые явления, резкие температурные колебания и др.). Кроме то-го, указанный носитель при загрузке биореактора проявлял высокую во-допропускную способность. Эти свойства носителя позволили его отнести к биологически позитивным.
Деструкция углеводородов нефти осуществлялась иммобилизован-ными бактериями-деструкторами (живыми клетками) при температуре 28–300С, периоде обработки воды от 2 до 4 часов. Поступающая вода в про-цессе очистки проходила через фильтрующий слой, создаваемый в био-фильтре при загрузке его носителем, на котором фиксировались бакте-рии-деструкторы в физиологически активном состоянии.
Стабильность деструктивного процесса обеспечивалась буферностью системы. Проявлению полифункциональной деструктивной активности бактерий способствовало использование минеральных и водорослевых добавок в микродозах.
Эксплуатация опытно-промышленных очистных установок на про-тяжении года подтвердила высокую экологичность применяемой биотех-нологии. Очищенная вода была прозрачной, без запаха. Содержание нефтепродуктов составляло от 0 до 0,02 мг/л (что соответствовало анали-тическому 0). Также в очищенной воде отмечалось снижение содержания сульфатов(SO4-2), аммонийного азота (NH4 +); Al+,3 Fe+3. Показатель ХПК снижался с 72,8-150,0 мг О2/л до 13,6-32,5 мг О2/л. Отмечалась коррекция рН до 7,2-7,7.
Доочищенная на биофильтрах вода не обладала токсической и по-тенциальной генотоксической активностью, не оказывала отрицательного биологического влияния на все звенья аквариумной экосистемы (в том чи-сле рыб, моллюсков, инфузорий, водорослей). Таким образом, вода, про-шедшая биологическую очистку на микробиологической ступени по типу природных механизмов, приобретала свойства, которые характеризовали ее биологическую полноценность и пригодность для сброса в природные водоемы или возврат для повторного использования.
В результате проведенных исследований получены новые данные о иммобилизованных бактериях-деструкторах, предназначенных для про-мышленного использования при водоподготовке. Микробиологический контроль показал, что в результате инокуляции загрузки бактерии-деструкторы становились резидентной микрофлорой не только в пуско-наладочном периоде, но и в период длительной эксплуатации очистных установок.
Также получены данные, важные в санитарно-гигиеническом аспек-те. Впервые показано, что микробиологический способ с использованием иммобилизованных клеток бактерий не только не приводил к увеличению общего микробного числа в очищенных водах, напротив, обеспечивал его снижение на несколько порядков.
По санитарно-гигиеническим показателям очищенная вода была от-несена к категории «чистых»: показатель ОМЧ соответствовал 103-104 кле-ток/мл, бактерии кишечной группы и плесневые грибы не обнаружива-лись, по сравнению с ОМЧ 106-107 клеток/мл в воде, прошедшей предо-чистку на сепараторах.
Таким образом, разработанный способ обеспечивал защиту от нефтяного загрязнения и необходимые санитарно-гигиенические показа-тели.
Полученные результаты подтвердили целесообразность и перспек-тивность использования штаммов бактерий-деструкторов рода Pseudo-manas, приводящих к глубокой деструкции органических загрязнений.
Преимущество разработанного способа, по сравнению с аналогами, в повышении степени очистки, упрощении технологического процесса, исключении вторичных отходов, подлежащих утилизации. Высокая адаптивная способность новой биотехнологии к реальным условиям производства делает перспективным использование ее в гибких технологических схемах в сочетании с другими методами обработки.
Список литературы
1.Мединец В.И., Иваница В.А. Проблема антропогенного загрязнения прибрежных вод северо-западной части Черного моря /Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья.-Одесса: Астро-принт, 1996.-С.41. 2.Кормак Д. Борьба с загрязнением моря нефтью и хи-мическими веществами.-М.: Транспорт, 1989.-324 с.
3.Тульчинская В.П., Кожанова Г.А., Гудзенко Т.В. и др. Биологический контроль нефтяных загрязнений морской среды// Химия и технология во-ды.-1984.-Т.6, №4.-С.355-362.
Г. А.Кожанова, Т. В.Гудзенко, В. І.Соловйов, Н. С.Бобрєшова, Т. О.Беляєва, В.О.Садовнічий
Створення стійких систем мікробного біоруйнування вуглеводнів нафти у водному середовищі з використанням імобілізованих бактерій-деструкторів
Резюме
В результаті проведених фундаментальних досліджень розроблені науково-теоретичні основи нової біотехнології глибокого очищення про-мислових стічних вод від вуглеводнів нафти з використанням імобілізова-них бактерій роду Pseudomonas. Встановлена можливість здійсненення стійких систем мікробної біодеградації вуглеводнів нафти в водному середовищи при закріпленні бактерій на комплексних носіях, які містять природні компоненти. Очищена в таких системах вода високої якості, з виключенням токсичного та мутагенного ефектів.
G.A.Kozhanova, T.V.Gudzenko, V I. Solovyov, N.S. Bobreshova, TA. Belya-yeva, V.A.Sadovnichiy
Creation of stable systems of microbial biodegradation of petroleum hydrocar-bons in aqueous medium by using immobilized bacteria-destructors
Summary
Scientific theoretical bases for creation of a new biotechnology of deep purification of industrial sewage water from petroleum hydrocarbons with application of bacteria-destructors of the genus Pseudomonas have been developed as a result of the carried fundamental investigations. The possibility of creation of stable systems of microbial biodegradation of petroleum hydrocarbons in aqueous medium in fixing of bacteria on complex biologically positive carriers, including natural components, have been established. High-quality water is obtained by purifying in such systems, toxic and mutagenic effects being excluded.
