СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ШТАММ ГРИБА RHIZOPUS ARRHIRUS BKMF - 592, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ, ИЗВЛЕКАЮЩЕЙ РАДИОНУКЛИДЫ И ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ ИЗ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1994 года по МПК G21F9/18 C02F3/34 

Изобретение относится к прикладной микробиологии и может быть использовано при биологической очистке от радионуклидов и тяжелых металлов сточных вод, жидких радиоактивных отходов или твердых металлов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы.

Известен способ очистки жидкостей от урана и тория, включающий использование в качестве сорбента биомассы грибов Rhizopus arrhizus [1].

Недостатком известного способа является то, что им не предусмотрена очистка жидкостей от других радионуклидов и тяжелых металлов.

Известен штамм бактерий Pseudomonas aeruginosa, биомассу которого используют в качестве сорбента для очистки жидкостей от радионуклидов, таких как уран и торий [2]. Недостатком известного штамма является отсутствие сведений о возможности использования его биомассы для извлечения из жидкостей других радионуклидов (Pu, Cs, Sr), а также тяжелых металлов.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет расширения спектра удаляемых из жидкостей радионуклидов и тяжелых металлов и снижения их остаточного содержания в обработанной жидкости.

Целью изобретения является также расширение ассортимента штаммов грибов, биомасса которых эффективно удаляет широкий спектр радионуклидов и тяжелых металлов из жидкостей.

Цель достигается тем, что по способу очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов, включающему обработку жидкостей сорбентом в виде биомассы грибов, в качестве сорбента используют биомассу грибов вида Rhizopus arrhizus, преимущественно биомассу штамма Rhizopus arrhizus ВКМF-592.

Штамм Rhizopus arrhizus ВКМF-592 депонирован во Всесоюзной коллекции микроорганизмов как типов (Каталог культур микроорганизмов, поддерживаемых в учреждениях СССР. М.: Наука, 1981, с.171).

Ниже приведены примеры реализации нового способа, иллюстрирующие применение известного штамма по новому назначению.

П р и м е р 1. Исследованные штаммы Rhizopus arrhizus хранили на косяках агаризованного сусла при температуре +4 ± 1^оС с пересевом на свежие косяки через 2-4 мес. Наработку биомассы грибов, используемой в качестве сорбента для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из растворов их солей, осуществляли в несколько стадий.

Культуру, хранившуюся на косяках, пересевали на среду следующего состава, г/л: Глюкоза 20 (NH₄)₂SO₄ 2 K₂HPO₄ 1 MgSO₄^.7H₂O 0,5 Дрожжевой экстракт 0,1
Для приготовления среды к перечисленным компонентам добавляли дистиллированную воду до 1 л. Перед стерилизацией 10%-ным раствором H₂SO₄ доводили рН среды до 6,3. Среду стерилизовали при 121^оС в течение 30 мин.

Штамм инкубировали в колбах Эрленмейера на круговой качалке при 230 об/мин и температуре 28^оС в течение 48-60 ч. Для получения биомассы полученный инокуляционный материал вносили в ту же питательную среду в количестве 5-6% по объему и инкубировали в течение 48 ч в ферментационных аппаратах фирмы Biotec при условиях: рН среды 6,3ж аэрация: два объема воздуха к одному объему среды при перемешивании со скоростью 500 об/мин при температуре 28^оС. После завершения цикла ферментации биомассу отделяли центрифугированием, промывали дистиллированной водой и использовали как сорбент для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из растворов их солей.

П р и м е р 2. Выращивание гриба проводили как в примере 1. Провели сопоставление эффективности применения биомассы разных штаммов вида Rhizopus arrhizus для удаления радионуклидов, содержащихся в растворе в присутствии тяжелых металлов.

Сорбирующие свойства биомассы трех штаммов Rhizopus arrhizus изучен на примере очистки специально приготовленных индивидуальных растворов ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pu и растворов их смеси с добавлением к растворам ионов тяжелых металлов (Fe, Ni, Cr и др.).

К суспензии биомассы добавляли известное количество радионуклидов и тяжелых металлов и затем подвергали встряхиванию на качалке с частотой около 250 раз в минуту в течение 2 ч. Затем биомассу отделяли центрифугированием.

Содержание радионуклидов и тяжелых металлов в очищаемых от них растворах определяли до и после обработки растворов сорбентом - биомассой изученных штаммв Rpizopus arrhizus.

