СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СРЕДСТВО И СМЕШАННАЯ БАКТЕРИАЛЬНАЯ ПОПУЛЯЦИЯ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C02F3/34 C12N1/20 C12M1/00 C12R1/01 C12R1/07 C12R1/38 C12R1/41 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу биологической очистки сточных вод, бактериям и смешанной бактериальной популяции, подходящих для этого способа, и их применению. Кроме того, изобретение относится к биореактору, содержащему указанные бактерии или смешанную популяцию.

Описание уровня техники

Традиционно воду очищают физическими, а также химическими методами, например, путем осаждения, фильтрации или флоккуляции (WO 94/5866, WO 88/5334). Для того чтобы удалить органические вещества и другие вещества, которые трудно очистить, предпочтительно, используют также так называемую биологическую очистку, при которой очищаемую воду приводят в контакт с микроорганизмами, которые разлагают загрязняющие агенты. Способы биологической очистки пригодны для использования как в традиционных установках очистки воды, так и на промышленных установках очистки сточных вод. Биологическая очистка воды также испытана в системах с рециркуляцией воды (FI 964141). Биологическая очистка воды также является необходимой при очистке просачивающейся воды со свалки, например, до сброса этой воды в окружающую среду.

Однако способ биологической очистки труднее регулировать, чем физические или химические способы очистки. Во-первых, необходимо найти микроорганизмы, которые разлагают загрязняющие агенты. Во-вторых, эти микроорганизмы должны обладать способностью легко выживать и воспроизводиться в условиях протекания процесса очистки воды. Иными словами, применяемые для очистки воды микроорганизмы должны выдержать конкуренцию с другими организмами в воде для того, чтобы предотвратить отклонения в культивировании. Кроме того, микроорганизмы, применяемые для очистки воды, не должны обладать чувствительностью к изменениям их среды, что часто происходит в процессе очистки воды при изменении нагрузки.

Для очистки воды применяются многие виды микроорганизмов, включая бактерии и простейшие, такие как жгутиковые. Часто применяемые бактерии включают виды из рода Pseudomas, но также часто используют представителей из родов Alcagenes, Acinetobacter или Rhodococcus. Часто применяются смешанные популяции, отчасти идентифицированные и некоторые не идентифицированные, которые содержат большое число различных микроорганизмов. Лучше всего подходят для очистки воды аэробные микроорганизмы или организмы, способные жить в различных условиях, и в этом случае целесообразно нагнетать воздух в очищаемую воду для того, чтобы повысить эффективность процесса очистки.

При культивировании микроорганизмов обычно среду для выращивания необходимо стерилизовать для того, чтобы предотвратить культивирование от формирований, загрязненных внешними организмами. Поскольку при очистке сточных вод обрабатываются большие количества воды, для биологической очистки также требуются большие количества биомассы. Производство такой биомассы в стерильных условиях является трудоемкой и дорогой операцией; поэтому производство биомассы в нестерильных условиях, при отсутствии какой-либо опасности загрязнения формирований весьма желательно. Настоящее изобретение обеспечивает новую технологию ферментации, в которой отсутствует необходимость в стерилизации. Это возможно, если в способе используются особенно подходящие для этого способа микроорганизмы, причем эти микроорганизмы выращиваются на питательных веществах, подходящих для них.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к микроорганизмам, которые необычайно хорошо приспособлены к биологической очистке сточных вод. Эти микроорганизмы особенно хорошо соответствуют упомянутым выше требованиям, предъявляемым к микроорганизмам, подходящим для биологической очистки воды. Кроме того, микроорганизмы этого изобретения настолько специфичны, что их биомассу можно производить в нестерильных условиях, с использованием среды культивирования, в которой другие микроорганизмы неспособны конкурировать. Это обеспечивает большую экономию затрат и потребления энергии в процессе биологической очистки воды, причем результаты очистки воды также являются превосходными. Вода, очищенная согласно данному изобретению, пригодна даже для повторного использования.

Таким образом, изобретение относится к бактериям вида Bacillus DT-1, имеющим номер депонента DSM 12560, и их потомству, вида Pseudomonas DT-2, в последующем идентифицированным как Pseudomonas azelaica, имеющим номер депонента DSM 12561, и их потомству, и к бактериям прежнего вида Pseudomonas, названного теперь видом Rhizobium и имеющего номер депонента DSM 12562, и его потомству. Позднее, анализы 16S rДНК показали, что эта бактерия имеет наибольшее сходство с представителями рода Rhizobium, поэтому в последующем она будет рассматриваться в рамках этого рода. Кроме того, изобретение относится к следующим штаммам бактерий, облегчающим очистку воды: Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, вид Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519, и их потомству. Штаммы DSM 12560-12562 депонированы в Deutsche Saimnlung von Mikroorganismen und Zeilkulturen GmbH на 1 декабря 1998 и DSM 13516-13519 на 29 мая 2000 г.

