Использование сульфата как терминального акцептора электронов при окислении толуола в анаэробных условиях

Деструкцию насыщенных углеводородов в аэробных условиях осуществляют подавляющее большинство микроорганизмов. Анаэробной трансформации этих соединений, при реализации которой на очистных сооружениях будет достигнута существенная экономия средств на проведение процесса очистки сточных вод, посвящено небольшое количество исследований. В то же время среди аэробных культур-деструкторов нефтепродуктов встречаются штаммы, биохимические возможности которых включают способность использовать элементы с переменной валентностью как терминальные акцепторы электронов при окислении органических веществ, а способность разрушать алифатические углеводороды является определенным биохимическим признаком при идентификации некоторых из них.

Целью настоящего исследования являлось изучение способности селекционированной ассоциации иммобилизованных бактерий на волокнистом носителе использовать сульфат как терминальный акцептор электронов для окисления толуола.

Материалы и методы включают аналитическое обобщение результатов: обзор литературных источников, проведение лабораторных исследований по стандартным и современным методикам с использованием современного аналитического оборудования.

Анализ литературных исследований показал перспективность использования селекции микроорганизмов для расширения диапазона удаляемых загрязняющих веществ при биологической очистке, позволил определить основные направления интенсификации процессов путем иммобилизации активного ила на носителе. Селекция микроорганизмов – второй важный фактор интенсификации, и в лабораторных условиях исследованы способности микроорганизмов окислять толуол в бескислородных (анаэробных) условиях.

Проведенные исследования показали, что моноароматические углеводороды, а имен- но толуол, может быть трансформирован селекционированными ассоциациями микро- организмов-деструкторов с использованием при окислении нитратов и сульфатов как терминальных акцепторов электронов.

1. Тимергазина И.Ф., Переходова Л.С. К проблеме биологического окисления нефтепродуктов углеводородоокисляющими микроорганизмами // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2012. Т. 7. С. 1−28.

2. Иваненко И.И., Новикова А.М., Духовской В.Д. Элементы с переменной степенью окисления при микробном окислении органических загрязнений воды // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. № 2 (78). С. 24−31. DOI: 10.23968/2305-3488.2019.24.2.24-31.

3. Перечень рыбохозяйственных нормативов (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды объектов, имеющих рыбохозяйственное назначение. Москва : Изд-во ВНИРО, 1994. 304 с.

4. Coschigano P.W., Young L.Y. Identification and sequence analysis of two regulatory genes involved in anaerobic toluene metabolism by strain T1 // Appl. Envir. Microbiol. 1997. V. 63. № 2. P. 652−660.

5. Evans P.J., Mang D.T., Young L.Y. Degradation of toluene and m-xylene and transformation of o-xylene by denitrifying enrichment cultures // Appl. Envir. Microbiol. 1991. V. 57. P. 450−454.

6. Langenhoff A.A.M., Brouwers-Ceiler D.L., Engelberting J.H. et al. Microbial reduction of manganese coupled to toluene oxidation // FEMS Microbiology Ecology. 1997. V. 22. P. 119−127.

7. Kartik Dhar, Suresh R. Subashchandrabose, Kadiyala Venkateswarlu, Kannan Krishnan, Mallavarapu Megharaj. Anaerobic Microbial Degradation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: A Comprehensive Review // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 2019. V. 251. Р. 25−108.

8. Rabus R., Fukui M., Wilkes H., Widdle F. Degradative capacities and 16S rRNA-targeted whole-cell hybridization of sulfate-reducing bacteria in an anaerobic enrichment culture utilizing alkylbenzenes from crude oil // Appl. Envir. Microbiol. 1996. V. 65. № 10. P. 2605−3613.

9. Lovley D.R., CvatesJ.D., Woodward J.C., Phillips E.J. Benzene oxidation coupled to sulfate reduction // Appl. Envir. Microbiol. 1995. V. 61. P. 953−958.

