Патент на изобретение №2270807

(54) СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений, содержащих, в частности, пространственно-затрудненные фенолы, путем введения в среду штамма Pseudomonas aeruginosa ХР-25 ВКПМ В-8613 и биогенных добавок. Очистку ведут в присутствии фенола и/или толуола при концентрации пространственно-затрудненных фенолов, фенола и толуола не более, мг/л: 150:2000:2000 соответственно или не более, мг/л: 150:4000 алкилированных фенолов к фенолу или толуолу. Способ позволяет улучшить качество очистки сточных вод и достичь полное биоокисление всех ароматических соединений за небольшой промежуток времени. 1 табл.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к биохимической очистке сточных вод от фенолсодержащих соединений, содержащих, в частности, пространственно-затрудненные алкилфенолы.

Известен способ очистки сточных вод от фенолов экстракцией в присутствии углеводородов [АС 806616, заявка 2357297 от 10.05.76], однако этот метод приводит к вторичному загрязнению с точных вод и имеет высокие показатели по остаточному фенолу.

Известен способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментных препаратов, выделенных из гомогенатов растительных тканей [АС 939407, заявка 2966341 от 09.06.80]. Недостатком этого метода является трудоемкость процесса приготовления ферментных препаратов путем промывки гомогената растительных тканей ацетоном или растиранием в фосфатном буфере.

Известен биологический способ очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментного препарата о-дифенилоксидазы, иммобилизованного на саже [AC 914507, заявка 2966313 от 11.06.80], но он затрагивает лишь стадию биоокисления пирокатехина, являющегося метаболитом в промежуточном окислении фенола бактериальными штаммами.

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенолов грибами Botrytis cinerea и Phytoptora infestans [AC 912684, заявка 2856399 от 20.12.79].

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенольных соединений при рН 6-8,5 в течение 1-3 суток с помощью дереворазрушающего гриба – белой гнили Polyporus versicolor [AC 969684, заявка 3277087 от 20.04.81].

Известен способ биохимической очистки предварительно разбавленных сточных вод от органических соединений путем культивирования микроорганизмов-дрожжей рода Candida в условиях аэрации с последующим отделением микроорганизмов [АС 975588, заявка 3006003 от 01.08.80].

Известно применение штамма Pseudomonas aeruginosa №28, разлагающего фенол [АС СССР №499227, заявка №203990 от 01.07.74].

Наиболее близким является способ очистки сточных вод от фенольных соединений с использованием штамма бактерий Mycobacterium stegmalis ВКМ В-1205 [АС 1597384, заявка 4368424 от 23.10.87].

Однако вышеперечисленные способы очистки длительны по времени, трудоемки и обеспечивают невысокую степень очистки сточных вод от фенольных соединений, в частности от пространственно-затрудненных алкилфенолов, трудно поддающихся биодеградации, содержащихся, например, в сточных водах производств фенольных антиоксидантов.

В сточных водах производства фенольных антиоксидантов, например ЗАО «Стерлитамакский нефтехимический.завод», содержатся алкилированные пространственно-затрудненные фенолы следующего состава, % масс.:

Задачей изобретения является повышение качества очистки сточных вод и ускорение процесса биодеградации пространственно-затрудненных алкилфенолов.

Технический результат достигается за счет биохимической очистки сточных вод с помощью штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25, кроме того, в стоки вышеприведенного состава для более быстрой и качественной очистки добавляют фенол и/или толуол, можно в составе сточных вод, при концентрации пространственно-затрудненных алкилфенолов, фенола и толуола не более, мг/л: 150:2000:2000 соответственно или не более, мг/л: 150:4000 алкилированных фенолов к фенолу или толуолу.

В качестве активной подложки на активированном угле используется штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25, предварительно выращенный на феноле и сорбированный на активированном угле. Штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25 был выделен из фенолзагрязненых почв Стерлитамакского нефтехимического завода путем культивирования почвенного образца в минерализованной среде и последующим отбором наиболее активных форм. Штамм депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под номером В-8613, осуществляет эффективную биологическую деградацию ароматических соединений и отличается от известных морфологическими, физиологическими и культуральными признаками.

Морфологические признаки. Палочки с 1-полярным жгутиком. Грамотрицательны. Спор не образуют. В мазках располагаются поодиночке, парами, короткими цепочками.

Культуральные признаки. Рост на мясо-пептонном агаре колониями серовато-белого цвета с неровными краями. Отмечали синевато-зеленое окрашивание среды и характерный запах цветущей липы. На мясо-пептонном бульоне через 18 часов отмечалось равномерное помутнение среды, появление толстой пленки на поверхности и осадка на дне. Характерно образование слизи.

Физиологические признаки. Аэроб, оптимальная температура роста 25-33°С, максимальная 42°С, отсутствие роста при 4°С.