Для удобства сопоставления во всех вариантах опыта очистке от радионуклидов и тяжелых металлов подвергали модельные растворы хлоридов ⁹⁰Sr, ²³⁷Cs, ²³⁹Pu с удельной активностью каждого элемента около 10⁷ Бк/л. Результаты приведены в табл.1 и 2, в которых приняты следующие обозначения:
С_кон - концентрация соответствующего радионуклида в растворе после проведения биосорбции, Бк/л;
К - константа распределения радионуклида между водной фазой и биомассой, л/г.сух.вес.

Величину константы определяли из выражения
K = , где А_нач и А_кон - полная активность данного радионуклида в водной среде до и после биосорбции соответственно, Бк/л;
W - масса сухого вещества в данном образце биосуспензии, г.

Для характеристики полноты извлечения радионуклидов из водной фазы рассчитывали их степень извлечения
ϒ = · 100% .

Данные, представленные в табл.1 и 2, показывают, что биомасса всех испытанных штаммов вида Rhizopus cirrhizus является эффективным сорбентом для удаления индивидуальных радионуклидов и их солей из растворов, в том числе в присутствии солей тяжелых металлов, содержание которых после обработки жидкости биомассой исследованных штаммов Rhizopus arrhizus было менее 1 мг/мл.

Следует отметить, что сорбция происходила из ультраразбавленных растворов радионуклидов (равновесная концентрация для ⁹⁰Sr была порядка 10^-8 г/л и менее, для ¹³⁷Cs - 10^-6 г/л, для ²³⁹Pu 10^-4 г/л), что свидетельствует о чрезвычайно высоком сродстве биологических структур изучаемого вида микроорганизмов к ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Pu. Наибольшую эффективность очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов обеспечивает биомасса штамма Rhizopus arrhizus ВКМА-592.

П р и м е р 3. Провели сравнение эффективности применения биомассы грибов вида Rhizopus arrhizus для очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов и биомассы других изученных видов микроорганизмов. Результаты представлены в табл.3 и свидетельствуют о наиболее высокой эффективности биомассы грибов вида Rhizopus arrhizus.

П р и м е р 4. В качестве объекта очистки был использован водный раствор хлоридов ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Pu с начальной концентрацией 9,96^.10⁵ Бк/л, 5,93^.10⁶ Бк/л и 4,21^.10⁴ Бк/л соответственно. Помимо указанных радионуклидов в очищаемой жидкости содержался FeCl₃. Таким образом, в системе кроме тяжелого металла плутония присутствовали ионы еще одного тяжелого металла - Fe³⁺ с концентрацией 7,5 мг/л.

Очистку данной жидкости проводили биомассой штамма Phizopus arrhizus ВКМF-592. Методика очистки состояла в следующем. Биомассу штамма суспендировали в очищаемой жидкости из расчета около 10 см³ сырой биомассы на 100 мл жидкости. Полученную биосуспензию перемешивали на круговой качалке не менее 30 мин с частотой около 240-250 колебаний в минуту. По завершении перемешивания биомассу отделяли фильтрованием и отмывали. После отбора пpобы на анализ очищаемую жидкость по той же методике еще раз обработали биомассой штамма Rhizopus arrhizus ВКМF-592. Следует отметить, что уже после первого цикла очистки железо присутствовало в водной фазе только в следовых количествах (< 1 мг/л).

Завершали очистку жидкости ее пропусканием через слой сырой биомассы штамма Rhizopus arrhizus (толщина слоя 25-30 мм). Биомасса находилась в колонке, на дне которой был установлен бактериальный фильтр. Жидкость пропускали через колонку со скоростью около 1 мл/ч. Результаты приведены в табл. 4 и свидетельствуют об удалении из жидкости 95,5% содержащихся в ней радионуклидов.

Использование: в прикладной микробиологии, при биологической очистке от радионуклидов и тяжелых металлов сточных вод, жидких радиоактивных отходов или твердых металлов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы. Сущность изобретения: способ очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов заключается в обработке указанных жидкостей сорбентом в виде биомассы грибов вида Phizopus arrhizus, преимущественно штамма Rhizopus arrhizus BKMF-592. 2 с.п.ф-лы, 4 табл.

1. Способ биологической очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов, включающий обработку жидкостей сорбентом в виде биомассы грибов, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют биомассу грибов вида Phizopus arrhirus. 2. Штамм гриба Rhizopus arrhirus BKMF-592, используемый для получения биомассы, извлекающей радионуклиды и тяжелые металлы из жидкостей.