Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Токсическое воздействие соединений серы на теплокровных животных и человека проявляется в основном при попадании через дыхательные пути серной пыли. При этом возникает различного роды расстройства дыхательных путей, сердечнососудистой и нервной системы. А повышенные содержания сульфатов в воде ухудшают органолептические свойства воды. Поскольку сульфаты обладают слабительными свойствами, его предельно допустимая концентрация строго регламентируется нормативными актами: ПДК в питьевых водах - 500 мг/л, а в рыбохозяйственных водоемах - 100 мг/л. При избытке серы в организме образуются кожные высыпания, покраснения, возникновение бронхита, нарушение слуха, обмороки, нарушения в психике [1, 6].

Основные источники - это отвалы вскрышных пород, карьер и хвостохранилище. Воздействие данных источников фиксируется в реке Ковдора и Можель. Необходимость в дополнительных точках наблюдения есть, чтобы контролировать второе поле хвостохранилища для получения полной информации о районе загрязнения. Мероприятия заключаются в установке фильтров, улавливающие сульфаты, на сбросе вод. Среди воздействий на человек следует отметить о кожных заболеваниях и нарушении слуха [7].

Литература

1.Приказ Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» (Зарегистрировано в Минюсте России 13.01.2017 № 45203) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rulaws.ru/acts/Prikaz-Minselhoza-rossii-ot-13.12.2016-N-552/

2.Белозеров, Д.А. Проблема загрязнения подземных вод города Воронежа СПАВ / Д.А. Белозеров // Материалы научной сессии Воронежского государственного университета. Секция экологической геологии; под ред. И.И. Косиновой. - Воронеж: Изд-во «ИПФ «Воронеж», 2015. - Вып. 6. - С. 5-8.

3.Заборовская, Е.А. Анализ содержания анионов в поверхностных водах в районе воздействия Ковдорского ГОКа / Е.А. Заборовская, Д.А. Белозеров // Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы Международной научно-практической конференции (г. Воронеж, 11-12 ноября 2016 г.). - Воронеж, 2016. - Ч. 3. - С. 124-28.

4.Заборовская, Е.А. Влияние деятельности Ковдорского ГОКа на содержание анионов

инефтепродуктов в приповерхностной части гидросферы за 2014 год / Е.А. Заборовская // Школа экологических перспектив: материалы Пятого молодежного инновационного проекта; под ред. И.И. Косиновой. - Воронеж: Изд-во «ИПФ «Воронеж», 2017. - С. 63-68.

5.Волошин, А. Минералы Кольского полуострова / А. Волошин, С. Майстерман. - Мурманск: Изд-во «Мурманское книжное издательство», 1988. - 128 с.

6.СанПиН 2.1.4.1074-01. 2.1.4. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (Зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации 31 октября 2001 г. Регистрационный № 3011) [Текст]. - Введ. 2002-26-10. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 125 с.

7.Челноков, А.А. Основы промышленной экологии: учебн. пособие / А.А. Челноков, Л.Ф. Ющенко. - Минск: Высшая школа, 2001. - 343 с.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»

E.A. Zaborovskaya

INFLUENCE OF ACTIVITY OF KOVDOR ORE MINING AND PROCESSING ENTERPRISE

ON THE CONTENT OF SULFATES IN NATURAL WATERS

151

In this article, the sphere of influence of Kovdorsky GOK's activity on the content of sulfates in natural waters. The reasons for the increased content are revealed. The main factors affecting the content are analyzed. Areas of pollution are identified. On the basis of systematization, recommendations were given for further action

Key words: surface water, drainage water, natural water, man-caused water, gauging station, sulfates, Kovdor, quarry, sedimentation tank, tailings pond, MPC

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State University»

УДК 628.355.2:579.017.8

Т.В. Беленькова, О.В. Колотова, Е. А.Карасев, К.Е. Заикина

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ И ИММОБИЛИЗАЦИИ БАКТЕРИАЛЬНОГО ШТАММА С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ БИОСОРБЕНТА

ДЛЯ ОЧИСТКИ ЛИВНЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МАСЕЛ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Экспериментально определены условия лабораторного культивирования бактериального штамма, который является перспективным в качестве основы биопрепарата для очистки сточных вод от масел и нефтепродуктов: температурный оптимум для максимальной скорости роста и накопления биомассы, а также потребности в источниках углерода и азота, микроэлементах. В ходе исследований подобран оптимальный состав питательной среды. Исследована способность к утилизации дизельного топлива и отработанного масла. Подобран носитель для иммобилизации микроорганизмов