Кроме того, изобретение относится к смешанной бактериальной популяции, отличающейся содержанием бактерий вида Bacillus DT-1, имеющим номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющим номер депонента DSM 12561, и/или вида Rhizobium DT-5, имеющего номер депонента DSM 12562, и их потомству.

Кроме того, изобретение относится к применению упомянутых выше бактерий или смешанной бактериальной популяции при очистке сточных вод и к способу очистки сточных вод, отличающемуся тем, что биологическую очистку воды осуществляют с помощью микроорганизмов, принадлежащих к группе вида Bacillus DT-1, имеющего номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющего номер депонента DSM 12561, и вида Rhizobium DT-5, имеющего номер депонента DSM 12562, и их потомству.

Кроме того, изобретение относится к биореактору, отличающемуся тем, что в нем содержатся микроорганизмы, принадлежащие к группе вида Bacillus DT-1, имеющего номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющего номер депонента DSM 12561, и вида Rhizobium DT-5, имеющего номер депонента DSM 12562, и их потомству. Биореактор представляет собой реактор, в котором осуществляется процесс биологической очистки.

Чертежи

Фиг.1 - схематический вид системы очистки просачивающейся воды.

Фиг.2а - профиль жирных кислот бактериального штамма DT-1.

Фиг.2b - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-1.

Фиг.3а - профиль жирных кислот бактериального штамма DT-2.

Фиг.3b - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-2.

Фиг.4 - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-5.

Фиг.5 - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-6.

Фиг.6 - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-10

Фиг.7 - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-12.

Фиг.8 - распечатка анализа жирных кислот бактериального штамма DT-13.

Подробное описание изобретения

Микроорганизмы, растущие в мыльной смеси, обогащают, удаляя сточную воду промышленной установки, и затем адаптируют их путем культивирования в биореакторе, содержащем сточные воды со свалки. Таким образом, выделяют три штамма бактерий, которые были лучше остальных. Указанные штаммы бактерий представляют собой виды: Bacillus DT-1, имеющий номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющий номер депонента DSM 12561, и вид Rhizobium DT-5, имеющий номер депонента DSM 12562. Эти бактерии могут культивироваться в водопроводной воде, содержащей 1-4 г/л мыла. В таких условиях могут активно расти только очень немногие микроорганизмы; поэтому эту среду культивирования не нужно стерилизовать при производстве биомассы указанных трех бактерий. Эти штаммы выдерживают весьма высокую концентрацию мыла, приблизительно до 40 г/л. Лучше всего они растут при концентрации мыла около 0,3-0,5 г/л.

Кроме способности расти в среде культивирования, в которой большинство других бактерий неспособны к воспроизводству, указанные штаммы бактерий весьма эффективны при удалении органических веществ из сточных вод. Обычно их содержание оценивают как общее ХПК, что означает общее химическое потребление кислорода (мг О₂/л); Выделенные штаммы бактерий могут, в частности, разлагать соединения, которые трудно разлагаются, такие как хлорфенолы, полициклические ароматические углеводороды (соединения ПАУ) и масла. Они также удаляют тяжелые металлы. В объем данного изобретения входит также потомство указанных штаммов, относящееся к такому потомству указанных штаммов, которое обладает практически такой же производительностью при очистке сточных вод, как и депонированные штаммы.

Бактерии вида Bacillus DT-1, Pseudomonas azelaica DT-2, и вида Rhizobium DT-5 дополнительно имеют тенденцию к флоккуляции, и в этом случае они образуют так называемый биологический каркас, который включает комки, содержащие микроорганизмы и другие частицы, и который способствует очистке.

Особенно хорошие результаты при очистке сточных вод достигаются, когда при биологической очистке воды используют смешанную бактериальную популяцию, содержащую один или несколько видов бактерий, выбранных из группы, содержащей бактерии вида Bacillus DT-1, Pseudomonas azelaica DT-2, и вида Rhizobium DT-5 и их потомство. Наилучшие результаты при очистке достигаются при использовании смешанной популяции, которая включает все три штамма бактерий и/или их потомство. Кроме этих трех штаммов, смешанная бактериальная популяция может дополнительно содержать штаммы микроорганизмов, которые эффективны при очистке воды и которые оказывают благоприятное объединенное действие на производительность процесса очистки.