Биохимические признаки. Гидролизует желатину, крахмал не гидролизует. Растет в чисто минеральной среде, в факторах роста не передается. Утилизирует цитрат на среде Симменса, оксидаза положительна. Расщепляет глюкозу в среде Хью-Лейфсона в аэробных условиях, в анаэробных условиях лактозу не расщепляет, не образует индол.

При ферментации на качалочных колбах штамм разрушает фенол в концентрации 1000 мг/л за 4 часа на 99,98%. На проточной лабораторной установке в иммобилизованном состоянии на активированном угле штамм окисляет фенол концентрацией не менее 2500 мг/л за 1 час.

Культивирование в лабораторных условиях. Фенолразрушающую активность штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25 поддерживают на жидкой минерализованной среде, в которую добавлен фенол, например, следующего состава, г/л:

pH 7,2.

Суспензию бактерий вводят в жидкую среду путем смыва с косячков небольшим количеством стерильной водопроводной воды из расчета 1-3% об.

Штамм хранится на твердых агаровых средах при температуре +4°С. В предлагаемом изобретении для хорошего обрастания биофильтра биомассой используются легкоокисляемые ароматические соединения, такие как фенол и толуол.

Добавление данных соединений позволяет более быстро и качественно очистить сточные воды, чем при раздельной очистке от пространственно-затрудненных алкилфенолов.

Теоретически этот синергетический эффект можно объяснить следующим.

Лабораторные исследования показывают различия в удельных скоростях роста биомассы на таких субстратах, как фенол, толуол, алкилфенолы, которые для Pseudomonas aeruginosa XP-25 составляют, соответственно: 0,7; 0,58; 0,38 ч^-1 в случае с толуолом, а тем более фенолом, биомассе не требуется высокого энергетического потенциала для создания двойной гидроксилирующей системы на ароматическом кольце. Нециклические интермедиаты, которые появляются в результате орто-расщепления ароматической структуры, включаются в нормальный метаболизм клеток, о чем свидетельствует хорошее обрастание биофильтра биомассой.

Таким образом, из-за различий в удельных скоростях роста система фенол и/или толуол поддерживает повышенную плотность биомассы на биофильтре, облегчая тем самым биодеградацию алкилированных фенолов с экранированным гидроксилом на ароматическом кольце.

Способ иллюстрируется примерами.

Определение содержания фенольных соединений и толуола осуществляют спектрофотометрически в ультрафиолетовой области (240-400 нм) на приборе «Specord UV-VIS», при этом для каждого вещества строят калибровочный график.

Пример 1. Лабораторная установка состоит из колонки, наполненной активированным углем, работающей в режиме протока сточных вод. Снизу колонки подается воздух. Штамм Pseudomonas aeruginosa XP-25 иммобилизован на сорбенте. Соотношение диаметра и высоты колонки – 1:10. В установку подают пространственно-затрудненные алкилфенолы вышеприведенного состава в суммарной концентрации 100 мг/л биогенную добавку. Объемная скорость протока – 1 л/ч. После часового удержания сточных вод в биофильтре концентрация алкилфенолов на выходе – 2,83 мг/л.

Пример 2. Процесс обесфеноливания проводят аналогично примеру 1, но алкилфенолы подают в концентрации 135 мг/л, а также дополнительно вводят фенол в концентрации 1000 мг/л. После часового удержания сточной воды в биофильтре отмечают отсутствие фенолов на выходе.

Данные других экспериментов приведены в таблице 1.

Таким образом, при биоочистке фенолсодержащих сточных вод, содержащих, в частности, пространственно-затрудненные алкилфенолы, с помощью штамма Pseudomonas aeruginosa XP-25 и дополнительном введении фенола и/или толуола, можно совместно со стоками, наблюдается улушение качества очистки сточных вод, полное биоокисление всех ароматических соединений за небольшой промежуток времени.

Формула изобретения

Способ биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений, в частности от пространственно-затрудненных алкилфенолов, путем введения в среду штамма аэробных бактерий и биогенных добавок, отличающийся тем, что в качестве штамма аэробных бактерий используют штамм Pseudomonas aeruginosa ХР-25 ВКПМ В-8613 и очистку ведут в присутствии фенола и/или толуола при концентрации пространственно-затрудненных алкилфенолов, фенола и толуола не более, мг/л: 150:2000:2000 соответственно или не более 150 мг/л пространственно-затрудненных алкилфенолов к 4000 мг/л фенола или толуола.

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Стерлитамакский нефтехимический завод”

(73) Патентообладатель:

Закрытое акционерное общество “Управление активами”

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 24.11.2009 № РД0057282

Извещение опубликовано: 10.01.2010 БИ: 01/2010

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Закрытое акционерное общество “Управление активами”

ИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Стерлитамакский нефтехимический завод”

Договор № РД0065165 зарегистрирован 01.06.2010

Извещение опубликовано: 10.07.2010 БИ: 19/2010

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия