Восстановление нитратов культурой p.stutzeri 18, иммобилизованных на различных носителях

В статье показаны результаты исследования воды, используемых для питьевых целей, содержащих нитраты и нитриты, так как жители Южно-Казахстанского региона, включая детей, страдают заболеваниями желудочно-кишечного тракта, почек, печени и анемией. Поэтому считаем целесообразным рассмотреть вопрос относительно очистки питьевой воды от загрязнений с помощью культур микроорганизмов.

Актуальность: Перед современностью стоит главная задача - сохранить природу, в том числе и водные ресурсы, для нормальной жизни будущего поколения. В данной статье мы ставим перед собой задачу представить некоторую картину вопроса восстановления нитратных соединений с помощью микроорганизмов в очистке сточных вод [1].

Вода - основа всех жизненных процессов обмена и выделения. В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия заметно изменился химический состав не только поверхностных, но и подземных вод.

Кроме того, потребитель может сталкиваться с проблемой микробиологический безопасности воды - ведь даже вода из подземных источников может содержать единичные клетки патогенных микроорганизмов, но основную угрозу представляет вода, вторично загрязняемая микробами при нарушении герметичности водопроводной сети. Вода особой чистоты необходима человеку как ничто другое. Возросшие требования к ней определяют важность ее очистки [2].

Нависшая над человечеством угроза загрязнения всех водных бассейнов, а также дефицит пресной воды побуждает ученых сосредоточить внимание на биологической очистке сточных вод, в основе которой лежат микробиологические процессы.

Среди применяемых методов очистки сточных вод биологическая очистка является наиболее дешевой и самой доступной, а на практике нередко единственно возможной.

При очистке сточных вод чистыми культурами бактерий или их комплексами возникает потребность в освобождении воды от микробных клеток, поскольку в чистых культурах они не оседают подобно активному илу.

В очистных сооружениях и бытовых сточных водах встречается бесчисленное множество живых существ. К микробам относятся бактерии, грибы - гифообразующие микромицеты и дрожжи - и, условно, вирусы.

Главную роль в очистке воды, по сравнению с другими группами микроорганизмов, играют бактерии [3].

В очистных сооружениях и бытовых сточных водах встречается бесчисленное множество живых существ. К микробам относят: бактерии, грибы – гифообразующие микромицеты и дрожжи – и, условно, вирусы.

Микроорганизмы, участвующие в процессах очистки сточных вод и бытовые стоки являются представителями родов Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, а также грамположительные бактерии рода Bacillus.

Большинство бактерий, принимающих участие в очистке - гетеротрофы. Это, в основном, представители водной флоры, а также некоторые обитатели кишечного тракта человека и животных, поступающие с фекальными стоками [4].

Однако наряду с этим множество микробов не только бесполезны, но и весьма вредны, образуя токсины либо паразитируя в организме человека, животных и растений; это патогенные (болезнетворные) или фитопатогенные микроорганизмы, вызывающие болезни человека, домашних животных, сельскохозяйственных растений и лесов.

Большой ущерб народному хозяйству наносят и обычные сапрофитные микробы, поселяясь на пищевых продуктах, кормах, промышленных товарах, повреждая их и понижая товарные качества.

В роли недругов человека могут выступать представители всех перечисленных групп микроорганизмов, а также вирусы и риккетсии, принадлежащие к абсолютным паразитам и неспособные к сапрофитному образу жизни – к жизни вне живых клеток высших организмов.

Бактериальная клетка отличается наиболее универсальным набором ферментных систем, способных охватить множество разнообразных химических реакций, часто очень полезных для народного хозяйства и необходимых для охраны окружающей среды от угрозы гибели или частичного отравления ее химическими веществами, которые накапливаются в результате промышленной деятельности. Микроорганизмы – лучшие санитары Земли! Многие микроорганизмы используются в промышленности и сельском хозяйстве как продуценты спиртов, кислот, биологически активных веществ и антибиотиков. В сельском хозяйстве используются азотфиксаторы и энтомопатогенные микробы [5].

Однако наряду с этим множество микробов не только бесполезны, но и весьма вредны, образуя токсины либо паразитируя в организме человека, животных и растений; это патогенные (болезнетворные) или фитопатогенные микроорганизмы, вызывающие болезни человека, домашних животных, сельскохозяйственных растений и лесов.