Ключевые слова: сточные воды, бактериальные штаммы, биопрепараты, жировые загрязнения, источники питания, иммобилизация, растительные отходы

Дождевые и талые воды уносят с собой большое количество загрязнений, находящихся на поверхности улиц городов и площадок предприятий. Масла и нефтепродукты являются одними из наиболее распространѐнных загрязнителей поверхностных водоемов, а в некоторых регионах также и подземных источников питьевого водоснабжения. Поэтому проблема очистки ливневых сточных вод от нефтепродуктов и масел продолжает оставаться одной из самых актуальных в водоотведении.

Вразработке новых методов очистки от перечисленных загрязнителей перспективным направлением является создание биосорбентов - материалов, совмещающих в себе возможность физико-химической сорбции нефти и ее биодеструкции под действием микроорганизмов. Особый интерес в качестве носителей (матриц) для микроорганизмов представляют материалырастительного происхождения, которые являются отходами производства. Деятельность агропромышленного комплекса Волгоградской области, на территории которой выращиваются и перерабатываются зерновые, подсолнечник, гречиха, приводит к образованию многотоннажных отходов, требующих утилизации. В литературе описаны примеры использования сорбентов на растительной основе и показана их способность высокой эффективностью извлекать нефтепродукты из поверхностных вод. Неоспоримым достоинством подобных препаратов является их низкая стоимость вследствие дешевизны сырья. Кроме того важным аспектом является и решение потенциальных экологических проблем, связанных с обычными способами утилизации отходов растениеводства - захоронением и сжиганием на полигонах.

Всвязи с вышесказанным, целью настоящего исследования стали подбор условий получения биомассы микроорганизмов, утилизирующихзагрязнения ливневых стоков, и изучение возможностей иммобилизации бактерий на носители растительного происхождения для дальнейшего получения биосорбента.

Для детального изучения с целью разработки основы биопрепарата, в результате экспериментов, проведенных с музейными культурами из коллекции лаборатории биотехнологии кафедры ПЭБЖ ВолгГТУ, был отобран бактериальный штамм ВГТУ-02, который был выделен из донных отложений Северного Каспия методом накопительных культур на селективной среде для липолитических микроорганизмов. Штамм ВГТУ-02 представляет собой короткие, одиночные и двойные, подвижные, грамотрицательные палочки.

152

С целью определения оптимального температурного режима лабораторного культивирования и дальнейшего применения в практике очистки сточных вод, изучаемые микроорганизмы выращивали при различных температурах. Для этого 0,1 мл бактериальной суспензии микроорганизмов с концентрацией 109 м.к./мл, приготовленной из суточной культуры, засевали в 5 мл жидкой питательной среды (№1), содержащей 1 % глюкозы, 1 % пептона, 0,2 % KH2PO4, 0,3 % NH4NO3, 0,05 % MgSO4 и 0,01 % FeSO4. Посевы инкубировали в течение 24 ч при температурах: 5, 16, 22, 30, 37, 40, 45 °С. Для оценки способности роста микроорганизмов при различных температурах применяли фотометрический метод, регистрируя оптическую плотность суточных бактериальных суспензий на приборе КФК-2-УХЛ-4.2, используя светофильтр 490 нм и кюветы с длиной оптического пути 5 мм. В качестве контроля использовали незасеянную микроорганизмами питательную среду [2].

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что оптимальной температурой для роста и накопления биомассы для штамма ВГТУ-02 является 37 ̊С (рис. 1).

Для проявления исследуемыми микроорганизмами максимальной деструктивной активности в отношении масел и нефтепродуктов необходимо обеспечить их источниками питания, макро- и микроэлементами. С этой целью на следующем этапе исследований изучались потребности бактерий в источниках питания. В ходе эксперимента готовили питательные среды с добавлением или исключением различных источников питания и микроэлементов. Составы питательных сред приведены в табл. 1.

