способ биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений

Формула изобретения

Способ биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений, в частности от пространственно-затрудненных алкилфенолов, путем введения в среду штамма аэробных бактерий и биогенных добавок, отличающийся тем, что в качестве штамма аэробных бактерий используют штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25 ВКПМ В-8613 и очистку ведут в присутствии фенола и/или толуола при концентрации пространственно-затрудненных алкилфенолов, фенола и толуола не более, мг/л: 150:2000:2000 соответственно или не более 150 мг/л пространственно-затрудненных алкилфенолов к 4000 мг/л фенола или толуола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к биохимической очистке сточных вод от фенолсодержащих соединений, содержащих, в частности, пространственно-затрудненные алкилфенолы.

Известен способ очистки сточных вод от фенолов экстракцией в присутствии углеводородов [АС 806616, заявка 2357297 от 10.05.76], однако этот метод приводит к вторичному загрязнению с точных вод и имеет высокие показатели по остаточному фенолу.

Известен способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментных препаратов, выделенных из гомогенатов растительных тканей [АС 939407, заявка 2966341 от 09.06.80]. Недостатком этого метода является трудоемкость процесса приготовления ферментных препаратов путем промывки гомогената растительных тканей ацетоном или растиранием в фосфатном буфере.

Известен биологический способ очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментного препарата о-дифенилоксидазы, иммобилизованного на саже [AC 914507, заявка 2966313 от 11.06.80], но он затрагивает лишь стадию биоокисления пирокатехина, являющегося метаболитом в промежуточном окислении фенола бактериальными штаммами.

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенолов грибами Botrytis cinerea и Phytoptora infestans [AC 912684, заявка 2856399 от 20.12.79].

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенольных соединений при рН 6-8,5 в течение 1-3 суток с помощью дереворазрушающего гриба - белой гнили Polyporus versicolor [AC 969684, заявка 3277087 от 20.04.81].

Известен способ биохимической очистки предварительно разбавленных сточных вод от органических соединений путем культивирования микроорганизмов-дрожжей рода Candida в условиях аэрации с последующим отделением микроорганизмов [АС 975588, заявка 3006003 от 01.08.80].

Известно применение штамма Pseudomonas aeruginosa №28, разлагающего фенол [АС СССР №499227, заявка №203990 от 01.07.74].

Наиболее близким является способ очистки сточных вод от фенольных соединений с использованием штамма бактерий Mycobacterium stegmalis ВКМ В-1205 [АС 1597384, заявка 4368424 от 23.10.87].

Однако вышеперечисленные способы очистки длительны по времени, трудоемки и обеспечивают невысокую степень очистки сточных вод от фенольных соединений, в частности от пространственно-затрудненных алкилфенолов, трудно поддающихся биодеградации, содержащихся, например, в сточных водах производств фенольных антиоксидантов.

В сточных водах производства фенольных антиоксидантов, например ЗАО «Стерлитамакский нефтехимический.завод», содержатся алкилированные пространственно-затрудненные фенолы следующего состава, % масс.:

2,6-ди-трет-бутилфенол	- 10-20
фенол	- 20-30
фенилтретбутиловый эфир	- 3-6
2,4-ди-трет-бутилфенол	- 2-4
2-трет-бутилфенол	- остальное.

Задачей изобретения является повышение качества очистки сточных вод и ускорение процесса биодеградации пространственно-затрудненных алкилфенолов.

Технический результат достигается за счет биохимической очистки сточных вод с помощью штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25, кроме того, в стоки вышеприведенного состава для более быстрой и качественной очистки добавляют фенол и/или толуол, можно в составе сточных вод, при концентрации пространственно-затрудненных алкилфенолов, фенола и толуола не более, мг/л: 150:2000:2000 соответственно или не более, мг/л: 150:4000 алкилированных фенолов к фенолу или толуолу.

В качестве активной подложки на активированном угле используется штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25, предварительно выращенный на феноле и сорбированный на активированном угле. Штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25 был выделен из фенолзагрязненых почв Стерлитамакского нефтехимического завода путем культивирования почвенного образца в минерализованной среде и последующим отбором наиболее активных форм. Штамм депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под номером В-8613, осуществляет эффективную биологическую деградацию ароматических соединений и отличается от известных морфологическими, физиологическими и культуральными признаками.

Морфологические признаки. Палочки с 1-полярным жгутиком. Грамотрицательны. Спор не образуют. В мазках располагаются поодиночке, парами, короткими цепочками.

Культуральные признаки. Рост на мясо-пептонном агаре колониями серовато-белого цвета с неровными краями. Отмечали синевато-зеленое окрашивание среды и характерный запах цветущей липы. На мясо-пептонном бульоне через 18 часов отмечалось равномерное помутнение среды, появление толстой пленки на поверхности и осадка на дне. Характерно образование слизи.

