CC BY
11
13. Zhydenko, A. А. (2009). Morfofiziologichni adap-tacii riznovikovih grup Cyprinus carpio L. za nespriyatlivoi dii ekologichnih faktoriv [Morpho-physiological adaptations of
uneven-aged Cyprinus carpio L. groups under adverse influence of ecological factors]. I. I. Mechnikov National University, Odessa, 40.
Дата надходження рукопису 23.09.2015
Бибчук Екатерина Вячеславовна, ассистент, кафедра биологических основ физического воспитания, здоровья и спорта, Черниговский национальный педагогический университет им. Т. Г. Шевченко, ул. Гетмана Полуботка, 53, г. Чернигов, Украина, 14013 E-mail: bibchuk@ukr.net
Жиденко Алла Александровна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой, кафедра биологических основ физического воспитания, здоровья и спорта, Черниговский национальный педагогический университет им. Т. Г. Шевченко, ул. Гетмана Полуботка, 53, г. Чернигов, Украина, 14013
УДК 579.695
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.51665
Б1ОЛОГ1ЧНИЙ СПОС1Б ОЧИЩЕННЯ ВОДИ В1Д ЦИНКУ (II) © О. Г. Горшкова, О. В. Волювач
Експериментально пiдтверджена висока ефективтсть бютехнологШ очищення води eid цинку (II) з ви-користанням iммобiлiзованих у c^adi бiофлокiв клтин бактерш роду Pseudomonas: P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ONU329, P. cepacia ONU327. Ступть очищення води eid цинку (II) за обробки 6i-офлоками i3 P. maltophilia сягав 99,9 % при вихiднiй концентраци металу 20 мг/дм3
Ключовi слова: очищення води, цинк (II), бiотехнологiя, бактери роду Pseudomonas, iммобiлiзовaнi, не-пaтогеннi, полiфункцiонaльнi
It is experimentally confirmed the high efficiency of biotechnology of water purification from zinc (II) using bacterial cells of the genus Pseudomonas: P. fluorescens ONU328, ONU329 P. maltophilia, P. cepacia ONU327 that immobilized in the biofloc structure. The degree of water purification from zinc (II) in the processing of the bioflocks of P. maltophilia reached 99,9% at initial metal concentration 20 mg/dm3
Keywords: water purification, zinc (II), biotechnology, bacteria of the genus Pseudomonas, immobilized, non-pathogenic, polyfunctional
1. Вступ
Гальвашчне виробництво залишаеться най-бшьшим джерелом забруднення навколишнього середовища високотоксичними юнами важких ме-талiв (1ВМ), зокрема юнами цинку, i могутшм споживачем води.
2. Постановка проблеми
Цинкування - один iз розповсюджених проце-сш у гальвашчному виробницгвг Його використову-ють для захисту ввд корози рiзних сталевих i чавунних деталей, шдводних споруд, при виробницга труб.
Водорозчинш сполуки цинку становлять ве-лику загрозу для екосистем. Навиъ при малих кон-центращях (0,001 г/дм3) Zn (II) гальмуе розвиток, а при бшьших - 0,004 г/дм3 спричиняе токсичну даю на водну фауну [1]. Гранично-допустима концент-ращя (ГДК) юшв цинку у водi для скидання И у во-дш об'екти побутово-питного i культурно-побуто-вого водопостачання складае 1,0 мг/дм3, тодi як вмют рухливого цинку у спчних водах гальванiчних цехiв складае 60-80 мг/дм3. Тому очищення техно-лопчних цинковмiсних водних розчинiв i виробни-чих стiчних вод вiд рухливого цинку являе собою складне, але водночас важливе науково-техшчне та еколопчне завдання.
3. Лiтературний огляд
Очищення води ввд 1ВМ, зокрема ввд Zn (II), може бути проведено хiмiчним, фiзико-хiмiчним, електрохiмiчним способами. Вони дороп, громiзд-кi та не завжди забезпечують високий рiвень очищення [2, 3].
Не дивлячись на те, що за способом хiмiчного осаджування катiонiв важких металiв у формi !х ма-лорозчинних сульфщв [2] cтупiнь вилучення сягае 99,8-99,9 %, практичне використання способу стри-муеться через токсичнiсть ирководню, що видiляеть-ся в атмосферу.