10. Harms G., Zender PC., Pabus P., et al. Anaerobic oxidation of o-xylene, m-xylene, and homologous alkylbenzenes by new types of sulfate-reducing- bacteria // Appl. Envir. Microbiol. 1999. V. 65. № 3. P. 999−1004.

11. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Камалов Р.Т. Использование иммобилизованного ила в аэротенке-биореакторе для интенсификации очистки сточных вод // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. № 1 (28). С. 90−97. DOI: 10.21285/2227-2917-2019-1-90-97

12. Глебова М.А., Семенова Е.Н., Бахирева О.И. Иммобилизация активного ила как способ интенсификации биологической очистки // Химия. Экология. Урбанистика. 2019. № 1. С. 372−376.

13. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. Москва : АКВАРОС, 2003. 512 с.

14. Nadir Dizge, Berrin Tansel, Banu Sizirici. Process intensification with a hybrid system: A tubular packed bed bioreactor with immobilized activated sludge culture coupled with membrane filtration // Chemical Engineering and Processing. 2011. № 50. P. 766–772.

15. Туякбаева А.У. Использование иммобилизованных углеводородокисляющих микроорганизмов в очистке загрязненных сред // International Scientific Conference «Actual Questions and Innovations in Science» Craiova, Romania, May 12, 2019. С 103−107.

16. Пукемо М.М. Совершенствование контактных биореакторов для очистки сточных вод : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва : МГСУ, 1990. 160 с.

17. Ленденев В.С., Солопанов Е.Ю. Интенсификация биологической очистки сточных вод с использованием инертной ершовой загрузки // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. № 3 (22). С. 82−87.

18. Швецов В.Н., Морозова К.М., Смирнова И.И., Семенов М.Ю., Лежнев М.Л., Рыжа- ков Г.Г., Краснов А.А. Технологическая эффективность биозагрузки производства ООО «Техводполимер» // Водоснабжение и санитарная техника. 2007. № 2. С. 33–40.

19. Швецов В.Н., Морозова К.М., Смирнова И.И., Семенов М.Ю., Лежнев М.Л., Рыжаков Г.Г., Губайдуллин Т.М. Использование блоков биологической загрузки на сооружениях очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 10. Ч. 2. С. 25–31.

20. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Сосна В.М. Регенерация синтетической загрузки в биореакторе // Известия вузов. Строительство. 2013. № 1. С. 92–101.

21. Rania Ahmed Hamza, Zhiya Sheng, Oliver Terna Iorhemen, Mohamed Sherif Zaghloul, Joo Hwa Tay. Impact of food-to-microorganisms ratio on the stability of aerobic granular sludge treating high-strength organic wastewater. // Water research. 2018. V. 147. P. 287–298.

22. Демидова Ю.Е. Иммобилизация клеток микроорганизмов // Научно-технический сбор- ник. № 35. Москва, 2001. С. 112–115.

23. Синицын А.П., Райнина Е.И., Лозинский В.И. и др. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. Москва : Изд-во МГУ, 1994. 288 с.

24. Вебб К. Иммобилизованные клетки: экологическая биотехнология. Ленинград : Химия, 1990. С. 166–189.

25. Коваленко Г.А., Кузнецова Е.В., Ленская В.М. Углеродминеральные носители для адсорбционной иммобилизации нерастущих бактериальных клеток // Биотехнология. 1998. № 1. С. 47–56.

26. Никовская Г.Н. Адгезионная иммобилизация микроорганизмов в очистке воды // Химия и технология воды. 1989. Т. 11. № 2. С. 158−169.

27. Иваненко И.И. Исследование особенности дыхания бактерий // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 62. С. 155−160.

28. Аналитическая химия промышленных сточных вод / под ред. Ю.Ю. Лурье. Москва : Химия, 1984. 448 с.

29. Унифицированные методы анализа вод / под ред. Ю.Ю. Лурье. Mосква : Химия, 1971. 376 с.