СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНОГО РАСТВОРА, СОДЕРЖАЩЕГО СОЛЬ НИКЕЛЯ, ОТ ИОНОВ НИКЕЛЯ. Российский патент 2014 года по МПК C02F3/34 C12N1/20 

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/дм³ 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.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ очистки водного раствора, содержащего соль никеля, от ионов никеля. Способ предусматривает контактирование водного раствора, содержащего 20 мг Ni²⁺/л, с 0,2 г суспензии гомогенизированной культуры на 1 л раствора. Суспензия содержит следующий состав доминирующих видов цианобактерий: Phormidium ambiguum (Jom.), Phormidium boryanum (Kutz.), Leptolyngbya foveolarum (Rabenhor stex Gom), Plectonema boryanum (Gom.f.boryanum). Контактирование проводят в течение от 1 до 3 часов. Изобретение обеспечивает очистку водного раствора от ионов никеля двухвалентного до концентраций, близких к ПДК и ниже (ПДК = 0,1 мг/л). 4 пр.

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.