CC BY
20ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ КОНСОРЦИУМОВ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ РАЗЛИЧНОЙ
ПРИРОДЫ
Иванчиков Е.А.
Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления,
г. Улан-Удэ, аспирант Бубеев А.Т.
Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления,
г. Улан-Удэ, канд. биол. наук, доц.
Балдаев Н.С.
Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления,
г. Улан-Удэ, канд. тех. наук, доц.
Цыренов В.Ж.
Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управления,
г. Улан-Удэ, д-р. биол. наук, проф.
PRECONDITIONS OF CREATION OF ARTIFICIAL CONSORTIA OF MICROORGANISMS FOR THE DISPOSAL OF POLLUTANTS OF DIFFERENT NATURE
Ivanchikov E.A.
East-Siberian state University of technology and management, Ulan-Ude, P.G.
Bubeev A. T.
East-Siberian state University of technology and management, Ulan-Ude, Cand. Sc. Biological Sciences, Assoc. Prof
Baldaev N.S.
East-Siberian state University of technology and management, Ulan-Ude, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof
Tsyrenov V.Zh.
East-Siberian state University of technology and management, Ulan-Ude, Dr. Sc. Biological Sciences, Prof. АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается возможность создания синтетических консорциумов на основе анализа качественного состава сточных вод, метаболических путей, условий роста и симбиотических связей микроорганизмов с активностью по отношению к определенным группам загрязняющих веществ, что позволит решать конкретные задачи в области очистки сточных вод. ABSTRACT
The article considers the possibility of creating synthetic consortia based on the analysis of the qualitative composition of wastewater, metabolic pathways, growth conditions and symbiotic relationships of microorganisms with activity in relation to certain groups of pollutants, which will solve specific problems in the field of wastewater treatment.
Ключевые слова: консорциум, биологическое объединение, модельные сточные воды, активный ил, загрязняющие вещества.
Keywords: consortium, biological Association, model wastewater, activated sludge, pollutants.
ВВЕДЕНИЕ
Существуют биологические ассоциации-консорциумы, применяемые в различных областях науки, промышленности и сельского хозяйства, которые во многом превосходят монокультуры. Одним из них являются почвенные микроорганизмы, которые разлагают органические вещества и образуют ценные формы гумуса. В результате этих процессов наряду с углекислым газом выделяются минералы для питания растений [1, 2, 3].
К таким ассоциациям относятся также консорциумы по очистке сточных вод, которые подразделяются по видам биологической очистки (анаэробной или аэробной) и основным группам загрязнителей. Применяют для анаэробной очистки микроорганизмов рода MethanospiriПum, Methano-sarcina и других, используемых в метантенках, в искусственно созданных структурах. Осадок из
первичных отстойников и активного ила метаноб-разующих бактерий или их смесь чаще всего ферментируется в резервуарах из метана [4]. Процессы, участвующие в природном аэробном активном иле, позволяют очищать различные загрязняющие вещества, поступающие в чистом виде в простые вещества. Активный ил представляет собой сложный структурированный биоценоз микроорганизмов, живущих в воде и почве, обладающий высокой сорбционной емкостью [5].
На основе изучения метаболических путей, симбиотических связей природных биологических ассоциаций можно смоделировать синтетический консорциум в зависимости от природы загрязняющих веществ и получить удовлетворительный результат в области очистки сточных вод, что является актуальной задачей в настоящее время в связи с возрастающей ролью экологии в мире.
Целью исследования являлось изучение основного пути метаболизма различных соединений микроорганизмами в простые для их совместного культивирования с целью создания основы для их эффективного биологического консорциума по отношению к загрязнителям сточных вод.
Задача исследования
1) рассмотреть основные спектры загрязняющих веществ сточных вод для отбора культур микроорганизмов с высокой активностью по отношению к ним.
2) рассмотреть пути метаболизма выделенных культур микроорганизмов и возможности их совместного культивирования для эффективной утилизации загрязнителей сточных вод в простые соединения.