Спосiб флотацiйного вилучення Zn (II) iз водних розчишв у виглядi осадiв (наприклад, алшлкар-боксилатiв цинку) е енергозалежним i потребуе наяв-ностi громiздких флотацiйних машин та вiдстiйникiв, де вщбуваеться руйнування зiбраного пiнного продукту [3]. Недолжами способу [3] також е: використання як оргашчного осаджувача iонiв цинку анюнних ПАР (мила); необхiднiсть частого приготування свь жих порцiй вiдповiдного мила у зв'язку iз швидким старшням; необхiднiсть регулювання значень рН середовища i оптимально! витрати реагенту; вода не очищуеться до норм ГДК.
Щдвищення вимог до якосп води та допусти-мих концентрацш забруднень в промислових стiчних
водах, яш скидаються у водойми, змушуе шукати еколопчно чисп та економ1чно випдш способи вида-лення з них 1ВМ. До таких способ1в, як1 усшшно за-стосовуються для ршення ще! проблеми i е достат-ньо ефективними, можна вщнести сорбцiю на приро-дних глинистих сорбентах (бентошт, монтморилонiт) та сорбцш (акумуляцiю) мiкроорганiзмами. Остан-шм часом перевага надаеться бiологiчному очищен-ню води вщ 1ВМ, де головну роль вiдiграють рiзнi мжрооргашзми - бактерп, дрiжджi. Вщомий споаб шкробюлопчно! очистки стiчних вод промислових пiдприемств вiд iонiв важких металiв: цинку, кадмiю i свинцю [4], зпдно якого мiкробiологiчну очистку слчних вод здiйснюють шляхом використання як мь кробiологiчного реагенту бактерiй Rhodococcus ruber. При вихвднш концентрацп цинку (II) 0,5-2,5 мг/дм3 залишкова його концентращя за вказано! обробки води шютьма штамами бактерiй, що належать до умов-но патогенних, вище ГДК.
4. Бiологiчний cnoci6 очищення води вiд цинку (II) за присутшстю непатогенних штамiв бактерш роду Pseudomonas fluorescens ONU328, Pseudomonas maltophilia ONU329, Pseudomonas cepacia ONU327
Мета дано!роботи - розробка способу глибо-кого очищення водних розчишв вiд Zn (II) з викори-станням непатогенних мiкробiологiчних реагенпв полiфункцiональноl дп i екобезпечних хiмiчних реа-гентiв до концентрацп, що вщповщае його гранично-допустимiй концентрацп для скидання в каналiзацiю.
Як мжробюлопчш реагенти використовували суспензй' непатогенних, резистентних щодо високих концентрацiй юшв кадмiю i свинцю [5], шташв бак-терiй роду Pseudomonas: P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ONU329 (видiленi з морсько! води), P. cepacia ONU327 (видiлений з грунту) та !х асоща-
цш, що знаходяться на збереженш в музейнш ко-лекцп м1кроорган1зм1в кафедри ткробюлоги, Bipyco-логп та бютехнологи ОНУ iMeHi I. I. Мечникова.
Бютехнолопя очищення води вщ Zn (II) мюти-ла настyпнi етапи. Забруднену Zn (II) та рiзними ме-ханiчними домiшками воду направляли спочатку у вiдстiйник, де контролювали температуру i доводили рН до нейтрального, далi - у флотацiйнy камеру, де у присутносп флотацiйного збирача (мила лужного металу) проводили очищення води ввд iонiв цинку до концентраци С<20 мг/дм3. Потiм воду спрямовували у eмнiсть, до яко! подводили iнокyлятор, заповнений бактерiальною сyспензieю, та дозатори розчинiв перекису водню i хлориду кальцiю. Через 10-15 хв пс-ля введення мiкробiологiчного реагенту дозатором вводили перекис водню та хлорид кальцш. Акуму-ляцiя важкого металу iммобiлiзованими у склащ бю-флокул бактерiями тривала 15-20 хв. Очищення води ввд Zn (II) вщбувалась дуже ефективно - на виходi залишкова концентращя Zn (II) була нижче ГДК.
Культуру бактерш нарощували у пептонно-дрщжовому середовищi М-9 iз додаванням глюкози. Нарощування бiомаси здiйснювали при рН 7,0-7,2 i температyрi 28 °С протягом 48 годин до досягнення щiльностi культури не менш 5 г/дм3 по сyхiй бюмаа, пiсля чого культуру змiшyвали iз забрудненою юна-ми цинку водою в об'емному спiввiдношеннi 1:1. Концентращю Zn (II) у розчинах визначали методом електротермiчноl атомно-абсорбцiйним спектрофо-тометри з використанням приладу «Сатурн-2» у по-лум'! сyмiшi «повиря - пропан - бутан». Результати дослвджень оброблювали статистично з використанням програми "SPSS 19 для Windows".
