RU2693780C2 - Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов - Google Patents

Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов Download PDF

Info

Publication number
RU2693780C2
RU2693780C2 RU2017142627A RU2017142627A RU2693780C2 RU 2693780 C2 RU2693780 C2 RU 2693780C2 RU 2017142627 A RU2017142627 A RU 2017142627A RU 2017142627 A RU2017142627 A RU 2017142627A RU 2693780 C2 RU2693780 C2 RU 2693780C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phosphates
vkpm
microorganisms
purification
waste water
Prior art date
Application number
RU2017142627A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017142627A (ru
RU2017142627A3 (ru
Inventor
Дарья Дмитриевна Белова
Ольга Олеговна Бабич
Любовь Сергеевна Дышлюк
Александр Юрьевич Просеков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет"
Priority to RU2017142627A priority Critical patent/RU2693780C2/ru
Publication of RU2017142627A publication Critical patent/RU2017142627A/ru
Publication of RU2017142627A3 publication Critical patent/RU2017142627A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2693780C2 publication Critical patent/RU2693780C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205—Bacterial isolates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/07—Bacillus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/38—Pseudomonas
    • C12R2001/385—Pseudomonas aeruginosa
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/38—Pseudomonas
    • C12R2001/40—Pseudomonas putida

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, включающий микроорганизмы-деструкторы фосфатов Bacillus sp. ВКПМ В-5061, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ В-8243 и Pseudomonas putida ВКПМ В-1827, иммобилизованные на углеродный носитель - активированный уголь насыпной плотностью 240 г/дм3, размером частиц от 3,6 мм до 7 мм, массовой долей золы и влаги не более 10%, общей пористостью от 1,45 до 1,55 см3/г, диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки сточных вод от фосфатов. 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к материалам, используемым при очистке фосфатсодержащихсточных вод и может быть использовано в процессе биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод.
В последнее время значительно увеличилось концентрация фосфатов в бытовых и промышленных сточных водах. Санитарная норма их содержания в питьевой воде составляет не более 3,5 мг/л, предельно допустимая концентрация для водоемов и рыбохозяйственных производств 0,2 мг/л. Оба значения в настоящее время превышают нормативный показатель. Загрязнение водных объектов фосфатами приводит к развитию процесса эвтрофикации (постепенному зарастанию водоемов водорослямии высшими растениями). Употребление воды с повышенной концентрацией фосфатов негативно сказывается на здоровье человека и животных. Фосфор способен накапливаться в тканях организма и вызывать заболевания центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта, зубов и костей.
Наряду с химическими и физическими методами очистки сточных вод от загрязняющих веществ широкое распространение получили также биологические методы очистки. Они основаны на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества в качестве источников питания в процессе своей жизнедеятельности. Биологические методы являются экономически выгодными и безопасными, однако не всегда высокоэффективным. Поиск способов повышения эффективности биологической очистки сточных вод является весьма актуальной задачей в настоящее время.
Известен способ очистки сточных вод от фосфатов (RU, патент 2197436, опубл. 27,01,2003), который заключается в использовании инертного загрузочного материала, обрастающего биопленкой, в непосредственный контакт с которой введен металл, создающий условия для процессов биологической коррозии. Очистку ведут с помощью биопленки, образующейся на границе контакта загрузочного материала с металлом.
Недостатком данного способа является возможность вторичного загрязнения воды металлом, используемым для получения биопленки, и нерастворимыми солями, выпадающими в осадок в результате электрохимических реакций.