Наилучшие результаты при очистке достигаются, когда штаммы микроорганизмов DT-1, DT-2, и/или DT-5 используют совместно с одним или более штаммами бактерий из группы: Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, вид Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519, и их потомством. Указанные четыре штамма были выделены из биопленки последнего блока четырехкаскадного биореактора для очистки воды, содержащей различные мыла. Они могут быть выращены в той же самой среде культивирования и в тех же условиях, что и DT-1, DT-2, DT-5. Штаммы DT-6, DT-10, DT-12 и DT-13 улучшают иммобилизирующие (фиксирующие) свойства биопленки, которая поддерживает матрицы, когда они смешиваются со штаммами DT-1, DT-2, и DT-5. Объединение штаммов также улучшает процесс очистки сточных вод в результате повышенной стойкости образовавшейся биопленки к отравляющим веществам.

Вид Bacillus DT-1 представляет собой палочку шириной приблизительно 1,0-1,2 мкм и длиной 3,0-6,0 мкм. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с видом В. cereus составляет 99,3% и с видом В. thuringiensis - 100%. В тестах идентификации DT-1 реагирует, как показано ниже:

Анаэробный рост+Реакция VP +Значение рН в бульоне VP4,8Рост в среде с рН 5,7+72%NaCl+5%+7%-10%-Лизосомный бульон+Кислота из: L-арабинозы-D-ксилозы-D-маннита-D-фруктозы+Лецитиназа+Гидролиз:  казеина+Tween 80слабыйэскулина+Использование пропионата-Индоловая реакция-Фенилаланиндеаминаза+Гемолиз+Рост при содержании пенициллина 900 ед./мл+

Pseudomonas azelaica DT-2 представляет собой палочку шириной приблизительно 0,5-0,7 мкм и длиной 1,5-3,0 мкм с 1-3 полярными жгутиками, причем флуоресцирующие пигменты отсутствуют. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с видом Pseudomonas azelaica составляет 99,8%. Штамм DT-2 реагирует, как показано ниже:

Лизис под действием 3% КОН+Аминопептидаза (Cerny)+Лецитиназа-Использование: арабинозы-адипината+маннита-глюконата+капрата+

Вид Rhizobium DT-5 представляет собой палочку шириной приблизительно 0,5-0,7 мкм и длиной 1,5-3,0 мкм. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с родом R. giardini составляет 98,6% и подобие с родом Phyllobacterium myrisinacearum составляет 98,6%. Ниже приведены результаты физиологического теста, которые не подтверждают ни один из этих родов.

Лизис под действием 3% КОН+Аминопептидаза (Cetny)+Анаэробный рост-Цитрат Симмонса+Использование: арабинозы+маннозы+маннита+адипината-

Прочие морфологические, физиологические и биохимические характеристики штаммов бактерий DT-1, DT-2 и DT-5 показаны в табл.1.

Таблица 1.
Морфологические, физиологические и биохимические характеристики штаммов бактерий DT-1, DT-2 и DT-5ХарактеристикаРеакция штаммаDT-1DT-2DT-5Клеточная морфологияПрямая или слегка искривленная палочкаПрямая палочкаПалочкаПодвижность+++Образование эндоспор+--Форма спорЭ--Положение спорТ--Расширенный спорангий---Окрашивание по ГрамуПООКаталаза+++Оксидаза+++Восстановление нитрата в нитрит++-Денитрификация +-Аргининдигидролаза++-Гидролиз:+--крахмалажелатина+--ацетамида--+Уреаза--+Расщепление ароматического ядра-Орто-Рост при температуре: +++35°С39°С++-40°С+--41°С+--43°С---Использование:Ацетата+++D-аланина-+-L-аланина-++β-аланина-+-L-аргинина+++L-аспарагина±+±L-аспартата±+-Цитрата++-L-цистеина--+L-цистина---Этанола-+-D-глюкозы+++Глутамата++±Глицерина+--Глицина---L-гистидина-++пара-Гидроксибензоата-+-Мезоинозита--+Лактозы---L-лейцина±++L-лизина±+-Малата++1Малоната+--Метанола---L-метионина---L-пролина-++DL-серина+--Сукцината+++Сахароза±-+DL-треонин---D-трегалоза±-+DL-триптофан±--L-тирозин-+±П - положительнаяО - отрицательнаяЭ - эллиптическая формаТ - терминальный