Большой ущерб народному хозяйству наносят и обычные сапрофитные микробы, поселяясь на пищевых продуктах, кормах, промышленных товарах, повреждая их и понижая товарные качества.

В роли недругов человека могут выступать представители всех перечисленных групп микроорганизмов, а также вирусы и риккетсии, принадлежащие к абсолютным паразитам и неспособные к сапрофитному образу жизни – к жизни вне живых клеток высших организмов.

Большинство бактерий, принимающих участие в очистке - гетеротрофы. Это, в основном, представители водной флоры, а также некоторые обитатели кишечного тракта человека и животных, поступающие с фекальными стоками (4; 5).

Микроорганизмы, участвующие в процессах очистки сточных вод и бытовые стоки являются представителями родов Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, а также грамположительные бактерии рода Bacillus.

При очистке сточных вод в различного типа сооружениях более интенсивно развиваются определенные таксоны микроорганизмов. В условиях аэротенков – это грамотрицательные палочковидные бактерии, в основном псевдомонады, в биофильтрах – это грамотрицательные бактерии и грибы, в метантенках – анаэробные гетеротрофные и метановые бактерии.

Очистка промышленных стоков посредством комплексов чистых культур является одним из главных звеньев в работах, направленных на решение этой задачи.

О жизни микробных популяций в очистных сооружениях мало изучено.

Изложенный материал имеет возможность оказать помощь в использовании микроорганизмов для охраны от загрязнения окружающей среды и водных источников.

Отмечается, что качество воды в регионе резко ухудшилось, увеличилось её органическое загрязнение. Из компонентов азота в этих водах наибольшую часть составляет нитратный азот (NO3-).

Была предпринята попытка изучить возможность использования культур микроорганизмов для очистки питьевой воды от нитратов. Для этой цели была выбрана культура P.stutzeri 18, способная восстанавливать нитраты до газообразных продуктов.

Вначале была проведена работа по исследованию способности бактерии P.stutzeri 18 осуществлять процесс денитрификации в присутствии различных органических субстратов. Так наиболее дешевым и экологически безвредным для применения в технологических целях является ацетат, который при его утилизации бактериями, разлагается на CO2 и H2O. Возможность P.stutzeri 18 использовать ацетат в процессе денитрификации исследовалась в сравнении с такими органическими субстратами, как лактат и этанол.

Таблица 1 - Рост культуры P.stutzeri 18 на некоторых органических субстратах в процессе денитрификации

Органические субстраты

Продолжительность опыта, сутки (NO3 г/л)

1

2

3

4

5

Ацетат 5 г/л

0,31

0,31

0,31

0,19

0,18

Ацетат 1 г/л

0,46

0,43

0,34

0,01

0,01

Лактат 3,5 г/л

0,63

0,62

0,39

0,39

0

Лактат 1 г/л

0,27

0,05

0,01

0

0

Лактат 0,5 г/л

0,25

0,24

0,04

0,01

0

Этанол 10 г/л

0,55

0,41

0,42

0,26

0,16

Этанол 5 г/л

0,58

0,53

0,34

0,14

0,14

Этанол 2 г/л

0,73

0,55

0,54

0,05

0,05

Этанол 1 г/л

0,64

0,18

0,31

0,2

0

Результаты работы, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что культура P.stutzeri 18 способна денитрифицировать и развиваться в присутствии 1 г/л ацетата. Полученные данные показали, что исследуемая культура может использоваться для очистки питьевой воды от нитратов в присутствии минимальных количеств ацетата.

Изучение возможности культуры P.stutzeri 18 денитрифицировать в иммобилизованном состоянии проводилось с использованием в качестве носителей стеклоткани, ершей, поролона и виев.

Таблица 2 - Изучение способности культуры P.stutzeri 18 к иммобилизации на различных носителях

Вид сорбента

Масса материала (в граммах)

Исходные показатели

NO3¯ г/л

Через сутки

NO3¯ г/л

Вии

22,45

0,3

0,18

Ерши

39,01

0,24

0,22

Стеклоткань

20,10

0,26

0,24

Поролон

17,50

0,27

0,17

Культура предварительно выращивалась в аэробных условиях в течение суток и затем в колбы вносили соответствующие носители. Колбы с носителями помещались на сутки в термостат для иммобилизации бактерий, определялась оптическая плотность среды. После этого культуральная жидкость сливалась, а колбы с иммобилизованными на носителе бактериями, заполнялись раствором, содержащим (г/л) ацетат – 1; KNO3 – 2; KH2PO4 - 2; MgSO4· 7H2O – 2; CaCl2 –0,2; железо хлорное – следы, pH - 7,0. Опыты проводили в течении 14 суток. В колбах создавались факультативно-анаэробные условия. Через сутки эксперимента определялась скорость денитрификации бактерий P.stutzeri 18, иммобилизованных на различных носителях (таблица 2).