Физиологические признаки. Аэроб, оптимальная температура роста 25-33°С, максимальная 42°С, отсутствие роста при 4°С.

Биохимические признаки. Гидролизует желатину, крахмал не гидролизует. Растет в чисто минеральной среде, в факторах роста не передается. Утилизирует цитрат на среде Симменса, оксидаза положительна. Расщепляет глюкозу в среде Хью-Лейфсона в аэробных условиях, в анаэробных условиях лактозу не расщепляет, не образует индол.

При ферментации на качалочных колбах штамм разрушает фенол в концентрации 1000 мг/л за 4 часа на 99,98%. На проточной лабораторной установке в иммобилизованном состоянии на активированном угле штамм окисляет фенол концентрацией не менее 2500 мг/л за 1 час.

Культивирование в лабораторных условиях. Фенолразрушающую активность штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25 поддерживают на жидкой минерализованной среде, в которую добавлен фенол, например, следующего состава, г/л:

Фенол	- 0,1
КН2PO4	- 0,16
Na2HPO 4	- 0,55
(NH4)2 SO4	- 0,50
MgSO4·7H 2O	- 0,20
FeSO4·7H2O	- 0,01
CaCl 2·2H2O	- 0,01

pH 7,2.

Суспензию бактерий вводят в жидкую среду путем смыва с косячков небольшим количеством стерильной водопроводной воды из расчета 1-3% об.

Штамм хранится на твердых агаровых средах при температуре +4°С. В предлагаемом изобретении для хорошего обрастания биофильтра биомассой используются легкоокисляемые ароматические соединения, такие как фенол и толуол.

Добавление данных соединений позволяет более быстро и качественно очистить сточные воды, чем при раздельной очистке от пространственно-затрудненных алкилфенолов.

Теоретически этот синергетический эффект можно объяснить следующим.

Лабораторные исследования показывают различия в удельных скоростях роста биомассы на таких субстратах, как фенол, толуол, алкилфенолы, которые для Pseudomonas aeruginosa XP-25 составляют, соответственно: 0,7; 0,58; 0,38 ч^-1 в случае с толуолом, а тем более фенолом, биомассе не требуется высокого энергетического потенциала для создания двойной гидроксилирующей системы на ароматическом кольце. Нециклические интермедиаты, которые появляются в результате орто-расщепления ароматической структуры, включаются в нормальный метаболизм клеток, о чем свидетельствует хорошее обрастание биофильтра биомассой.

Таким образом, из-за различий в удельных скоростях роста система фенол и/или толуол поддерживает повышенную плотность биомассы на биофильтре, облегчая тем самым биодеградацию алкилированных фенолов с экранированным гидроксилом на ароматическом кольце.

Способ иллюстрируется примерами.

Определение содержания фенольных соединений и толуола осуществляют спектрофотометрически в ультрафиолетовой области (240-400 нм) на приборе «Specord UV-VIS», при этом для каждого вещества строят калибровочный график.

Пример 1. Лабораторная установка состоит из колонки, наполненной активированным углем, работающей в режиме протока сточных вод. Снизу колонки подается воздух. Штамм Pseudomonas aeruginosa XP-25 иммобилизован на сорбенте. Соотношение диаметра и высоты колонки - 1:10. В установку подают пространственно-затрудненные алкилфенолы вышеприведенного состава в суммарной концентрации 100 мг/л биогенную добавку. Объемная скорость протока - 1 л/ч. После часового удержания сточных вод в биофильтре концентрация алкилфенолов на выходе - 2,83 мг/л.

Пример 2. Процесс обесфеноливания проводят аналогично примеру 1, но алкилфенолы подают в концентрации 135 мг/л, а также дополнительно вводят фенол в концентрации 1000 мг/л. После часового удержания сточной воды в биофильтре отмечают отсутствие фенолов на выходе.

Данные других экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ примера	Концентрация соединений на входе, мг/л			Суммарная концентрация соединений на выходе, мг/л
	фенол	толуол	алкилфенолы
3	4000	-	135	1,5
4	1000	1000	137	отс
5	2000	2000	135	отс.
6	-	2000	135	отс.
7	2500	2500	135	13,8
8	-	4000	150	1,6

Таким образом, при биоочистке фенолсодержащих сточных вод, содержащих, в частности, пространственно-затрудненные алкилфенолы, с помощью штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25 и дополнительном введении фенола и/или толуола, можно совместно со стоками, наблюдается улушение качества очистки сточных вод, полное биоокисление всех ароматических соединений за небольшой промежуток времени.