Результати очищення води вщ Zn (II) в№ни-ми та iммобiлiзованими за присyтнiстю перекису водню i хлориду кальцш клiтинами бактерiй роду Pseudomonas представлен в табл. 1.
Таблиця 1
Результати очищення водних розчишв ввд Zn (II) за присутшстю вшьних та iммобiлiзованих бактерiй роду
Pseudomonas
Штам Залишкова концентращя Zn (II), мг/дм Ступiнь очищення води ввд Zn (II), %
Вшьт клтини бактерш роду Pseudomonas
P. fluorescens ONU328 9,3±0,80 54,0
P. maltophilia ONU329 12,2±1,20 39,0
P. cepacia ONU327 3,2±0,50 84,0
Асоцiацiя (1:1:1) 11,0±1,20 45,0
1ммобшзоват mimuHU бактерш роду Pseudomonas
P. fluorescens ONU328 0,08±0,004 99,6
P. maltophilia ONU329 0,03±0,005 99,9
P. cepacia ONU327 1,0±0,12 95,0
Асоцiацiя (1:1:1) 0,5±0,07 98,0
--
Примтка: euxidna концентращя Zn (II) у eodi - 20 мг/дм
1з експериментальних даних (див. таблицю 1) видно: використанi мiкроорганiзми е Zn-резистен-тними. За вiдсутнiстю хiмiчних реагентiв агрегацiя бактерiй протiкала за 60-90 хв i вiдбувалась шд дiею полiсахаридних комплексiв кштинно! стшки. Ступiнь очищення води вщ Zn (II) в№ними клiтинами бактерш P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ONU329 та асоцiацiею P. fluorescens ONU328 : P. maltophilia
ONU329 : P. cepacia ONU327 змiнювався вiд 39 до 54 %. При використанш P. cepacia ONU327 концент-рацiя Zn (II) у водi зменшувалась з 20 мг/дм3 до 3,2±0,50 мг/дм3 (ступiнь вилучення 84,0 %).
Використання бактерiй роду Pseudomonas у iм-мобiлiзованому сташ - у складi бiофлокул дозволило суттево падвищити ефективнiсть очищення води ввд цинку (II) до 95,0-99,9 %. Перекис водню i хлорид ка-
льцгю сприяли утворенню бiофлокiв i пришвидшували процес (до 20-30 хв) очищения води. Максимальний ступiнь очищения води вщ Zn (II) 99,9 % (при залиш-ковiй концентрацп у водi 0,03±0,005 мг/дм3) спостерь гався при використаннi iммобiлiзоваиих клгган бакте-рiй P. maltophilia ONU329.
5. Амробащя результат дослiджень
Бюлопчний спосiб очищения води вгд цинку (II) пройшов успiшнi лабораторнi випробування при обробцi спчно! води одного iз гальваиiчних цехiв та електростанцп. Спосiб ефективний за присутностi у водi нафтопродуктiв [6] i еколопчно безпечний для людини i навколишнього середовища через викорис-таиия iммобiлiзованих у складi бiофлокул клiтин не-патогенних бактерiй P. fluorescens ONU328, P. maltophilia ONU329, P. cepacia ONU327 з полГфунцюналь-ною дiею [5-7].
6. Висновки
Перевагами розробленого способу в порiвняннi з [4] е: значне збшьшення вихГдно! концетрацл iонiв цинку з 0,5-2,5 мг/дм3 до 20 мг/дм3; зменшення кшь-костi штамiв мiкроорганiзмiв з шосп до одного непатогенного; зменшення часу на приготуваиия бактерГа-льно! суспензи при досягненнi необидно! глибини очищения технологiчних водних розчишв вiд iонiв цинку до рiвня ГДК, що дозволяе повторно викорис-товувати очищену воду у замкнутому водопостачант або скидати !! у каналiзацiю. Спосiб е енергонезалеж-ним, простим в здiйсненнi i еколопчно безпечним.
Ллтература
1. Бингам, Ф. Т. Некоторые вопросы токсичности иоиов металлов [Текст] / Ф. Т. Биигам, Ф. Д. Прьа, У. М. Джерелл; под ред. Х. Зигель, А. М. Зигель. -М.: Мир, 1993. - 230 с.
2. Фишман, Г. И. Водоснабжение и очистка сточных вод предприятий химических волокон [Текст] / Г. И. Фишман, А. Д. Литник. - М.: Химия, 1971. - 160 с.
3. Сшькова, Л. О. Вплив часу старшня коло!дних розчишв мил цинку на деяю властивосп [Текст] / Л. О. Ci-нькова // Вюник ОНУ. Сергя "Хiмiя". - 2001. - Т. 6, Вип. 5. - С. 107-111.