3) подготовить рекомендации по научно обоснованному применению результатов данного исследования.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Консорциумы почв. Почвенные микроорганизмы отвечают за разложение органического вещества, образующегося в земной экосистеме в процессе фотосинтеза, и снабжают растения доступными ресурсами. Они играют значительную роль в формировании устойчивых почвенных агрегатов. Деятельность почвенной биоты определяет уровень почвенного плодородия, а возможность управления биотой представляет интерес с точки зрения проблем создания новых биологических продуктов. Почвенная биота является идеальным примером системы, обеспечивающей устойчивое существование ненарушенных экосистем в течение очень длительных периодов времени. Недостатками почвенных микроорганизмов является их неустойчивое соотношение в почве, что влияет на способность очищать почву от различных загрязняющих веществ, снижать ферментативную активность и стимулировать развитие растений [6, 7].
Состав типов
Консорциум активного ила. Биоценозы активного ила ОАО "Селенгинский целлюлозно-картонный завод" и МУП "Водоканал" - это естественное симбиотическое объединение бактерий и простейших, позволяющее очищать различные загрязнители сточных вод до простых соединений и использовать их в качестве источника пищи. В составе активного ила, в основном, бактерии родов Pseudomonas, Zoogloea, Flavobacterium, Achromo-bacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, а также бактерий, Brevibacterium, Caulobacter, Hyphomicro-bium, Bdellovibrio, Sphaerotilus, Nocardiosis и многие другие. Как и в других водных сообществ, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как стабильный становятся более обильными. Если действие неблагоприятного фактора увеличивается или сохраняется длительное время, то затрагиваются все новые виды биоценозов и, как следствие, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальное количество наиболее устойчивых видов [8, 9, 10].
Сложность биоценоза сопровождается последовательным включением все более изощренных до хищников видов: мелких жгутиковых, мелких семенных амеб, свободно плавающих брюхорес-ничных прикрепленных и сосущих ресничек, коловраток, червей, водяных клещей и др. разнообразие биоценоза активного ила в наибольшей степени определяется нагрузкой по органическим загрязнителям и эффективностью их разложения.
Модель сточных вод (ГОСТ 50595-93). В состав модельных сточных вод входят различные соединения, присутствующие в бытовых и промышленных сточных водах: бикарбонат натрия, ацетат натрия 3-вода, монофосфат калия, гидрофосфат аммония, хлорид кальция, сульфат магния и пептон (табл. 1).
Таблица 1
сточных вод
Состав Содержание
мг/дм3 (мг/л) г/л
NaHCO3 50,0 0,05
CH3COO Na3H2O 50,0 0,05
KH2PO4 25,0 0,025
(NH4)2HPO4 25,0 0,025
CaCl2 7,5 0,0075
MgSO47H2O (безводный) 5,0 0,005
Пептон 125,0 0,125
В данной работе рассматриваются основные спектры загрязнителей и их загрязнителей, которые биотрансформируются микроорганизмами в природных ассоциациях до простых соединений. К ним относятся:
1. Общий азот, который в себя включает азот аммонийный, нитратный и нитритный, образуемый
в результате разложения белковых веществ и мочевины, при анаэробном восстановлении нитратов и нитритов. Присутствует в сточных водах различных отраслей промышленности, хозяйственно -бытовых и навозных стоках, стоках с сельскохозяйственных полей.
2. Сульфаты, фосфаты и хлориды. Попадают преимущественно с промышленных сточных вод и
ТЭЦ, также входят в состав ПАВов и пестицидов. Получаются в результате растворения минеральных соединений, разложения продуктов белковой природы [11].
4. Углерод, углеводы и жиры - это различные остатки плодов, растений и овощей, а также бумага, масла растительные и т.д. [12].
5. Тяжёлые металлы, щелочи, кислоты и другие химические соединения. Попадают в очистные стоки с промышленных предприятий различных сфер деятельности. Очистка происходит на механической и физической стадии, до активного ила доходит в малых концентрация, в соответствии с Сан-ПиН 2.1.4.1074-01.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Практические исследования взаимодействия микроорганизмов, приводит к созданию новых консорциумов. Первые исследования были проведены еще Л. Пастером, С.Н. Виноградским и другими. Данные исследования доказали, что определяющую роль существования разных культур микроорганизмов в ассоциации, в их способности окислять
разные компоненты среды и использовать продукты реакции в качестве субстратов для других микроорганизмов [13, 16].