Известен способ очистки сточных вод (RU, патент 2448056, опубл. 20.04.2012) в аэротенках в присутствии кислорода активным илом, иммобилизованным на плавающей полимерной загрузке. Поверхностный слой плавающей полимерной загрузки модифицируют полифункциональным катализатором при массовом соотношении минерального катализатора и полимера 60:40, соответственно. Глубина модифицированного слоя гранул составляет 2-2,5 мм. В качестве полифункционального катализатора используют смесь оксидов и шпинелей поливалентных металлов при соотношении компонентов, масс. %: оксид марганца 67-75; оксид молибдена 9-12; оксид хрома 5-8; шпинели поливалентных металлов 11-13. Гранулы загрузки имеют сферическую форму диаметром 18-22 мм с шипообразными выступами по всей поверхности сферы высотой 3-4,5 мм, которые располагают рядами с расстоянием между ними в 5,0 мм.
Недостатками данного способа является сложность модификации плавающей полимерной загрузки и не сильно эффективная очистка по фосфатам (около 86,5%).
Описан способ получения биокомпозитного материала для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов (RU, патент 2608527, опубл. 19.01.2017), состоящего из нетканого полимера на основе сополимера акрилонитрила и метилметакрилата, полученный методом аэродинамического формования, заполненногонаполнителем, представляющим собой активированный уголь и измельченные нестерильные растения рода Сфагнум (Sphagnum) или активированный уголь и клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae), и иммобилизованную ассоциацию микроорганизмов, снижающую концентрации нитрат-, нитрит- и фосфат-ионов, в качестве которой используют ассоциацию, содержащую метилотрофные дрожжи рода Torula, бактерии родов Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas.
Недостатком данного изобретения является сложных многокомпонентный состав материала для очистки сточных вод.
Наиболее близким аналогом изобретения являетсябиофильтр (RU, полезная модель 49525, опубл. 27.11.2005 г.), содержащий загрузку из полимерной сетки с пучками волокон, закрепленную на каркасном блоке из прямоугольных пластиковых рамок, скрепленных между собой в параллелепипед. В результате контакта со сточной водой на сетчатой загрузке с пучками волокон образуется биопленка из иммобилизованных микроорганизмов. Обрабатываемая жидкость свободно обтекает нити сетки и закрепленные на ней волокна, благодаря чему достигается необходимый массообмен между сточной водой и прикрепленными микроорганизмами. Применение данного биофильтра позволяет достичь более 60% очистки сточных вод по фосфатам.
Недостатком данного материала является низкая степень очистки воды от фосфатов.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка материала, обеспечивающего высокоэффективную очистку сточных вод от фосфатов с минимальным риском вторичного загрязнения очищаемой воды.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного биокомпозитного материала, состоит в достижении 98,5% степени очистки сточных вод от фосфатов.
Технический результат достигается тем, что при разработке биокомпозитного материала используют иммобилизованную микрофлору на поверхности углеродного носителя, обеспечивающую высокую степень очистки сточных вод за счет наличия микроорганизмов деструкторов-фосфатов и носителя с высокой сорбирующей способностью.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, полученный путем иммобилизации консорциума микроорганизмов на углеродный носитель, причем для получения материала используют микроорганизмы-деструкторы фосфатов, процесс иммобилизации проходит в течение 2-6 часов при температуре 30°С и постоянном перемешивании.
Предпочтительно качестве микроорганизмов-деструкторов фосфатов использованы бактерии родов Bacillus и Pseudomonas, а в качестве носителя для иммобилизации использован активированный уголь, соответствующий следующим техническими характеристикам: насыпная плотность 240 г/дм3, размер частиц - от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью от 1,45 до 1,55 см3/г, широким диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм, высокой химической и биологической стойкостью.
