Штамм бактерий pseudomonas fluorescens гнпо пэ-р-8, предназначенный для биохимической очистки сточных вод от жиров и способ биохимической очистки сточных вод от жиров

(51)7 12 1/20, 02 3/34 // (12 1/20, 12 139), (02 3/34, 02 10132) ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Розвага Роман Иванович Прохорова Светлана Вениаминовна Толмачева Елена Владиленовна Клец Александр Николаевич Давыдов Георгий Иванович Нугербеков Амиргали Карымханович(73) Государственное научно-производственное объединение промышленной экологии Казмеханобр(54)ГНПО ПЭ-Р-8, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЖИРОВ, И СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЖИРОВ(57) Изобретение относится к областям биотехнологии и экологии и касается очистки от жиров сточных вод предприятий легкой, пищевой и мясомолочной промышленности. Штамм бактерийГНПО ПЭ-Р-8 предназначен для биохимической очистки сточных вод от жиров. Способ биохимической очистки сточных вод от жиров включает использование биомассы штамма бактерий, которую предварительно иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры размером 70 х 40 х 250 мм и диаметром пор 20-40 мкм, затем через них пропускают сточную воду при температуре 2530 С, рН 6,07,0, удельной производительности фильтрации 2,0 м 3/час, давлении на входе и выходе 0,150,1 МПа с периодической регенерацией полистирольных трубчатых фильтров и удалением очищенной воды. Кроме того, биомассу штамма бактерийиспользуют в количестве 2030 дм 3/м 3 сточной воды биомассу штамма бактерийпредварительно разводят водой в соотношении 15 и иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры при давлении культуральной жидкости на входе и выходе 0,150,1 МПа периодическую регенерацию полистирольных трубчатых фильтров осуществляют проведением жидкости в направлении, обратном потоку сточной воды, при давлении 0,2 МПа. Способ с использованием предложенного штамма бактерий вызывает полное биоразложение любых жиров животного или растительного происхождения в течение 5-10 минут. 8291 Изобретение относится к областям биотехнологии и экологии и касается очистки от жиров сточных вод предприятий лгкой, пищевой и мясомолочной промышленности. Известен штамм грибов 288, рекомендуемый для биоочистки сточных вод предприятий пищевой промышленности от жиров (патент РФ 2016851, кл. С 02 3/34, 1994) и способ очистки жиросодержащих сточных вод. Однако сам штамм и способ очистки обладают рядом существенных недостатков штамм разрушает жиры в узком интервале концентраций (до 0,5 г/дм 3) для очистки сточных вод от жиров требуется относительно много времени (48-50 часов) рост биомассы штамма ограничен узким интервалом кислотности и температуры (рН 4,5-5,0 температура 2830 С), что реализовать в практических условиях крайне сложно. Наиболее близким к изобретению является способ и средство для биоочистки сточных вод от жиров (патент США 4482632, кл. С 12 1/20, 1984). Для биоразложения жиров животного или растительного происхождения предложено использовать мутант родительского штамма бактерийпод названием 2 в комбинации со штаммом бактерийлибо со штаммом бактерий. Способ очистки состоит во введении в сточную воду, содержащую жир (по объему), 25 инокулятов родительского штамма .20 мутанта 2 20 других культур .25 равной по объему смеси инокулятов штамма(производящего протеазу),(производящего амилазу) и двух штаммов бактерийи(производящих цитазу), а также 10 неизвестных микроорганизмов, после чего сточную вду подвергают барботажу воздухом (при расходах 2 вес.ч. х 1000 вес. ч. воды) при рН 6,5-8,0 и температуре 2038 С. Данный консорциум штаммов бактерий обладает следующими существенными характеристиками- для получения мутанта штамма бактерий 2 требуется около 38 суток- мутант штамма бактерий .(т. е. 2) и родительский штамм (.) мало активны при их самостоятельном использовании для биоразложения жиров (степень очистки сточных вод от жиров в течение 5 суток, соответственно, составляет 14,9 и 18,7 )- для биоочистки сточных вод от жиров требуются значительные расходы мутанта (156 дм 3/м 3) в составе консорциума- сам консорциум микроорганизмов вызывает неполное биоразложение жиров и в длительные сроки (степень очистки сточных вод в течение 21 суток составляет 67,3 )- консорциум штаммов бактерий является весьма дорогостоящим продуктом, состоящим из 9-10 компонентов (его себестоимость составляет около 9000 дол/т). 