В процессах диссоциации в водной среде многие компоненты разрушаются до простых элементов и используются в качестве источника питания или энергии.
В качестве объекта исследования, содержащий широкий спектр загрязнителей, была взята модельная сточная вода. В ходе литературного анализа были подобраны культуры микроорганизмов активного ила, способные утилизировать загрязнители модельной сточной воды. К ним относятся Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus mycodies, Bacillus megaterium, Bacillus licheniformis, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus thermophilus, Nitro-somonas europaea, Nitrosomonas oligotropha, Nitro-somonas aestuarii, Thiobacillus denitrificans, Desul-fosarcina variabilis, Desulferella acetivorans, Nitrobacter alkalicus, Nitrobacter winogradskyi, Methanobacterium thermoautotrophicum, Methylomo-nas methanica.
Основными условиями отбора являлись скорость роста культуры микроорганизма и продукты реакции температура, рН среды (табл. 2).
Таблица 2
Основные пути метаболизма и условия роста
№ Культуры микроорганизмов Основные пути метаболизма Продукты реакций Условия роста
T°C pH V*
1 Bacillus subtilis Аммонификация белков СО2, КНэ, Н2О 35-370С 7,5 6-12 ч
Гидролиз крахмала декстрины
Гидролиз гликогена крахмал
Восстановление нитратов азот
2 Bacillus mycodies Аммонификация белков СО2, КНэ, Н2О Оптим 30-32°C, 7,0-9,5 9-10 ч
Образование ацетоина ацетоин
Гидролиз крахмала декстрины
Редукция нитратов нитраты, азот
3 Bacillus megaterium Аммонификация белков СО2, КНэ, Н2О Оптим 30°C 3-45°C 6,5-7,6 6-12 ч
Восстановление нитратов нитриты
Гидролиз крахмала декстрины
Гидролитическое отщепление фосфорной кислоты из органических соединений Н3РО4
4 Bacillus licheniformis Восстановление нитратов азот Оптим 37°C 6,5-7,0 6-12 ч
Образование ацетоина ацетоин
5 Escherichia coli Восстановление сульфатов сероводород и сера 37°C 6,5-7,6 8 ч
Аммонификация белков белки СО2, КНз, Н2О
Нитриты и нитраты как акцептор для молекулярного азота
6 Pseudomonas aeruginosa Восстановление нитратов азот 42°C Оптим 37°C 7,2-7,8 8 -12 ч
Окисление глюкозы глюконовая кислота
Гидролиз белков аминокислоты
7 Desulfosarcina variablis Восстановления нитритов аммоний 28-33 °C 6,8-7,0 -
Восстановление сульфатов сероводород и сера
Desulferella acetivorans Восстановления нитритов аммоний
8 Восстановление сульфатов сероводород и сера 52-57°С 6,8-7,0 -
Окисление карбоната СО2, 6,0-9,0 Оптим. 6.856,90
9 ThюbaciПus denitriflcans Окисление серы и сульфида сульфиты и сульфаты 30-37°С 9 -36ч
Нитриты и нитраты как акцептор для молекулярного азота
10 Nitrosomonas europaea Окисление аммиака нитриты 20-30°С 6,0-9,0 18 ч
11 Nltrosomonas oligotropha Окисление аммиака нитриты 20-32°С 6,0-9,0 1112ч
12 Nltrosomonas aestuarii Окисление аммиака нитриты 20-32°С 6,0-9,0 18 ч
13 Nitrobacter Редукция нитратов нитраты, азот 28-35° С 6,5-7,6
alkalicus СО2 как источник углерода
14 Nitrobacter Редукция нитратов нитраты, азот 30-37° С 6,0-8,6
winogradskyi СО2 как источник углерода
Methanobacteri 6,0 до 8,5
15 um thermoautotrop hicum Восстановление карбоната ацетат 35-65°С -
16 Methylomonas methanica Ассимиляция метана метанол, формальдегид, муравьиная кислота и СО2 30°С 6,0 до 8,5 -
■ Период развития культуры микроорганизмов.