Кроме того, были определены профили жирных кислот для штаммов бактерий DT-1, DT-2 и DT-5, которые показаны на фиг.2-4. Бактерии выращивали 24 ч при температуре 28°С на триптоновом агаре соевого бульона, причем для анализа жирных кислот цельной клетки были приготовлены метиловые эфиры кислот, как описано в публикации ″Структура и состав биологической слизи на машинах по производству бумаги и картона″, Appl. Environ. MicrobioL, т.60, с.641-653 Vaisanen, O.M., E-L.Nurmiaho-Lassila, S.A.Marmo and M.S.Salkinoja-Salonen. (1994). Была использована библиотека аэробного TSBA, версия 3.9 (MIDI Inc. Newark, DE, USA). Время удерживания (в минутах) показано на оси ″х″ фигур 2а и За, а интенсивность пика показана на оси ″у″ тех же самых фигур. Соответствующие распечатки анализов жирных кислот приведены на фиг.2b, 3b и 4. Профиль жирных кислот DT-1 является типичным для группы В. cereus. Профиль DT-2 является типичным для РНК группы 1 псевдомонад, и профиль DT-5 указывает на группу Rhizobium.

Pseudomonas.azelauca DT-6 представляет собой грам-отрицательную подвижную палочку шириной 0,5-0,7 мкм и длиной 1,5-3,0 мкм, имеющую 1-3 полярных жгутика, причем флуоресцирующие пигменты отсутствуют. Распечатка анализа жирных кислот (фиг.5) является типичной для РНК группы I псевдомонад. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с видом Ps. azelaica DT-6 составляет 99,8%. Штамм DT-6 обладает следующими физиологическими реакциями:

Лизис под действием 3% КОН+Аминопептидаза (Cerny)+Оксидаза+Каталаза+АДГ - антидиуретический гормон+Нитрит из нитрата+ДенитрификацияСлабаяУреаза-Гидролиз желатина-Лецитиназа-Использование (API 20NE): глюкозы+арабинозы-адипинатэ+малата+маннита-глюконата+капрата+

Вид Azospirillium DT-10 представляет собой грам-отрицательную палочку шириной 0,8-1,2 мкм и длиной 2,0-4,0 мкм. Распечатка анализа жирных кислот (фиг.6) является типичной для α-подгруппы протеобактерий и указывает на род Azospirillium. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с другими представителями рода Azospirillium составляет между 92% и 97,4%. Наибольшее подобие отмечено для Azospirillium lipoferum. Физиологические реакции штамма DT-10 показаны ниже. Они указывают на род Azospirillium, но не являются типичными для A. Lipoferum. Вероятно, DT-10 является новым видом этого рода.

Лизис под действием 3% КОНСлабыйАминопептидаза (Cerny)+Оксидаза+Каталаза+Нитрит из нитрата+Уреаза+АДГ-Гидролиз: желатина-эскулина-Использование (единственного источника углерода): глюкозы-арабинозы-адипината-малата+маннита-фенилацетата-цитрата-  капрата-глюконата-мальтозы-N-ацетилглюкозамина-альфа-кетоглутарата+сахарозы-m-инозита-D-фруктозы+рамнозы-арабита-рибозы-Рост при 41°С-c3%NaCl-

Вид Ancylobacter aquaticus DT-12, представляет собой грам-отрицательную искривленную палочку шириной 0,5-0,7 мкм и длиной 1,5-2,0 мкм. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с Ancylobacter aquaticus составляет 98,8%, а подобие с Tiobacillus novellus составляет 97,8%. Анализ жирных кислот (фиг.7) указывает на α-протеобактерии. Показанные ниже данные физиологических тестов ясно идентифицируют вид Ancylobacter aquaticus.

Лизис под действием 3% КОНСлабыйАминопептидаза (Cerny)+Оксидаза+Каталаза+АДГ-Уреаза-Гидролиз: желатина-эскулина+Нитрит из нитрата-Денитрификация (24 ч)-Использование: глюкозы+(слабое)цитрата+арабинозы+маннозы-маннита+мальтозы-N-ацетилглюкозамина-глюконата-малага+фенилацетата-метанола+формиатаслабое

Вид Xanthobacter DT-13 представляет собой неправильную грам-отрицательную подвижную палочку шириной 0,8-1,0 мкм и длиной 1,5-3,0 мкм. Определение частичной последовательности 16S rДНК показывает, что подобие с другими представителями рода Xanthobacter составляет от 98,5 до 99,3%, причем максимальное подобие отмечено с X. falvus (99,3%). Профиль жирных кислот является типичным для α-подгруппы протеобактерий. С помощью физиологических тестов не удалось провести надежное различие между видами этого рода (т.е. не обнаружено никакого образования пигмента и слизи). Данные физиологических тестов показаны ниже:

Лизис под действием 3% КОН+Аминопептидаза (Cerny)+Оксидаза+Каталаза+АДГ-Уреаза (24 ч)-Гидролиз: желатина-эскулина-Утилизация нитрата-Использование: фенилацетата-цитрата-малата+арабинозы-маннозы-маннита-капрата-мальтозы-адипината+малоната+метанола-m-инозита-m-тартрата+D-глюконата+фенилаланина-

Описанные выше бактерии пригодны для использования при очистке сточных вод. Затем бактерии можно культивировать сначала в минимальной солевой среде (KSN) в шейкере. По желанию, можно добавлять соевый пептон (0,5 г/л), триптон (0,1 г/л), глюкозу (0,2 г/л) и ацетат калия (0,3 г/л). Температура культивирования бактерий составляет приблизительно 20-30°С. После этого увеличивают объем культуры, для того чтобы получить необходимую биомассу для очистки воды. Теперь нет необходимости осуществлять эту стадию в стерильных условиях, и в этом случае в качестве среды для выращивания можно использовать водопроводную воду, в которую добавлено приблизительно 0,5-4 г/л мыла. Предпочтительно применяемое мыло представляет собой смесь, содержащую анионные, катионные, амфотерные и неионные поверхностно-активные вещества. Предпочтительно использовать смесь различных видов мыла, таких как очищающие агенты, кондиционеры тканей и моющие средства для белья и посуды. Бактерии выращиваются в виде погруженной в воду культуры, в которую закачивается воздух. Биомасса культуры может быть получена в периодическом процессе, но предпочтительно ее получают непрерывно, в виде хемостатной культуры. При производстве биомассы предпочтительно используют носитель. Для этой цели подходит любой обычный носитель, например пластиковый. Затем полученную биомассу переносят в реактор для очистки воды, в который подают воду, предназначенную для очистки. В этом реакторе также используют носитель для бактерий, который предпочтительно является таким же, что используют при получении биомассы. Предпочтительно носитель имеет удельную плотность меньше чем 1 г/см³. Обычно носитель удерживается на месте в емкости, например, с помощью сетки (″фиксированный носитель″), но иногда носитель оставляют свободно плавать на поверхности воды в емкости (″плавающий носитель″).

Способ, согласно настоящему изобретению, особенно подходит для очистки воды, просачивающейся со свалки, и далее описан более подробно со ссылкой на фиг.1. Обычно свалка окружена канавой для сбора просачивающейся воды. Просачивающейся водой считается вода, поступающая со свалки из-за дождей и грунтовых вод. Эта просачивающаяся вода, содержащая как поверхностную воду, так и воду котловины, обычно сначала поступает в резервуар, в котором вода проходит через процесс очистки, прежде чем ее выбрасывают в окружающую среду. Вода, просачивающаяся как из глубокого грунта, так и из мелководного грунта, предпочтительно сначала поступает в отстойный бассейн, из которого она фильтруется через входную трубу 1 в колодец фильтрата 2, и из него, через транспортирующую трубу 8, в биореактор 3, содержащий указанные бактерии и носитель 5. Бактерии образуют вокруг носителя так называемую биопленку. Этот носитель вместе с бактериями обычно поддерживают ниже поверхности воды с помощью сетки. Предпочтительно биореактор содержит одну или несколько разделяющих перегородок 6, предназначенных для интенсификации циркуляции воды в реакторе. Эти разделяющие перегородки могут быть расположены на противоположных стенках, как, например, показано на фиг.1. Обычно, реактор дополнительно содержит аэратор 9 для подачи воздуха в реактор через трубу аэрации 4. Кроме того, биореактор содержит выходную трубу, из которой выходит очищенная вода.

Кроме очистки просачивающейся воды настоящее изобретение очень хорошо применимо для очистки бытовой и промышленной ″серой″ воды. Серой водой называют сточные воды, отличающиеся от воды из туалетов, например вода из душевых, рукомойников, ванных и прачечных помещений. Способ очистки, согласно изобретению, также применим для очистки сточных вод из туалетов, которые называют черной водой. Способ изобретения также можно использовать для очистки воды из прачечных и промышленных сточных вод, которые часто содержат большое количество органических загрязнений, таких как масла, полициклические ароматические углеводороды (соединения ПАУ) и/или тяжелые металлы. Данный способ также подходит для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности и для очистки воды в плавательных бассейнах.

Пример 1. Получение биомассы и пуск биореактора

Бактерии вида Bacillus DT-1, Pseudomonas azelaica DT-2, и вида Rhizobium DT-5 отдельно переносят в 200 мл стерилизованной минимальной солевой среды (KSN), имеющей следующий состав (г/л дистиллированной воды): 1,0 К₂HPO₄х3Н₂O, 0,25 Na₂HPO₄x2H₂O, 0,1 (NH₄)₂SO₄, 0,04 MgSO₄, 0,01 Са(NO₃)₂х4Н₂O, 0,05 дрожжевого экстракта, рН 7,0 - 7,3 и приблизительно 1 г/л смеси мыла. Смесь мыла содержит приблизительно равные количества следующих моющих средств: хозяйственное мыло, Comfort, Cleani Family - промышленный кондиционер, Cleani Color, Serto Ultra, Bio Luvil, Ariel Futur, Ото Color, Tend Color, Tend Mega, Tend Total и Eko Kompakt (всего около 1 г/л). Бактерии культивируют в шейкере, при скорости 150-200 об/мин и температуре 28°С.

