Успехи В.Р. Арутюнова, Е.В. Дементьева РАЗРАБОТКА

Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №8
УДК 628.355
В.Р. Арутюнова, Е.В. Дементьева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА
БАКТЕРИЦИДНЫХ
ПРЕПАРАТОВ
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ АКТИВНОГО ИЛА
ДЛЯ
Исследована бактерицидная активность реагентов, содержащих комплексы ионов
Cu /Zn2+ и индивидуальных аминокислот, в отношении микробных изолятов, выделенных из
метантенка и аэротенка. Установлено, что наиболее выраженное бактерицидное действие проявляется при использовании комплексов на основе меди в присутствии аспарагиновой и глутаминовой кислот, валина, метионина, пролина и лизина. При использовании реагентов на основе
цинка наибольшую активность показали серин, изолейцин, гистидин, глицин и аланин. Проведены пилотные испытания реагентов в отношении образцов активного ила. Показано, что обеззараженный ил по содержанию тяжелых металлов не превышает ПДК и может быть использован в качестве удобрения.
Bactericidal activity was studied reagents containing copper /zinc complexes and individual
amino acids by the microbial isolates selected from the anaerobic digester and aeration tank. Found
that the most expressed bactericidal effect appears when using the copper-based complexes in the
presence of aspartic and glutamic acids, valine, methionine, proline and lysine. When using zinc reagents showed the highest activity of serine, isoleucine, histidine, glycine and alanine. Pilot tests were
conducted for samples active sludge. It is shown that by treatment sludge content of heavy metals does
not exceed the maximum allowable concentration and may be used as fertilizer.
2+
Интенсивный рост мегаполисов и расширение промышленного комплекса ведет за собой увеличение объемов городских сточных вод. Загрязнение окружающей среды и ухудшение санитарно-гигиенических условий
жизни людей связано с проникновением в подземные воды и почву токсичных веществ, тяжелых металлов, а также патогенной микрофлоры, содержащейся в осадках городских очистных сооружений. Обладая высокой
токсичностью и обсемененностью, такие осадки представляют серьезную
экологическую и эпидемиологическую угрозу [1].
Следует отметить, что осадки сточных вод содержат большое количество ценных органических и минеральных веществ, что может быть использовано для получения высокоэнергетического топлива или в качестве удобрения.
Особенно ценным сырьем является активный ил, образующийся в процессе
101
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №8
биологической очистки сточных вод. Он содержит все необходимые минеральные вещества и по содержанию калия уступает лишь навозу [2; 3].
Применение избыточного активного ила допустимо лишь после его
обезвоживания, переработки и обеззараживания. Традиционно переработка
и обеззараживание осуществляется путем вывоза в накопители или отвалы,
сжигания, аэробной стабилизации и компостирования, анаэробной минерализации метаногенным сообществом [4]. Однако данные методы эффективны лишь для небольших объемов отходов, дорогостоящи и не всегда
способны обеспечить полное обеззараживание или переработку ила.
Решение вышеуказанных проблем виделось в создании иловых
карт, предназначенных для отстоя избыточного активного ила в течение
нескольких лет. Однако такой подход привел к накоплению ила в картах,
их переполнению и, как следствие, загрязнению почв и грунтовых вод.
На сегодняшний день такие карты занимают тысячи гектаров. Кроме того, даже спустя годы, в пробах обнаруживаются бактерии группы кишечной палочки [5].
Таким образом, возникает проблема одновременного обеззараживания больших объемов избыточного активного ила с возможностью его
дальнейшего использования.
В настоящее время на кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева проводятся исследования, направленные на использование белоксодержащих отходов различного происхождения для получения антибактериальных препаратов, селективных в отношении бактерий группы кишечной палочки и сальмонелл.
Известно, что аминокислоты и пептиды образуют комплексы с ионами Cu2+, Zn2+, Ni2+ и др. В ходе экспериментов было установлено, что
препараты, содержащие такие металлорганические комплексы, оказывают
бактерицидное действие на патогенную микрофлору.
Механизм воздействия реагентов на бактерии группы кишечной палочки пока до конца не изучен, однако широко известен антимикробный
эффект ионов Cu2+ на клетки E.coli. В настоящее время рассматривается
несколько возможных причин такого эффекта:
1) ингибирующее действие меди, нарушающее синтез белка и
нуклеиновых кислот;
102
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №8
2) снижение уровня восстановленных тиолов и глутатиона в клетках;
3) влияние меди на энергетические процессы, протекающие на
мембране, нарушение ее барьерных функций;
4) изменение структурно-функциональных свойств мембраны [6].
Материалы и методы
В работе были использованы микробные изоляты бактерий группы
кишечной палочки, выделенные из образцов активного ила аэротенка и метантенка (тест-культуры), а также образцы ила, любезно предоставленные
Люберецкой станцией аэрации.
В качестве бактерицидных препаратов были использованы многокомпонентные системы, включающие хелатные комплексы на основе ионов Cu2+/Zn2+ и индивидуальных аминокислот. Кроме того, были исследованы комплексы, содержащие белковые гидролизаты.