В результате анализа данных, представленных в таблице 1, выявлены основные общие условия культивирования микроорганизмов: рН среды 6,0 -7,5, температура 35±3°С и скорость роста от 6 до 15 часов. Продуктами биохимической реакции и промежуточными метаболитами являются СО2, Н2О, 8° или Н28, N° или N03", N02", КНз+.
На основании представленных данных условий роста и основных путей метаболизма загрязнителей модельной сточной воды выбранными культурами микроорганизмов, их симбиотических отношений была разработана схема предполагаемых путей утилизации основных загрязнителей модельной сточной воды и выдвинуто предположение о
возможном их совместном культивировании (рис. 1).
Культуры микроорганизмов способны потреблять продукты реакций других микроорганизмов, образуя замкнутый цикл, с образованием простых соединений в результате поэтапного действия микроорганизмов.
На основании результатов теоретических исследований (рис. 1) утилизации загрязнителей модельной сточной воды предлагаемыми культурами микроорганизмами в результате окислительно"вос-становительных реакций, предположили, что процесс протекает в 4 этапа:
Рис. 1 -
Схема утилизации основных компонентов модельной сточной воды предлагаемыми культурами
микроорганизмов
Аммонификация и ацетатное брожение. Пептон утилизируется в процессе аммонификации в результате действия следующих культур микроорганизмов Bacillus subtilis, Bacillus mycodies, Bacillus
megaterium, Bacillus licheniformis, Pseudomonas aeruginosa (рис. 2).
Рис. 2 - Схема протеолиза, происходящих в результате действия микроорганизмов
Процесс аммонификации протекает в две стадии:
1. Декарбоксилирование - образование углекислого газа и первичных аминов из аминокислот, образуемых при взаимодействии с внеклеточными и внутриклеточными протеолитическими ферментами, называемых экзо- и эндоферментами.
R-CHNH2-COOH => R-CH2NH2 + СО2. (1)
2. Дезаминирование - отщепление аминогрупп, приводящее к выделению аммиака. CHNH2-COOH + 1/2О2 => R-СО-СООН + NH3, (2)
реакция протекает с помощью НАД-зависимых дегидрогеназ:
R-CHNH2-COOH + НАД+ + Н2О => R-CO-COOH+
НДН + NH (3)
или в форме гидролиза:
H2N-CO-NH2 + Н2О => 2NH3 + СО2. (4)
Образовавшиеся первичные амины, окисляются при взаимодействии с кислородом до воды и углекислого газа, ещё и азота:
4CH3NH2 + 902 => 4СО2 + IOH2O + 2N2.(5)
Образованный аммиак на данном этапе является продуктом реакции, который тесно связано с процессом нитрификации.
Возможно ацетатное брожение, осуществляемое культурами Escherichia coli и Streptococcus thermophilus, которые получают недостающие электроны для окислительно-восстановительных процессов из ацетатного остатка, получаемого при диссоциации натрия ацетата модельной сточной воды:
CH3COONa + ЗН2О <=> CH3COOH + NaOH. (6)
NaOH => Na+ + H2O (натрий участвует в K-Na+ насосе). (7)
CH3COOH => CH3COO- + H+. (8)
Катион водорода (H+) выступает в качестве донора электронов для других реакций, анион ацетата (CH3COO-) связывается с ионами Na, образуя натрия ацетат, который участвует в образование углекислого газа, используемый метанобактериями рода Methanobacterium thermoautotrophicum.
Время культивирования культуры Escherichia coli составляет от 8 до 12 часов. Возможно, Esche-richia coli участвует на 1 этапе в процессе аммонификации. Образовавшиеся в результате дезамини-рования и декарбоксилирования продукты могут, как окисляться микроорганизмами с целью получения энергии в виде АТФ, так и участвовать в реакциях промежуточного обмена [14, 15].