Разработанный материал используют следующим образом.
При очистки сточные воды подают в установку сверху, затем они стекают самотеком вниз, проходя через слои разработанного биокомпозитного материала в режиме рециркуляции. Внутри установки разрабатываемый материал располагают либо в виде слоев, либо используют в качестве наполнителя биофильтров. Сточная вода проходит через слои биокомпозитного материала, бактерии начинают использовать фосфаты в качестве источников энергии и питания. Фосфаты участвуют в биоэнергетических процессах бактерий, регулируют и поддерживают на нужном уровне концентрацию аденозин-трифосфата (АТФ) в клетках, который играет важную роль в обмене энергии и веществ в живых организмах. Очистка воды происходит с помощью адсорбции загрязняющих веществ на поверхности активированного угля и биохимического окисления микроорганизмами консорциума.
Пример выполнения и использования изобретения.
При создании консорциума выбрали штаммы бактерии Bacillus sp. В5061, Pseudomonas aeruginosa В8243 и Pseudomonas pitida В1827 (зарегистрированные в ГосНИИгенетика), которые обладают высокой ферментативной и сахаролитичекой активностью, способны использовать фосфаты в качестве источника питания и проявляют симбиотические отношение друг с другом.
В качестве носителя для иммобилизации консорциума использовали активированный уголь со следующими техническими характеристиками: насыпная плотность 240 г/дм3, размер частиц - от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий сильно развитой общей пористостью (1,45-1,55 см3/г), широким диапазоном пор (диаметр примерно 2-45 мкм), высокой химической и биологической стойкостью. Так же активированный уголь используется как адсорбент и при очистки сточных вод может адсорбировать на своей поверхности часть загрязняющих веществ, тем самым способствуя их более быстрому биохимическому окислению иммобилизованными микроорганизмами.
Для получения биокомпозитного материала иммобилизацию микроорганизмов проводили с использованием адсорбционного метода. Для этого готовили суспензию микроорганизмов с концентрацией 107-108 КОЕ/мл и инкубировали активированный уголь и суспензию микроорганизмов при соотношении 1:1 при температуре 30°С и постоянном перемешивании в течение 2-6 часов. Адсорбция происходила за счет ионного и электростатического взаимодействия между носителем и поверхностью клетки. Данный вид иммобилизации является наиболее мягким для живых клеток. По окончанию процесса иммобилизации полученный биокомпозиционный материал промывали дистиллированной водой минимум 3 раза, для удаление не прикрепившихся микроорганизмов.
Бытовые сточные воды поступали в установку сверху и вниз, проходя через слои разрабатываемого биокомпозитного материала и циркулировали в ней в течение 48 часов. Сточная вода свободно проходит через слои биокомпозитного материала, фосфаты и другие загрязняющие вещества адсорбировались на поверхности активированного угля и взаимодействовали с иммобилизованными микроорганизмами. Степень очистки по фосфатам составила 98,5%. Остаточная концентрация фосфора не превышала показатели ПДК.
Срок эксплуатации разрабатываемого биокомпозитного материала составляет более 5 месяцев без потери показателей эффективности очистки.
Результаты сравнительных испытаний очистки сточных вод представлены в таблице 1.
Figure 00000001
Сравнение показало, что разрабатываемый биокомпозиционный материал на основе активированного угля и иммобилизованный на его поверхности консорциум микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas является более эффективным материалом по сравнению с представленным аналогом. Повышение эффективности процесса очистки сточных вод происходит за счет использования микроорганизмов-деструкторов фосфатов, иммобилизованных на поверхности адсорбента, который сорбирует на своей поверхности часть загрязняющих веществ.

