способ очистки водного раствора, содержащего соль никеля, от ионов никеля.

Формула изобретения

Способ очистки водного раствора, содержащего соль никеля, от ионов никеля, характеризующийся тем, что проводят контактирование водного раствора, содержащего 20 мг Ni²⁺/л, с 0,2 г суспензии гомогенизированной культуры на 1 л раствора, содержащей следующий состав доминирующих видов цианобактерий: Phormidium ambiguum (Jom.), Phormidium boryanum (Kutz.), Leptolyngbya foveolarum (Rabenhor stex Gom), Plectonema boryanum (Gom.f.boryanum), в течение от 1 до 3 часов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая разработка относится к области микробиологии и может быть использована в биотехнологии и охране окружающей среды, в частности в процессах устранения последствий спонтанных и систематически возникающих загрязнений водных объектов ионами никеля в концентрациях до 20 мг/дм³, а также при доочистке сточных вод, бытовых стоков, содержащих указанный металл.

Биосорбент представляет собой гомогенизированную культуру комплекса безгетороцистных цианобактерий с доминированием цианобактерий (ЦБ) видов рода Phormidium. Предлагаемая разработка позволяет расширить спектр известных биосорбентов.

Для очистки сточных вод от никеля применяют реагентные, электрохимические, ионообменные и некоторые другие физико-химические способы, преимущественно реагентные, осуществляемые на установках непрерывного и периодического действия и основанные на химическом окислении, восстановлении и осаждении растворенных веществ [5]. Но, несмотря на существующее разнообразие физико-химических методов, они не всегда отвечают требованиям экологической безопасности и экономической эффективности. Очень часто после очистки остается достаточно большое количество тяжелых металлов в растворе. Например, при электродиализной очистке снижение происходит на 75% [1], остаточная концентрация никеля после обработки диметилглиоксимом составляет 0,3 мг/л [2]. Известен способ очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, в частности от ионов меди, путем сорбции на древесных опилках, обработанных 4-метил-8-оксо-5-азадекадиен-3,9-ОН-2 при массовом соотношении опилки - реагент 1:0,05÷0,1 [3]. Однако такой способ модифицирования опилок является неэкономичным, так как подразумевает применение дорогостоящего реагента в количестве 5-10% от массы сорбента, а также приводит к загрязнению окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой разработке, то есть прототипом, является способ извлечения ионов никеля из водных растворов путем контактирования их с сорбентами на микробиологической основе, содержащей компоненты активного ила [4].

Недостатками прототипа являются:

- невысокая эффективность способа очистки (до 84%);

- непредсказуемое влияние применения такого способа очистки на экологическое состояние водного объекта, который очищают активным илом.

Задачей изобретения является создание способа извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, позволяющего:

- очищать растворы и снижать степень токсичности среды, не уменьшать степень пригодности для живых организмов, руководствуясь тем, что биологические способы не вызывают вторичного загрязнения остатками вносимых в воду реагентов;

- повысить степень извлечения до концентраций, не превышающих ПДК.

Предлагаемый способ включает контактирование водных растворов солей металла с суспензией гомогенизированной культуры от 1 до 3 часов в соотношении 0,2 г биомассы на литр раствора. При этом из индивидуальных растворов с концентрацией 20 мг Ni ²⁺ /дм³ степень очистки составляет 99,4-99,9%, что соответствует снижению концентрации никеля до уровня ПДК (0,1 мг/дм³ ) и менее. Уже в первые минуты после контакта концентрация металла снижается на 98,5%. Из растворов, содержащих смесь с ионами меди (II), за промежуток времени, равный 1-3 часам, концентрация никеля снижается на 98,8%. При проведении очистки воды от ионов никеля нет необходимости в постоянном встряхивании, достаточно перемешать культуру ЦБ в растворе, содержащем ионы никеля, 1-2 раза в течение времени контакта (от 1 до 3 часов). Установлено, что для получения культуры микроорганизмов, способной к биосорбции, необходимо выращивать матричный материал в течение 0,5-2 месяцев на среде Громова № 6 с азотом, гомогенизировать полученную массу до однородной суспензии, состоящей из отдельных нитей ЦБ 1-5 минут при 9000 об./мин. До применения суспензия цианобактерий может храниться в холодильнике не менее двух месяцев и применяться без повторной гомогенизации.