Процесс нитрификации (окисление нитрита до нитрата с выходом свободной энергии). Длительный процесс, в котором участвуют Nitrosomonas europaea, Nitrosomonas oligotropha, Nitrosomonas aestuarii приостанавливается при отсутствии в системе нитрита или нитрата, проходящий в два этапа.
Первый этап - окисление аммиака гидрофосфат аммония - (NH4)2HPO4 до нитрит-аниона, который протекает следующим образом:
(NH4)2HPO4 => 2NH3+ + H3PO4. (9) NH3+ + O2 + НАДН2 => NH2OH + H2O + НАД+.(10) NH2OH + H2O => HNO2+ 4H++ 4e-. (11) 1/2O2+ 2H++ 2e- => H2O. (12)
Азотистая кислота диссоциирует на нитрит-анион и катиона водорода, участвующего в до-норно-акцепторных связях. Образование азотистой кислоты в среде требует подтверждения.
Второй этап - окисление нитрит-аниона до нитрат-аниона, протекает в одну реакцию:
NO2-+ H2O => NO3-+ 2H++ 2e- [17].(13)
Полученный нитрат-анион выступает в процессах денитрификации в качестве субстрата, до образования молекулярного азота, в котором участвуют культуры Nitrobacter alkalicus, Nitrobacter winogradskyi.
Процесс нитрификации непосредственно связан с процессом денитрификацией.
Возможно участие сульфатредуцирующих микроорганизмов, Desulfosarcina variabilis; Desulferella acetivorans, способных кроме восстановления нитритов до аммония, участвовать в дис-симиляционной сульфатредукции используя сульфат магния. Магний входит в состав рибонуклеата
магния, который локализован на поверхности грам-положительных бактерий:
MgSO4 => Mg2+ + SO42-. (14)
SO42- +2H+ +ATФ => AФС + PPi, (15) где АФС - аденозинфосфосульфат, PPi - пиро-фосфат.
У многих бактерий аденозинфосфосульфат (АФС) подвергается еще одному фосфорилирова-нию с участием АТФ, в результате которого образуется фосфоаденозинфосфосульфат. Затем адено-зинфосфосульфат (или его фосфорилированное производное) восстанавливается с образованием сульфита в реакции, катализируемой соответствующей редуктазой:
АФС + 2е- => АМФ + SO32-. (16)
Под действием процесса гидролиза тиосульфат натрия превращается в пиросульфат натрия (Na2S2O5), реакция обратима, в следующем процессе пиросульфат натрия при нагревании образует сульфит натрия и небольшое количество диоксида серы:
Na2S2O5 => Na2SO3 + SO2]. (17)
Диоксид серы, растворяется в воде с образованием сернистой кислоты, реакция обратима.
SO2 + H2O <=> H2SO3 (18)
Сульфит натрия диссоциирует в водной фазе на сульфат-ион (SO32-) и иона натрия (Na+), который участвует в К-Na насосе, в удалении избытка ионов Са2+ из клетки и активном транспорте аминокислот внутри клетки микроорганизмов:
Na2SO3 => 2Na+ + SO32-. (19) Механизм восстановления сульфита, образованного в результате реакций (16) и (19) до H2S при диссимиляционной сульфатредукции до конца не выяснен. Обсуждаются два пути. Согласно первому из них восстановление сульфита до сульфида (как и при ассимиляционном восстановлении сульфата) катализируется одним ферментом. Более вероятен второй путь, по которому этот процесс протекает трехступенчато с участием сульфит-, тритионат- и тиосульфатредуктазы и сопровождается образованием тритионата (S3O62-) и тиосульфата (S2O32-) в качестве свободных промежуточных продуктов:
3SO32- + 2е- => S3O2 (20)
S3O2 + 2е- => S2O32- + SO32- (21)
S2O32- + 2е- => S2- + SO32- (22)
При этом в реакциях 21 и 22 регенерируется сульфит, служащий субстратом реакции 20. [21, 22] Не исключено, что у разных представителей группы восстановление сульфита до сульфида происходит по одно- или трехступенчатому пути.