2 Способ очистки сточных вод от жиров обладает следующими недостатками- характеризуется высокими эксплуатационными затратами, связанными с расходом биореагентов и промнаработкой биомасс большого арсенала бактериальных ингредиентов (годовые эксплуатационные затраты для очистки сточных вод от жиров с производительностью 5000 м 3/сут составляют около 865 тыс. дол)- способ характеризуется относительно высокой себестоимостью биоочистки сточных вод от жиров- способ предусматривает промнаработку весьма дорогостоящих ферментов штаммов бактерий, что затрудняет его широкое применение в практическом аспекте- способ не позволяет достигнуть 100 очистки сточных вод от жиров, а очищенная вода из-за жестких требований на ПДК (составляет 0,01 мг жира/дм 3) не может быть сброшена в открытые водоемы- способ вовсе не предусматривает использование эффективных биофильтров для иммобилизации биомасс микроорганизмов, очистки сточных вод от жиров в непрерывном режиме и регенерации биофильтров, что явно снижает его практическое применение. Задачей изобретения является получение нового штамма бактерий и разработка с его использованием высокоэффективного и доступного способа очистки сточных вод от жиров, позволяющего произвести полную очистку за короткий промежуток времени. Штамм бактерийГНПО ПЭ-Р-8 предназначен для биохимической очистки сточных вод от жиров. Способ биохимической очистки сточных вод от жиров включат использование биомассы штамма бактерий, которую предварительно иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры размером 70 х 40 х 250 мм и диаметром пор 20-40 мкм, затем через них пропускают сточную воду при температуре 2530 С, рН 6,07,0, удельной производительности фильтрации 2,0 м 3/час, давлении на входе и выходе 0,150,1 МПа с периодической регенерацией полистирольных трубчатых фильтров и удалением очищенной воды. Кроме того, биомассу штамма бактерийиспользуют в количестве 20-30 дм 3/м 3 сточной воды биомассу штамма бактерийпредварительно разводят водой в соотношении 15 и иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры при давлении культуральной жидкости на входе и выходе 0,150,1 МПа периодическую регенерацию полистирольных трубчатых фильтров осуществляют проведением жидкости в направлении, обратном потоку сточной воды, при давлении 0,2 МПа. 8291 Новым отличительным признаком является использование лишь одного штамма бактерий, выращиваемого на жидкой питательной среде следующего состава, г/дм 3 К 2 НР 4 - 5,0 (Н 4)3 Р 4 - 5,0 МО 47 Н 2 О - 1,0 Са 262 О - 1,0 е 36 Н 2 О - 0,01 а - 0,01 жир - 2 мл вода - до 1000 см 3 при оптимальной температуре роста 2730 С, аэрации воздухом и рН 6,7. Штамм бактерий использует- в качестве источников углерода - углеводы, жиры- в качестве источников азота - амины, аминокислоты, белки питательных сред, а также Н 4,2-, 3- и 2- в качестве источников серы - 23-2, серосодержащие аминокислоты- в качестве источников фосфора РО 4-3, НРО 4-2,Н 2 РО 4-1 . Штамм бактерий вызывает биоразложение любых жиров животного или растительного происхождения на 100 при относительно малом времени (510 минут) штамм бактерий по своим культуральноморфологическим и физиолого-биохимическим признакам превосходит известный консорциум на основе мутанта штамма .2 и штаммов бактерийи . . Нарушение любых условий культивирования штамма бактерий.ГНПО ПЭ-Р-8 не позволяет получить положительный эффект при его использовании для очистки сточных вод. Для очистки загрязненную жиром сточную воду пропускают последовательно через каскад трубчатых полистирольных биофильтров с размерами 70 х 40 х 250 мм и диаметром пор 20-40 мкм, предварительно иммобилизованных биомассой штамма бактерийГНПО ПЭ-Р-8, с удельной производительностью фильтрации 2,0 м 3/чм 2 при рН 6,0-7,0, температуре 2530 С и давлении на входе и выходе 0,15-0,1 МПа с последующей регенерацией биофильтров обратным протоком культуральной жидкости при 0,2 МПа, при этом процесс предварительной иммобилизации биофильтров осуществляют разбавленной водой биомассой штамма бактерий в объемном соотношении 15, при общих расходах чистой биомассы 2030 дм 3/м 3 сточной воды. Существенность отличий состоит в воздействии на сточную жиросодержащую воду биомассы лишь одного штамма бактерий .