Когда культура становится плотной, все три культуры переносят в один аппарат ферментации емкостью 500 л для того, чтобы получить необходимое количество биомассы. Этот ферментер содержит нестерилизованную водопроводную воду, всего 4 г/л указанной выше смеси мыл, и пластиковый носитель из полиэтилена, имеющий удельную плотность около 0,8 г/см³. Носитель поддерживают ниже поверхности жидкости с помощью сетки. Теперь продолжают культивирование в нестерильных условиях до степени помутнения около 2 (при 600 нм) и затем в виде хемостатной культуры. Затем первый инокулят, полученный из ферментера, вводят в разбавлении 1:10 в биореактор емкостью 6 м³, показанный на фиг.1. Этот биореактор содержит воду, просочившуюся с городской свалки, которую сначала собирают в емкости, из которой ее затем переводят в отстойный бассейн для удаления твердого вещества и затем в колодец фильтрата, из которого ее закачивают в биореактор. Вообще, система работает под действием гравитации, причем требуется единственный погружной насос в колодце фильтрата. Биореактор содержит тот же самый носитель, что и ферментер, используемый для производства биомассы. Носитель поддерживают ниже поверхности жидкости с помощью сетки. В конце биореактора бактерии флоккулируют. Процесс очистки протекает непрерывно с рабочей производительностью около 100 м³/сутки. Воздух закачивают таким образом, чтобы поддерживать содержание кислорода в очищаемой воде более 7 мг/л.

Пример 2. Очистка просачивающейся воды

Для очистки воды, просочившейся с городской свалки, используют биореактор, оснащенный, как указано в примере 1. Среднее значение химического поглощения кислорода (ХПК) в очищаемой сточной воде составляет приблизительно 0,8-6 г О₂/л. Эта сточная вода содержит, например, хлорфенолы, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и масла. Удаление этих веществ из сточной воды контролируется, в соответствии с техническим отчетом Nordtest′s №329 (принят 9603), с помощью газового хроматографа, оборудованного масс-селективным детектором. Результаты приведены в табл.2.

Таблица 2Детектируемое веществоДо биореактораПосле биореактораХПК0,8-6 г/л100-200 мг/лхлорфенолы>1 мг/л<1 мкг/лПАУ1 мг/л<1 мкг/лмасло0,2-1 мг/л200 мкг/л

Пример 3. Полномасштабная очистка муниципальных сточных вод

Сточные воды из городской установки сточных вод очищали как традиционным способом, применяемым на этой установке, так и способом, согласно данному изобретению. Традиционно, сточные воды очищают, подавая их сначала в предварительный отстойный бассейн для осаждения твердых веществ на дно. Затем предварительно отстоянную воду подают в бассейн аэробной очистки, куда добавляют сульфат железа (II) для осаждения фосфата и полиамин для осаждения биошлама. Из этого бассейна очистки воду подают далее во второй отстойный бассейн. Система очистки, согласно данному изобретению, включает пять резервуаров (танков) с суммарным объемом 7,5 м³, причем эти танки взаимно связаны следующим образом: два анаэробных танка, в которые добавляют бактерии DT-1, DT-2 и DT-5 без носителя, один аэробный танк, в котором имеется носитель (прикреплен с помощью сетки), на котором фиксируются бактерии DT-1, DT-2 и DT-5, и два танка для осаждения. Температуру процесса поддерживают при 8-15°С, скорость потока сточной воды составляет 7,5 м³/сутки. Аэрация осуществляется путем рециркуляции воды через носитель. Результаты приведены в табл.3.

Таблица 3ПараметрДо очисткиПосле традиционной очисткиПосле очистки согласно изобретениюБПК7*, мг O₂/л200-30010-1510-15ХПК_cr, мг O₂/л250-50060-7540-50Общий азот, мг N/л35-5515-2515-25Общий фосфор, мг Р/л5-100,6-1,80,5-1,8Fee. Streptococci, cfu**/100мл10⁸2×10⁴-3×10⁴2×10⁴-3×10⁴Термостойкие кишечные бактерии, cfu**/100 мл3×10⁸2×10⁴-4×10⁴2×10⁴-4×10⁴*Биологическое потребление кислорода**Колониеобразующая единица

Результаты очистки, полученные по предлагаемому способу, являются такими же хорошими или превосходят результаты, достигнутые по традиционному способу, а потребление энергии в предлагаемом способе существенно ниже. При очистке одного кубометра воды на городской установке очистки сточных вод потребляется 0,23 кВт-ч энергии, в то время как при использовании способа, согласно данному изобретению, потребляется только 0,05-0,1 кВт-ч энергии.

Пример 4. Полномасштабная очистка бытовой черной воды

Система очистки включает пять танков с суммарным объемом 6,5 м³, причем эти танки взаимно связаны следующим образом: два анаэробных танка, в которые добавляют бактерии DT-1, DT-2 и DT-5, один аэробный танк, в котором имеется носитель, на котором фиксируются бактерии DT-1, DT-2 и DT-5, и два танка для осаждения. Температуру процесса поддерживают при 8-15°С, скорость потока сточной воды составляет 0,5-5 м³/сутки. Аэрация осуществляется путем рециркуляции воды через носитель. Потребление энергии составляет 0,05-0,5 кВт-ч Результаты приведены в табл.4.

Таблица 4ПараметрДо очисткиПосле очисткиБПК7, мг O₂/л400-55003-20ХПК_cr, мг О₂/л400-600040-70Общий азот, мг N/л100-3001-5Общий фосфор, мг Р/л10-250,2-2Fee. Streptococci, cfu**/100 мл10⁸-10⁹<20Термостойкие кишечные бактерий, cfu**/100 мл10⁸-10⁹<20рН7-86,5-7

Пример 5. Очистка промышленных сточных вод, содержащих мыла и тяжелые металлы (лабораторный масштаб)

Сточные воды промышленной установки металлопокрытий очищают с помощью системы, в которой часть эффективной очистки включает шесть анаэробных и двенадцать аэробных танков. Бактерии DT-1, DT-2, и DT-5, которые зафиксированы на носителе, закрепленном сеткой, добавляют во все анаэробные и аэробные танки. В каждом танке содержатся 2 л. Вся система, состоящая из 23 танков, имеет общий объем 70 л, причем эти танки взаимно связаны следующим образом: шесть анаэробных танков (эффективный объем очистки), один танк для осаждения, шесть аэробных танков (эффективный объем очистки), один танк для осаждения, шесть аэробных танков (эффективный объем очистки), и два танка для обработки хлористым кальцием и гидроксидом натрия для того, чтобы осадить биомассу и тяжелые металлы. До очистки исходную сточную воду разбавляют в пять раз серой водой. После разбавления добавляют следующие минеральные соли: 2-10 мг/л NH₄ ⁺, 5-20 мг/л NO₃ ^-, 2-10 мг/л Mg²⁺, 0,5-2 мг/л Са²⁺, 1-10 мг/л SO₄ ^2- и 2-20 мг/л PO₄ ^3-. Температуру процесса поддерживают при 20-35°С, скорость потока воды составляет 12 л/сутки. Результаты приведены в табл.5.

Таблица 5ПараметрДо очисткиПосле очисткиХПК_cr, мг O₂/л19000-21000100-400Общий фосфор, мг Р/л19-250,3-0,7Алюминий5-60,01-0,02Хром1,3-1,50,01-0,02Медь35-400,03-0,1Железо1-20,02-0,07Свинец23-250,02-0,09Никель2-30,05-0,09Цинк30-600,003-0,007рН8-97-7,5

Пример 6. Очистка бытовой серой воды для рециркуляции (опытный масштаб)

Эффективная часть системы включает три аэробных танка объемом по 0,2 м³. Вся система содержит шесть танков с суммарным объемом 2,8 м³, причем эти танки взаимно связаны следующим образом: один танк для сбора серой воды, три аэробных танка, содержащих закрепленный носитель, на котором фиксируются бактерии DT-1, DT-2 и DT-5 (эффективный объем очистки), один аэробный танк без носителя и один танк для осаждения и последующая система фильтрации и система обработки ультрафиолетовым излучением. Температуру процесса поддерживают при 20-35°С, скорость потока воды составляет около 1 м³/сутки. Результаты приведены в табл.6.