Культура Thiobacillus denitrificans способна использовать карбонат из гидрокарбоната натрия и карбоната натрия модельной сточной воды в качестве источника углерода.
Реакция разложения карбоната натрия проходит в 3 стадии с образованием углекислоты:
Na2CO3 +2H2O => H2CO3 + 2NaOH. (23) NaOH =>Na+ + H2O (натрий участвует в K-Na+ насосе). (24)
а) Na2CO3 +2HO <=> NaHCO3 + NaOH. (25) б) NaHCO3+2HO => H2CO3 + NaOH. (26) в) H2CO3 => H2O + CO2. (27)
Реакция разложения гидрокарбоната натрия проходит в 1 стадию с образованием углекислого газа, воды и щелочи, которая диссоциирует до катиона Na+ и воды:
NaHCO3 + H2O => H2O + CO2Т + NaOH. (28) 2CO2 + 4H2 => CH3COOH + 2H2O. (29) NaOH => Na+ + OH- (30)
Часть ацетат-аниона идет на образования ацетата натрия: ацетат-анион (CH3COO-) связывается с ионами Na, образуя натрия ацетат и углекислый газ, используемый метанобактериями рода
Methanobacterium thermoautotrophicum.
NaHCO3 + CH3COOH => CH3COONa + H2O + CO2T. (31)
Другая часть идет на образование метана:
CH3COOH => CH4T + CO2T. (32)
NaOH => Na+ + H2O (натрий участвует в K-Na+ насосе). (33)
Процесс денитрификации (восстановление нитрата до азота). Процесс напрямую связан с процессом нитрификации, происходит в анаэробных условиях и подавляется в присутствии молекулярного кислорода, культурами микроорганизмов Ni-trobacter alkalicus, Nitrobacter winogradskyi. Катализируют реакции нитратредуктаза. Процесс протекает постадийно:
NO3-=> NO2-=> NO => N2O => N2. (34) В качестве источника энергии могут использовать нитрат калия и нитрат-анион, образуемый на этапе нитрификации [17].
Образование метана из ацетата и карбонатов. В процессе принимают участие культуры Methanobacterium thermoautotrophicum, ассимилируя ацетаты, образуемые в результате реакций (6) и (29). Выделяемый метан подвергается дальнейшей ассимиляцией культурой Methylomonas methanica до метанола (35), формальдегида (36) и муравьиной кислоты (37):
1) CH4 + O2 => CH3OH (реакция протекает c
помощью НАДН2). (35)
2) CH3OH = > HCOH +2H (участвует в строение клетки). (36)
3) НСОН + H2O => HCOOH + 2H (37) Муравьиная кислота (HCOOH) расщепляется
культурой Escherichia coli до углекислого газа и молекулярного водорода в соотношение 1:1 с помощью формиатгидрогенлиазы:
4) HCOOH => CO2 +2H. (38)
Метаногенные бактерии Methanobacterium thermoautotrophicum в основном получают энергию за счет окисления молекулярного водорода в процессах, сопряженных с восстановлением СО2, образуемого в ходе реакций (1), (4), (5), (27), (28), (31), (32) и (38):
4Н2 + СО2 => СН4 + 2Н2О. (39)
В компонентах модельной сточной воды присутствуют соединения в составе, которых фосфорные остатки KH2PO4 - гидрофосфат калия двузаме-щенный и (NH4)2HPO4 - гидрофосфат аммония под воздействием реакции диссоциации распадаются на катионы калия и аммония и анион фосфорного остатка - являются минеральными соединениями.
Используются всеми микроорганизмами, как гете-ротрофами, так и автотрофами, являются источником фосфора, участвующего в образовании белков и липидов в клетках микроорганизмов:
KH2PO4 => K+ + 2H+ + PÜ43'. (40)
а) KH2PO4 => K+ + H2PO4-. (41)
б) H2PO4- => H+ + HPÜ42-. (42)
в) HPO2 => H++ PO43-. (43)
Наиболее важный процесс активного транспорта культур микроорганизмов - это работа Na/K-насоса, в котором участвуют диссоциированые катионы K+-Na+ для стабилизации внутри- и внеклеточного пространства клеток [17].