ГНПО ПЭР-8, предварительно нанесенной на полистирольные биофильтры с заданными физико-химическими характеристиками в оптимальных условиях биоочистки (рН, температура, давление в системе, отсутствие искусственной аэрации) в условиях иммобилизации биофильтров биомассой штамма бактерий и регенерации отработанных биофильтров культуральной жидкостью. При нарушении любых условий очистки сточных вод получение вышеуказанного технического результата не достигается. Штамм бактерийГНПО ПЭ-Р-8 выделен из сточных вод и шламов Уральского кожобувного завода им. Р.С. Землячки РК,причем объекты выделения в течение длительного срока находились в контакте с жиром и сопутствующими веществами. Штамм депонирован в Музее культур микроорганизмов Государственного научнопроизводственного объединения промышленной экологии Казмеханобр Минэкобиоресурсов РК под коллекционным номером ГНПО ПЭ-Р-8 с приоритетом от 26.04.93 г. Культурально-морфологические признаки Клетки прямые, палочковидные, одиночные с размерами 0,4-0,6 х 3 мкм. Грамотрицательные. Споры не образуют. При росте на жидкой среде с жиром наблюдается помутнение среды и побеление жира,на поверхности образуется желтовато-зеленая пленка. При росте на МПА образуются гладкие, круглые,выпуклые и с неровными краями средних размеров колонии, образующие флюоресцирующий зеленовато-желтый пигмент. Физиолого-биохимические признаки Строгий аэроб, хеморганотроф. Метаболизм дыхательный, в аэробных условиях в качестве источника энергии бактерии используют кислород. В качестве источника углерода используют жиры. Способны ассимилировать глюкозу, сахарозу, арабинозу, ксилозу, мальтозу, дульцит, раффинозу, маннит,а также валин и аргинин. В качестве источника азота бактерии используют ионы Н 4, О 2- и О 3-, а также молекулярный азот, амины, аминокислоты и белки питательных сред. В качестве источника энергии для конструктивного метаболизма бактерии используют 23-2 (рост на средах с тиосульфатом). В процессе роста бактерии выделяют аргинингидролазу, а в присутствии жира также липазу. В условиях гетеротрофного роста рН 6,0-7,0, при этом оптимальные условия рН составляют 6,7. Температура роста - 2035 С, при этом оптимальные условия роста и размножения клеток составляли 2730 С. Штамм бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 способен расти в среде при содержании жиров до 1,0 г/дм 3 и разрушает жиры в сточных водах при концентрации до 1,0 г/дм 3. Культура бактерий не вирулентна и не токсична,т. е. не патогенна для теплокровных. Условия хранения штамма Штамм бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 хранят на агаризованной среде с жиром при 4 С. Его пересевы на свежие косяки с питательной средой проводят раз в месяц. П р и м е р 1, относящийся к получению накопительной и чистой культуры штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8. Использовали жидкую синтетическую среду Рана состава, г/дм 3 К 2 НРО 4 5,0 (Н 4)3 РО 4 - 5,0 М 4.7 Н 2 - 1,0 Са 26 Н 2 1,0 е 36 Н 2 О - 0,01 а - 0,01 дистиллированная вода - до 1000 см 3, а также жир - 2,0 мл. В среду 3 8291 добавляли 10 мл сточной, загрязненной жиром воды или небольшое количество жиросодержащего шлама. Содержимое инкубировали в термостате при 27 с аэрацией воздухом (5-10 дм 3/ч) в течение 30 суток. Из полученной накопительной культуры путем многократных пересевов частей инкубированной смеси в свежеприготовленную синтетическую среду получали чистую культуру штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8. Идентифицировали с использованием определителя Берги. П р и м е р 2, относящийся к культивированию штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 на жидкой синтетической среде. В жидкую синтетическую среду Рана объемом на 1,0 дм 3 (состав приведен в примере 1) вносили чистую культуру .