4. Патент Российской Федерации на изобретение № 2216525. Способ микробиологической очистки сточных вод промышленных предприятий от ионов тяжелых металлов: цинка, кадмия и свинца [Текст] / Соловых Г. Н., Уша-
кова Е. И., Ившина И. Б., Раимова Е. К. - патентовладелец: Оренбургская государственная медицинская академия. -Опубл.: 20.11.2003. Бюл. № 26, 2003.
5. Патент Укра1ни на корисну модель №76922. Бь осорбцшний споиб очистки води ввд юшв свинцю [Текст] / 1ваниця В. О., Гудзенко Т. В., Волювач О. В., Беляева Т. О., Конуп I. П., Баранов О. О. - Опубл.: 25.01.13. Бюл. № 2, 2013.
6. Гудзенко, Т. В. Нафтоокиснювальна актившсть деяких штам1в бактерш роду Pseudomonas [Текст] / Т. В. Гудзенко, О. В. Волювач, Т. О. Беляева, I. В. Пузи-рьова, Г. В. Лгсютш, О. Г. Горшкова, В. О. 1ваниця // Мж-робюлогш i бютехнологш. - 2013. - № 4. - С. 72-80.
7. Гудзенко, Т. В. Видалення бромщу гексадецилт-ридинта iз водних розчишв з бактершми роду Pseudomonas за ix взаемодй з глинистим мшералом та хiтозаном [Текст] / Т. В. Гудзенко, О. В. Волювач, Т. О. Беляева, О. Г. Горшкова, I. В. Пузирьова, В. О. 1ваниця // Мжробю-логiя i бiотеxнологiя. - 2014. - № 1 (25). - С. 72-78.
References
1. Bingham, F. T., Pra, F. D., Jarell, W. M.; Siegel, H., Siegel, A. M. (Eds.) (1993). Some problems of the toxicity of metal ions. Moscow: World, 230.
2. Fishman, G. I., Gate, A. D. (1971). Water supply and sewage treatment of chemical fiber enterprises. Moscow: Chemistry, 160.
3. Sinkova, L. A. (2001). The Influence of time of aging of colloidal solutions of Soaps of zinc on some properties. Bulletin of the ONU. Series of "Chemistry", 6, (5), 107-111.
4. Solovych, G. N., Ushakova, E. I., Iwshina, I. B., Raimova, E. K. (2003). Patent of Russian Federation patent for the invention № 2216525. Method for microbiological treatment of wastewater of industrial enterprises from ions of heavy metals: zinc, cadmium and lead. With. Publ.: 20.11.2003. bull. №. 26, 2003.
5. Ivanytsia, V. О., Gudzenko, Т. V., Voliuvach, О. V., Beliaeva, T. О., ^nup, I. P., Baranov, O. O. (2013). Patent of Ukraine for usefuto model № 76922. Biosorption method of water purification from ions of lead. With. Publ.: 25.01.13, bull. №. 2, 2013.
6. Gudzenko, Т. V., Voliuvach, О. V., Beliaeva, T. О., Krnup, I. P., Bukhtiarov, А. Е., Lisiutin, G. V., Puzyreva, I. V., Gorshkova, О. G., Ivanytsia, V. О. (2013). Oil oxidative activity of some strains of bacteria of Pseudomonas genus. Microbi-ology&Biotechnology, 4, 72-80.
7. Gudzenko, T. V., Voliuvach, O. V., Beliaeva, T. O., Gorshkova, O. G., Puzyreva, I. V., Ivanytsia, V. O. (2014). Remove of hexadecylpyridinium bromide from aqueous solutions by bacteria of the genus Pseudomonas in their interaction with clay mineral and chitosan. Microbiology&Biotechnology, 1 (25), 72-78.
Рекомендовано до публгкацИ д-р бюл. наук ФШпова Т. О.
Дата надходження рукопису 16.09.2015
Горшкова Олена Георгпвна, молодший науковий сшвробггаик, кафедра мшробюлогп, вiрусологi! та бютехнологп, Одеський нацюнальний ушверситет iм. I. I. Мечникова, вул. Дворянська, 2, м. Одеса, Укра!на, 65082 E-mail: elena-good@bk.ru
Волювач Ольга Вячеславiвна, кандидат хiмiчних наук, старший науковий сшвробггаик, кафедра мш-робюлогп, вГрусологп та бютехнологп, Одеський нацюнальний ушверситет Гм. I. I. Мечникова, вул. Дворянська, 2, м. Одеса, Укра!на, 65082 E-mail: voluvach@ukr.net