Интенсивность накопления биомассы исследуемыми микроорганизмами оценивали, применяя фотометрический метод: определяли оптические плотности бактериальных суспензий в экспериментальных средах (в качестве контроля использовали соответствующую стерильную питательную среду) и рассчитывали коэффициент прироста биомассы по формуле (1):

где Dэксп.- оптическая плотность бактериальной суспензии в экспериментальной среде, Dконтр. - оптическая плотность бактериальной суспензии в контрольной среде.

Рис. 1. Оптическая плотность суточных бактериальных суспензий ВГТУ-02 при различной температуре культивирования

Зависимости коэффициентов К от состава питательных сред графически отображена на рис. 2. Представленные на рис. 2 данные свидетельствуют о том, что изучаемые микроорганизмы не нуждаются для своего роста в таких элементах как сера и бор. В то же время калий и железо незначительно, а магний существенно снижают скорость роста и накопления

153

биомассы бактериями. Добавление в среду культивирования цинка и марганца стимулирует рост бактерий. Цинк и железо в указанных концентрациях тормозят рост исследуемого штамма [1].

Задачей следующего этапа исследования стало определение оптимального содержания в питательных средах для культивирования изучаемых бактерий источников углерода и азота, с целью добиться максимальной скорости накопления биомассы. Для решения поставленной задачи готовили питательные среды с различным содержанием глюкозы и пептона. В качестве минеральной основы для приготовления питательных сред использовали среду № 11 (табл. 1), в которую добавляли различные сочетания глюкозы и пептона в концентрациях 5 -10 % (масс.). В результате было установлено, что для максимальной скорости роста и накопления биомассы изучаемым штаммом содержание глюкозы в питательной среде должно составлять 5 % (масс.), содержание пептона - 7 %.

Таблица 1 Составы питательных сред для исследования потребностей липидоокисляющих бактерий

в источниках питания и микроэлементах

Рис. 2. Зависимость коэффициента прироста биомассы (К, %) ВГТУ-02 от состава питательных сред

154

Таким образом, в результате серии экспериментов удалось определить, что оптимальной средой для культивирования штамма ВГТУ-02 является среда следующего состава: глю-

коза - 5 %; пептон - 7 %; KCl - 0,1%; NH4NO3 - 0,3 %; MgSO4 - 0,05 %; Na2SO4 - 0,009 %; CaСl2безв. - 0,01 %. В ходе следующего эксперимента была изучена динамика роста штамма ВГТУ-02 на средах, содержащих в качестве единственного источника углерода нефтепродукты. Полученная зависимость представлена на рис. 3.

Рис. 3. Динамика изменения численности ВГТУ-02 при утилизации отработанного машинного масла и нефти

Визуальная оценка культуральных жидкостей показала, что исследуемые бактерии успешно утилизировали нефть (1 % об.) и машинное масло (0,5-1 % об.), снижение концентрации субстрата в среде приводило к уменьшению скорости ростовых процессов, которые замедлились к 4 суткам культивирования. Для разработки технологии получения биосорбента исследовали способность бактерий штамма ВГТУ-02 к прикреплению на носители, представляющие собой растительные отходы сельскохозяйственного производства: лузга подсолнечника и пшеничные отруби.

Для этого отходы измельчали, классифицировали на виброситах и отбирали фракцию с диаметром частиц менее 0,1мм. Измельченные растительные компоненты стерилизовали в сухожаровом шкафу при температуре 160 °С в течение 1 ч.

Иммобилизацию микроорганизмов на растительные носители осуществляли методом статической адсорбции путем перемешивания взвеси микроорганизмов (109м.к./мл), приготовленной из суточной культуры, в фосфатном буфере (рН=7) и носителя на магнитной мешалке при скорости 100 об./мин и температуре 30 °С. Исходную концентрацию микроорганизмов определяли высевом взвеси на чашки с МПА. По истечении времени перемешивания производили высев надосадочной культуральной жидкости на МПА для определения остаточной концентрации микроорганизмов в суспензии. Количество иммобилизованных бактериальных клеток в % от исходного (Ки) определяли по формуле (2):

бактериальной суспензии.

Результаты эксперимента по подбору носителя для иммобилизации микроорганизмов представлены в табл. 2.

С целью разработки промышленной технологии производства сорбентов на основе растительных отходов была исследована возможность прикрепления микроорганизмов, выращенных глубинным способом в жидкой среде оптимального состава (выше). Выращивание

155