Результаты работы представлены в таблице 3 и свидетельствуют о том, что хотя наиболее подходящим носителем для P.stutzeri 18 оказалась стеклоткань и ерши, процесс денитрификации в этих вариантах практически не шел. В то же время бактерии, иммобилизованные на виях и поролоне, активно денитрифицировали.

Таблица 3 - Скорость восстановления нитратов культурой P.stutzeri 18, иммобилизованной на различных носителях в условиях непрерывного протока

Сорбент

Продолжительность опыта, сутки

pH

1

7

10

14

Вии

7,4

0,02

0,045

0,075

0,1

Ерши

7,6

0,03

0.08

0,1

0,065

Стеклоткань

7,6

0,095

0,085

0,025

0,045

Поролон

8,4

0,065

0,075

0,075

0,07

Контроль

(среда без бактерий)

7,5

0,85

0,85

0,85

0,85

Далее все исследуемые сорбенты с иммобилизованными на них бактериями P.stutzeri 18 были проверены в условиях непрерывного протока. Для опытов использовалась такого же состава, что и в предыдущих экспериментах (таблица 1). Оказалось, что наиболее подходящим сорбентом в этих условиях являются вии и поролон, так как скорость денитрификации бактерий при использовании этих сорбентов была значительно выше.

Следующую серию экспериментов проводили с использованием в качестве носителей для P.stutzeri 18 виев и поролона. Для опытов была использована вода из источников питьевой воды г.Туркестана. Содержание нитратов в воде составляло 1 мг/л. Опыты ставили в условиях непрерывного протока при объеме колонки 500 мл и скорости протока 1 л/л в сутки.

Результаты работы, представленные в таблице 3 показали, что клетки бактерии P.stutzeri 18, иммобилизованные на виях и поролоне, способны очищать питьевую воду от нитратов и нитритов.

Следует отметить, что поролон оказался неподходящим сорбентом, так как в процессе испытаний в условиях непрерывного протока он забивался взвешенными частицами и приобретал твердость, что отрицательно сказывалось на его пористости и, как следствие этого, скорость процесса денитрификации со временем снижалась (таблица 3).

В то же время при использовании виев, после небольшого периода стабилизации работы колонок, содержание нитритов не превышало предельно допустимые концентрации и составляло 0,05 мг/л NO3. Нитриты в воде также не обнаруживались.

Полученные данные показали принципиальную возможность использовать культуру P.stutzeri 18 в иммобилизованном на виях состоянии для очистки питьевой воды г.Туркестана от нитратов и нитритов.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о возможности культуры P.stutzeri 18, иммобилизованных на виях осуществлять процесс истинной денитрификации, а также восстанавливать нитраты и нитриты в питьевой воде.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Абдрашитова С.А., Айткельдиева С.А., Илялетдинов А.Н. Методика выделения микроорганизмов, способных развиваться в аэробных и анаэробных условиях в зависимости от конечного акцептора электронов // Известия АН КазССР, сер. биологич. – Алма-Ата: 1987. - №3. - С. 92-93.
  2. Илялетдинов А.Н., Абдрашитова С.А., Айткельдиева С.А., Убайдуллаева А.К. Полиредуктазная активность бактерий // Известия АН СССР, сер. биологич. – М.: 1989. - №2. - С. 260-265.
  3. Илялетдинов А.Н., Абдрашитова С.А., Убайдуллаева А.К., Айткельдиева С.А. Восстановление некоторых переменновалентных элементов гетеротрофными микроорганизмами // Известия АН КазССР, сер. биологич. – Алма-Ата: 1990. - №2. - С. 60-63.
  4. Баешов Ә.Б. Экология және таза су проблемалары. Оқулық. – Алматы: «Дәнекер», 2003. – 224 б.
  5. Қуандықова Р.К. Түркістан аймағы ауыз суы мен топырағының гигиеналық зерттеуі. – Түркістан: «Тұран», 2004. – 96 б.
Год: 2018
Город: Алматы
Категория: Медицина