Таблица 6ПараметрДо очисткиПосле очисткиХПК_cr, мг О₂/л150-40015-35Общий азот, мг N/л10-15<0,5Общий фосфор, мг Р/л5-10<0,1Кишечные бактерии, cfu/100 мл1,4-2×10⁶0рн7,5-8,56,5-7

Пример 7. Очистка серой воды прачечной для рециркуляции (опытный масштаб)

Эффективная часть системы включает два аэробных танка, имеющих объем 1 м³, танки, содержащие плавающий носитель, на котором фиксируются бактерии DT-1, DT-2 и DT-5. Вся система содержит десять танков с суммарным объемом 23 м³, причем эти танки взаимно связаны следующим образом: один танк для сбора серой воды, два аэробных танка, содержащих плавающий носитель (эффективный объем очистки), один танк для осаждения, три аэробных танка, содержащих закрепленный носитель с бактериями (эффективный объем очистки), один аэробный танк без носителя и два танка для осаждения. Температура воды составляет 20-35°С, скорость потока сточной воды составляет 1 м³/сутки. Результаты приведены в табл.7.

Таблица 7ПараметрДо очисткиПосле очисткиХПК_cr, мг О₂/л200-45025-35Общий фосфор, мг Р/л1-2<0,1рН8,5-97-8

Пример 8. Приращение зафиксированной биомассы

Биомассу штаммов DT-1, DT-2, DT-5, DT-6, DT-10, DT-12 и DT-13 получают и фиксируют на носителе, как изложено в примере 1, причем взвешивают количество биомассы на носителе. Вес одного диска носителя составляет 72±1 г. При фиксации штаммов DT-1, DT-2 и DT-5 на носителе вес одного диска носителя составляет 119±13 г, т.е. вес влажной биомассы на одном диске составляет 47±11 г. При фиксации всех семи штаммов бактерий на носителе вес одного диска носителя составляет 172±16 г, т.е. вес влажной биомассы составляет 91±16 г. Эти результаты показывают, что штаммы DT-6, DT-10, DT-12 и DT-13 дают почти двукратный прирост зафиксированной биомассы.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод. Предложенный способ биологической очистки предусматривает взаимодействие сточных вод с микроорганизмами, принадлежащими к группе Bacillus DT-1, Pseudomonas azelaica DT-2 и Rhizobium DT-5. Способ обеспечивает экономию энергозатрат, при сохранении качества очистки воды. Также предложено средство и смешанная бактериальная популяция для биологической очистки сточных вод. Предложенная группа изобретений может быть использована для очистки бытовой и промышленной воды. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 7 табл.

1. Способ очистки сточных вод, при котором вода вступает в контакт с микроорганизмами, принадлежащими к группе Bacillus DT-1, имеющий номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющий номер депонента DSM 12561, и Rhizobium DT-5, имеющий номер депонента DSM 12562, для биологической очистки указанной воды, после чего очищенная вода извлекается.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищают просачивающуюся воду, серую воду, черную воду, промышленные сточные воды и сточные воды из прачечных.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что биомассу, необходимую для очистки воды, получают в нестерильной среде культивирования, содержащей водопроводную воду и приблизительно 0,5-4 г/л мыла.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду также очищают одним или более микроорганизмами из группы Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что очистку сточных вод осуществляют в биореакторе, содержащем впускную трубу 8 для подачи сточной воды в реактор, выпускную трубу 7 для выпуска очищенной воды из реактора, разделяющие перегородки 6, закрепленные на противоположных стенках реактора, для интенсификации циркуляции воды в реакторе, аэратор 9 для подачи воздуха в реактор через трубу аэрации 4 и пластиковый носитель 5 с размещенной на нем биомассой, при этом носитель имеет удельную плотность около 0,8 г/см³.6. Средство для очистки сточных вод, представляющее собой бактериальный штамм Bacillus DT-1, имеющий номер депонента DSM 12560, штамм Pseudomonas azelaica DT-2, имеющий номер депонента DSM 12561, штамм Rhizobium DT-5, имеющий номер депонента DSM 12562, штамм Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, штамм Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, штамм Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и штамм Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519.7. Смешанная бактериальная популяция для очистки сточных вод, отличающаяся тем, что содержит микроорганизмы Bacillus DT-1, имеющий номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющий номер депонента DSM 12561, и/или Rhizobium DT-5, имеющий номер депонента DSM 12562.8. Смешанная бактериальная популяция по п.7, отличающаяся тем, что дополнительно содержит Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и/или Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519.9. Смешанная бактериальная популяция для очистки сточных вод, включающая микроорганизмы Bacillus DT-1, имеющий номер депонента DSM 12560, Pseudomonas azelaica DT-2, имеющий номер депонента DSM 12561, и/или Rhizobium DT-5, имеющий номер депонента DSM 12562, и дополнительно включающая Pseudomonas azelaica DT-6, имеющий номер депонента DSM 13516, Azospirillium DT-10, имеющий номер депонента DSM 13517, Ancylobacter aquaticus DT-12, имеющий номер депонента DSM 13518, и/или Xanthobacter DT-13, имеющий номер депонента DSM 13519.