Определение минимальной эффективной концентрации осуществляли следующим способом: тест-культуры выращивали на жидкой селективной среде Эндо, содержащей лактозу, в анаэробных условиях в течение суток. После стабилизации pH до 8,0 к заданному объему культуры приливали различное количество реагента. Спустя 24 часа производили высев образцов на селективно-индикаторную среду Эндо и термостатировали еще в
течение суток. Оценку минимальной эффективной концентрации реагента
проводили по результатам высевов.
При осуществлении пилотных экспериментов были использованы
образцы ила из иловых карт. К образцам добавляли различное количество
реагентов и термостатировали в течение трех суток. После был произведен
высев на селективно-индикаторную среду Эндо.
Результаты и обсуждения
В результате оценки бактерицидного действия реагентов, содержащих комплексы меди и индивидуальных аминокислот, на тест-культуры,
выделенные из метантенка и аэротенка, были получены следующие результаты: наибольшую подавляющую активность в отношении обеих
культур проявили такие аминокислоты как пролин, валин, метионин, лизин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты.
103
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №8
Однако было замечено, что препараты, содержащие глицин, серин и
аланин, оказывают различное действие на разные тест-культуры. Например,
эффективный в отношении микробных изолятов аэротенка, серин, не оказал
подавляющего действия на микробный изолят, выделенный из метантенка.
Кроме того, было обнаружено, что металл, входящий в состав препаратов, также влияет на эффективность обеззараживания.
По результатам экспериментов (табл. 1) был сделан вывод, что эффективность применения реагентов зависит от ряда факторов. Так, аминокислотный состав определяет минимальную эффективную концентрацию реагента,
при которой наблюдается подавление патогенной микрофлоры. Кроме того,
микробиологический состав активного ила, образующегося в различных технологических условиях, в разной степени чувствителен к реагентам одинакового состава, а также к реагентам, содержащим различные металлы.
Таблица 1. Минимальная эффективная концентрация различных реагентов
по содержанию Cu2+ и Zn2+
Аминокислота
Аланин
Аспарагиновая
кислота
Валин
Гистидин
Глицин
Глутаминовая
кислота
Изолейцин
Лизин
Метионин
Пролин
Серин
Минимальная эффективная
концентрация Cu2+, мг/л
Микробные
Микробные
изоляты
изоляты
метантенка
аэротенка
183,4
162,8
Минимальная эффективная
концентрация Zn2+, мг/л
Микробные
Микробные
изоляты
изоляты
метантенка
аэротенка
891,2
891,2
244,1
244,1
1175,1
823,3
270,2
1003,4
2100,1
270,2
620,7
1948,5
451,6
110,2
621,4
790,0
432,4
823,2
440,0
1092,6
550,8
820,6
730,6
442,6
218,2
53,6
1528,2
980,1
224,7
218,2
113,7
300,4
545,3
430,6
110,3
341,2
664,3
436,2
608,4
110,3
910,6
534,6
Следует отметить, что обеззараженный по данной технологии ил по
содержанию тяжелых металлов не превышает ПДК, а, значит, может быть
использован в качестве удобрения.
Таким образом, использование реагентов на основе аминокислот (пептидов) и тяжелых металлов позволяет решить проблему иловых карт и дает
104
Успехи
в химии и химической технологии. Том XXVII. 2013. №8
возможность использования активного ила в сельскохозяйственных целях, однако их состав в каждом конкретном случае должен подбираться отдельно.
Библиографический список
1. Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. –
Л.: Стройиздат, 1988. – 248 с.
2. Технические записки по проблемам воды: Пер. с анг. В 2-х т. Т.1 /
Под. ред. Т.А.Карюхиной и др. – М.: Стройиздат, 1986. – 607 с.
3. Полетаева Т. Н. Утилизация осадков сточных вод малых
очистных сооружений //Коммунальное хозяйство городов. – 2006. – №.
72. – С. 151-155.
4. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод
/ Учебник для вузов: – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов,
2006 – 704 с.
5. Глушанкова И. С. и др. Детоксикация осадков сточных вод
биологических очистных сооружений //Чистый город. – 2009. – №. 1. – С. 45.
6. Самофалов А. С., Тихонова Я. В., Артюшкова Е. Б., Секерина И.
Ю., Завидовская К. В., Лазурина Л. П. Изучение противомикробной
активности полимерных форм, содержащих комплексные соединения меди
и железа // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 1.
УДК 579.66:663.18
А.С. Дерунец, В.Д. Смирнова, А.В. Белодед
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
ВЫСОКОПЛОТНОСТНОЕ НЕПРЕРЫВНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
МОЛОЧНОКИСЛЫХ
БАКТЕРИЙ
В
МЕМБРАННОМ
БИОРЕАКТОРЕ
Исследовалась возможность интенсификации биосинтеза молочной кислоты при использовании мембранного биореактора. Определены оптимальные параметры непрерывного
культивирования молочнокислых бактерий в мембранном биореакторе.
The possibility of intensification of lactic acid biosynthesis using a membrane bioreactor was
investigated. The optimum parameters for continuous cultivation of lactic acid bacteria in a membrane
bioreactor were determined.
105