Claims (1)

  1. Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов, полученный путем иммобилизации микроорганизмов на углеродный носитель, отличающийся тем, что использованы микроорганизмы-деструкторы фосфатов Bacillus sp. ВКПМ В-5061, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ В-8243 и Pseudomonas putida ВКПМ В-1827, а в качестве углеродного носителя - активированный уголь, соответствующий следующим техническими характеристикам: насыпная плотность 240 г/дм3, размер частиц от 3,6 мм до 7 мм, массовая доля золы и влаги не более 10%, обладающий общей пористостью от 1,45 до 1,55 см3/г, диапазоном пор диаметром примерно от 2 до 45 мкм.
RU2017142627A 2017-12-06 2017-12-06 Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов RU2693780C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142627A RU2693780C2 (ru) 2017-12-06 2017-12-06 Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142627A RU2693780C2 (ru) 2017-12-06 2017-12-06 Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017142627A RU2017142627A (ru) 2019-06-06
RU2017142627A3 RU2017142627A3 (ru) 2019-06-06
RU2693780C2 true RU2693780C2 (ru) 2019-07-08

Family

ID=66793133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017142627A RU2693780C2 (ru) 2017-12-06 2017-12-06 Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693780C2 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2352635C2 (ru) * 2007-03-22 2009-04-20 Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН Способ получения иммобилизованного биокатализатора и способ получения водных растворов амидов с использованием этого биокатализатора
EA201070761A1 (ru) * 2007-12-19 2011-02-28 Сауди Арабиан Ойл Компани Мембранная биологическая реакторная система на основе суспендированного гранулированного активированного угля и способ
RU2608527C2 (ru) * 2015-06-17 2017-01-19 Публичное акционерное общество "Газпром" Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат-, фосфат-ионов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2352635C2 (ru) * 2007-03-22 2009-04-20 Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН Способ получения иммобилизованного биокатализатора и способ получения водных растворов амидов с использованием этого биокатализатора
EA201070761A1 (ru) * 2007-12-19 2011-02-28 Сауди Арабиан Ойл Компани Мембранная биологическая реакторная система на основе суспендированного гранулированного активированного угля и способ
RU2608527C2 (ru) * 2015-06-17 2017-01-19 Публичное акционерное общество "Газпром" Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат-, фосфат-ионов

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГЕНЕРАЛОВ К.Н. и др. "Адсорбция клеток бактерий на углеродных сорбентах".// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета, "Химическая технология и биотехнология", 2014, с.53-64. *
МАКСИМОВА Ю.Г. "Биотрансформация акрилонитрила иммобилизованными клетками актинобактерий рода Rhodococcus".// Авто дисс. канд. биол. наук, 20.11.2006, Пермь. *
МАКСИМОВА Ю.Г. "Биотрансформация акрилонитрила иммобилизованными клетками актинобактерий рода Rhodococcus".// Автореферат дисс. канд. биол. наук, 20.11.2006, Пермь. ГЕНЕРАЛОВ К.Н. и др. "Адсорбция клеток бактерий на углеродных сорбентах".// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета, "Химическая технология и биотехнология", 2014, с.53-64. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017142627A (ru) 2019-06-06
RU2017142627A3 (ru) 2019-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1275867C (zh) 含有可膨胀物质的复合材料的制备
CN102965365B (zh) 一种用于水质净化的微生物纳米球的制备方法
Zeng et al. NaCS–PDMDAAC immobilized autotrophic cultivation of Chlorella sp. for wastewater nitrogen and phosphate removal
EP0748298A1 (en) Adsorbent biocatalyst porous beads
CN104261570B (zh) 一种畜禽养殖厌氧污水净化剂
CN104355415B (zh) 一种原位消减水体重金属污染的生物浮床
Wuyep et al. Biosorption of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Pb metals from petroleum refinery effluent by calcium alginate immobilized mycelia of Polyporus squamosus
CN109231492A (zh) 一种畜禽养殖场污水生物净化剂及其制备方法
Soumya et al. Removal of phosphate and nitrate from aqueous solution using seagrass Cymodocea rotundata beads
Pirbazari et al. Evaluation of biofilm development on various natural and synthetic media
Ketwong et al. Removal of heavy metal from synthetic wastewaterusing calcined golden apple snail shells
JP5730626B2 (ja) セレン含有水還元処理装置及びセレン含有水還元処理方法
RU2693780C2 (ru) Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от фосфатов
WO2007103875A2 (en) Systems and methods for reducing water contamination
CN110964713A (zh) 用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法
Kőnig-Péter et al. Biosorption characteristics of Spirulina and Chlorella cells to accumulate heavy metals
Al-Agili Removal of nitrate from aqueous solution by bio-calcium from Iraqi eggshells
Juda et al. Removal efficiency of synthetic toxic dye from water and waste water using immobilized green algae–bioremediation with multi environment conditions
KR20050017412A (ko) 바이오 세라믹을 이용한 하천의 수질정화 시스템과 바이오세라믹의 제조방법
Mohammad et al. Adsorptive and bioremoval of fluoride from synthetic wastewater by using Actinobacter immobilized on the surface of sweet lemon peel
CN109928518B (zh) 一种高效水体净化剂
CN109928451B (zh) 一种高效润湿净化剂的制备方法及其环境净化的应用
JP4890816B2 (ja) 疎水性担体への菌体の固定化
JPS62106822A (ja) イオウ酸化菌を利用する脱硫化方法
JP6679256B2 (ja) 水質浄化剤および水質浄化法