Достижение необходимого положительного результата стало возможным при следующем составе доминирующих видов:

Phormidium ambiguum (Jom.), Phormidium boryanum (Kutz.), Leptolyngbya foveolarum (Rabenhor stex Gom), Plectonema boryanum (Gom. f. boryanum).

Достижение положительного эффекта поясняется следующими примерами:

Пример 1.

В раствор объемом 99 мл, содержащий 20 мг/дм³ ионов никеля (в качестве соли никеля брали NiSO₄ 7H₂O), помещали 1 мл суспензии клеток микроорганизмов, с биомассой 0,02 г. Перемешали, через час определили остаточное содержание ионов никеля, остаточная концентрация составила 0,13±0,02 мг/дм³.

Пример 2.

В раствор объемом 99 мл, содержащий 20 мг/дм³ ионов никеля (в качестве соли никеля брали NiSO₄ 7H₂O), помещали 1 мл суспензии клеток микроорганизмов, с биомассой 0,02 г. Перемешали, через три часа определили остаточное содержание ионов никеля, остаточная концентрация составила 0,04±0,01 мг/дм³.

Пример 3.

В раствор объемом 99 мл, содержащий 20 мг/дм³ ионов никеля (в качестве соли никеля брали NiSO₄ 7H₂O), помещали 1 мл суспензии клеток микроорганизмов, с биомассой 0,02 г. Перемешали, сразу после перемешивания определили остаточное содержание ионов никеля, остаточная концентрация составила 0,31±0,05 мг/дм³.

Пример 4.

В раствор объемом 99 мл, содержащий 20 мг/дм ³ ионов никеля и 20 мг/дм³ меди (в качестве соли никеля брали NiSO₄ 7H₂O, медь брали в виде соли CuSO₄ 5H₂O) помещали 1 мл суспензии клеток микроорганизмов, с биомассой 0,02 г. Перемешали, через час определили остаточное содержание ионов никеля, остаточная концентрация составила 0,23±0,07 мг/дм³.

Комплекс выделенных микроорганизмов не влияет отрицательно на экологическое состояние показателей объекта, поэтому их можно использовать и в природных объектах. Более того, указанный цианобактериальный комплекс является источником многих ростостимулирующих веществ для растений. После использования биосорбента для очистки растворов от никеля его можно использовать в качестве удобрения. Используемый в качестве сорбента цианобактериальный комплекс обладает способностью к самовосстановлению с сохранением структуры и видового состава компонентов при культивировании на питательной среде Громова № 6 с азотом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пучкова Л.Н. Мониторинг сточных вод, содержащих сульфиды, хром и никель, и разработка методов их очистки. Автореф. канд. техн. наук. Уфа, 2006.

2. Патент № 2010012 (13) C1, МКИ С02F, «Способ очистки сточных вод от никеля», автор(ы): Бушковский А.Л.; Кармадонов, Л.Н.; Бордунов В.В.

3. А.с. СССР № 1819669, МКИ⁵ В01J 20/22. Бюл. № 21. «Способ получения сорбента для очистки сточных вод от меди», авт. Тимофеева С.С., Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р.

4. Жуйкова Л.И. Обработка сточных вод путем использования биополимеров активного ила.: Автореф. канд. техн. наук. Щелково, 2007, 29 с., прототип.

5. Хрулева Ж.В., Куценко С.А. Очистка сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов. Материалы научно-технической Интернет-конференции: «Промышленная экология», 2010, адрес Интернет-ресурса:

ttp://ecology.ostu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=44%3A---&catid=23%3A-&Itemid=33.