В результате метаболизма соединений модельной сточной воды предлагаемыми микроорганизмами, участвующими в образовании биологической ассоциации, конечными продуктами являются углекислый газ, остатки фосфорной кислоты, сера или сероводород, азот и вода.
В заключение предлагаем технологию создания синтетических консорциумов, основанная на знаниях метаболизма микроорганизмов, их сим-биотических взаимоотношений и типов загрязнителей сточных вод, позволит наиболее эффективного очищать различные стоки в соответствии с нормирующими документами.
ВЫВОДЫ
1. В результате анализа литературы изучены основные группы загрязнителей сточных вод, к числу которых относятся общий азот (азот аммонийный, нитратный и нитритный), сульфаты, фосфаты и хлориды, углерод и жиры, тяжёлые металлы, щелочи и кислоты.
2. Выбраны культуры микроорганизмов, такие как Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus mycodies, Bacillus megaterium, Bacillus licheniformis, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus thermophi-lus, Nitrosomonas europaea, Nitrosomonas oli-gotropha, Nitrosomonas aestuarii, Thiobacillus deni-trificans, Desulfosarcina variabilis, Desulferella acetivorans, Nitrobacter alkalicus, Nitrobacter wino-gradskyi, Methanobacterium thermoautotrophicum, Methylomonas methanica, обладающие активностью к широкому спектру загрязнителей различной химической природы.
3. Для выбора наиболее активных культур, способных утилизировать выше указанные загрязнители на первом этапе исследований целесообразно использовать модельную сточную воду (ГОСТ Р50595-93).
4. На основе результатов исследований условий и основных путей метаболизма предлагаемых культур микроорганизмов, их симбиотических отношений было разработана схема предполагаемых путей утилизации основных загрязнителей модельной сточной воды.
5. По результатам анализа литературы в процессе биотрансформации компонентов модельной сточной воды предлагаемыми культурами микроорганизмов конечными продуктами являются:
аммиак, углекислый газ, остатки фосфорных кислот, нитрит-анион, сера или сероводород, азот, метан и ацетат.
6. Таким образом, на основании изучения загрязнителей сточных вод и основных путей метаболизма, условий роста, симбиотических отношений культур микроорганизмов, обладающих активностью по отношению к определенным группам загрязнителей, можно создавать синтетические консорциумы для решения конкретных задач в области очистки сточных вод.
Литература
1. Почва и компост [Текст]: Тимирязевская академия советует. - М.: Изд-во Эксмо, Изд-во Лик пресс, 2001. - 144 с.
2. Дегтярева И.А. Рекультивация нефтеза-грязненной почвы при использовании микроорганизмов-деструкторов и бентонита / Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2012. - Том 15, №5. - 134- 136 с.
3. Дегтярева И.А. Оценка влияния природных ассоциаций углеводородокисляющих микроорганизмов на состояние нефтезагрязненной почвы / Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. // Ученые записки Казанского ун-та. - Казань, 2011. - Том 153, кн. 3. - 137-143 с.
4. Ломако Е.И., Алиев Ш.А. Рекомендации по расчету баланса гумуса в земледелии и потребности в органических удобрениях // Казань: РИВЦ МСХ и П РТ, 2002. - 55 с.
5. Ермакова А.В. Психроактивные анаэробные консорциумы и новые метаногены из антропогенных мест обитания: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Москва, 2013. - 383 с.
6. Белясова Н.А. Микробиология [Текст]: [учебник] / Н.А. Белясова. - Минск: Вышэйшая школа, 2012. - 445 с.
7. Банникова Д.А. Доминирующие микробные сообщества активного ила и их роль в очистке сточных вод: Автореф. дис. канд. вет. наук. -Москва, 1997. - 45 - 47 с.
8. Виноградский С.Н.. Микробиология почвы [Текст]: Изд-во АН СССР, 1952.
9. Костычев С.П. Новейшие исследования по биодинамике почв // Природа. - 1927. - Т. 16. - № 5. - 355-372 с.
10. Новикова Н.И. Современные представления о филогении и систематике клубеньковых бактерий // Микробиология. — 1996. —Т. 65, № 4. - С. 437-450.
11. Rhizobiaceae. Молекулярная биология бактерий, взаимодействующих с растениями /Под ред. Спайнка Г., Кондороши А., Хукаса П. Рус. перевод под ред. Тихоновича И.А., Проворова Н.А. — СПб., 2002. — 567 с.
12. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера [Текст]: Изд-во М.: Наука, 1989.-264 с.
13. http://ekotsentr.ru/popup_menu.php?id=56. (дата обращения 19.04.2018).
14. Владимирова В.С. Совершенствование биологических очистных сооружений города Крас-новишерска/ В.С. Владимирова // Вестн. ПНИПУ. Стр-во и архитектура / Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. - Пермь, 2015. - № 1. - 185-197 с.
15. Алферова Л.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий комплексов и районов / Л.А. Алферова, А.П. Нечаев; под ред. С.В. Яковлева. - М.: Стройиздат, 1984. -272 с.
16. Мурыгина В.П., Калюжный С.В. Кинетические закономерности биодеградации алифатических углеводородов бактериями Rhodococcus ruber и Rhodococcus erythropolis // Прикладная биохимия и микробиология. 2007. Т. 43, № 6. 657-663 с.
17. Рыбальский Н.Г. Экобиотехнологиче-ский потенциал консорциумов микроорганизмов / Н.Г. Рыбальский, С.П. Лях. М.: ВНИИПИ. - 1990. -Т.1 - 23 с.
18. Хотянович А.В. Методы культивирования азотфиксирующих бактерий, способы получения и применение препаратов на их основе / А.В. Хотянович. - Л., 1991. - 60 с.
19. Байер В. Биофизика. - М.: ИЛ, 1962; В.Ф. Антонов «Мембранный транспорт» №6 1997. - С. 14-20.
20. Жизнь растений. Том 1 Введение. Бактерии и актиномицеты Под ред. чл. -кор. АН СССР, проф. Н. А. Красильникова и проф. А. А. Уранова, М. - Просвещение. 1974. - 487 с.
21. Шлегель Г. Общая микробиология. — М.: Мир, 1987. - С. 429-433.
22. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию: Учебное пособие. - М. Книжный дом «Университет». 2001. - С. 149-150.
23. Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах / Под ред. Й. Ленглера, Г. Древса, Г. Шлегеля. — М.: Мир, 2005. - С. 363-368.
24. http://medbiol.ru/medbiol/microbiol/000fa6 f5.htm#000157eb.htm (Дата обращения: 02.05.2018).
25. Dimroth P.A new sodium-transport system energized by the decarboxylation of oxaloacetate. FEBS Lett., 1980, v. 122, p.234-236.
26. Oleskin A.V. Social behaviour of microbial populations/ A.V. 01eskin//J. Basic Microbiol.-1994. Vol.34.-P.425-439.
27. O'Toole G.A. Biofilm formation as microbial development/ G.A. O'Toole, A.H. Kaplan, R. Kolter//Annu.Rev. Microbiology. -2000.Vol.4.-P.49-79.
28. Wagner M. Microbial community composition and function in wastewater treatment plants/ M. Wagner, A. Loy, R. Nogueira, N. Lee, H. Daims //Antonie van Leeuwenhoek.-2002.Vol.81 .-P.665-680.
29. Webb J.S. Cell death in Pseudomonas aeruginosa biofilm development/ J.S. Webb, L.S. Thompson, S. James, T. Charlton, T. Tolker-Nielsen, M. Givskov, S. Kjelleberg//J. Bacteriol.-2003.Vol.l85.-P.4585-4592.1.
30. Zeikus J.G., Wolfe R.S. Methanobacterium thermoautotrophicus sp. nov., an anaerobic, auto-trophic, extreme thermophile // J. Bacteriol. 1980. V.109. p.707-713.