ГНПО ПЭ-Р-8 с косяков и взвесь подвергали культивированию в термостате при 27 С и аэрации воздухом посредством микрокомпрессора(расходы воздуха - 5-10 дм 3/ч) до полного биоразложения жиров, которое определяли количественным весовым методом. Процесс культивирования протекал в течение трех суток (титр составлял 10151017 кл/мл). П р и м е р 3, относящийся к культивированию штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 на МПА. Чашки Петри с внесенным слоем жира и МПА засевали чистой культурой и выдерживали их в термостате при 27 С в течение трех суток. Биодеградацию жиров определяли качественным методом с помощью насыщенного раствора медного купороса (колонии культуры окрашиваются в голубой цвет, а вокруг них образуются ореолы белого цвета,соответствующие наличию жирных кислот как продуктов разложения жира). П р и м е р 4, относящийся к ферментационной наработке биомассы штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8. В ферментатор объемом 2,0 дм 3 вносили 0,75 дм 3 среды Рана (см. пример 1) и 0,75 дм 3 готового инокулята штамма бактерий (см. пример 2) с рабочим титром 1015-1017 кл/мл (объемное соотношение среды и инокулята 11). Затем смесь подвергали непрерывной аэрации (при расходах воздуха 10-15 дм 3/ч) при температуре 27-30 С и рН 6,7-7,0 в течение 2-2,5 суток до достижения первоначального титра. Биомасса представляет собой жидкость белого цвета с удельным весом 1,02-1,03 г/см 3. П р и м е р 5, относящийся к биохимической очистке сточных вод от жиров посредством биомассы штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8, иммобилизованной на полистирольных биофильтрах. 5.1. Промсток предприятия с производительностью 700 м 3/сут подвергают обработке на биохимической установке, состоящей из 50 ступеней полистирольных биофильтров, количество которых составляло 15000 с учетом скорости фильтрации одного биофильтра 2,0 м 3/чм 2, средним размером пор 20-40 мкм и его площади фильтрации 0,05 м 2. бщая площадь фильтрации составляла 750 м 2. Иноку 4 лят биомассы штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 (рабочий титр 1017 кл/мл) в количестве 14,0 м 3 предварительно разбавляли водой в контактном баке емкостью на 80 м 3 и доводили полученный объем до 70,0 м 3. Затем раствор биомассы посредством насосов подавали на биофильтры каждой секции в отдельности при давлении жидкости на входе и выходе 0,15-0,1 МПа. Степень иммобилизации клеток бактерий составила 90 . Загрязненную сточную воду с рН 6,0 при 2530 С (содержание жира составляло 1000 мг/дм 3, ХПК - 3600 мг О 2/дм 3) при том же давлении жидкости (0,15-0,1 МПа) пропускали через биофильтры секций последовательно. После выхода очищенной воды из 50-й секции ее ХПК составляло 11,5 мг О 2/дм 3, а количество жира - 0,015 мг/дм 3. После суточной эксплуатации биофильтров осуществляли их регенерацию обратным протоком культуральной жидкости при давлении 0,2 МПа. 5.2. Промсток предприятия с производительностью 1000 м 3/сут подвергают обработке на биохимической установке, состоящей из 50 ступеней полистирольных биофильтров, количество которых составляло 21000 с учетом скорости фильтрации одного биофильтра 2,0 м 3/чм 2, средним размером пор и его площади фильтрации 0,05 м 2. Общая площадь фильтрации составляла 1050 м 2. Инокулят биомассы штамма бактерий .ГНПО ПЭ-Р-8 (рабочий титр 1015 кл/мл) в количестве 30,0 м 3 предварительно разбавляют водой до 150,0 м 3 с использованием двух баков-усреднителей, а затем разбавленную биомассу подают на каждую секцию в отдельности посредством насосов при давлении жидкости на входе и выходе 0,15-0,1 МПа. Степень иммобилизации клеток бактерий составила 93 . Загрязненную сточную воду с рН 7,0 при 2530 С (содержание жира составляло 1000 мг/дм 3 ХПК - 3600 мг О 2/дм 3) при том же давлении жидкости пропускали через биофильтры секций последовательно. После выхода очищенной воды из последней секции ее ХПК составляло 6,3 мг О 2/дм 3, наличие жира не обнаружено. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Штамм бактерийГНПО ПЭ-Р-8, предназначенный для биохимической очистки сточных вод от жиров. 2. Способ биохимической очистки сточных вод от жиров, включающий использование штамма бактерий рода , отличающийся тем, что используют биомассу штамма бактерийГНПО ПЭ-Р-8, которую предварительно иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры размером 70 х 40 х 250 мм и диаметром пор 20-40 мкм, затем через них пропускают сточную воду при температуре 2530 С, рН 6,0-7,0,удельной производительности фильтрации 2,0 м 3/час, давлении на входе и выходе 0,150,1 МПа с периодической регенерацией полисти 8291 рольных трубчатых фильтров и удалением очищенной воды. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что биомассу штамма бактерийГНПО ПЭ-Р-8 используют в количестве 20-30 дм 3/м 3 сточной воды. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что биомассу штамма бактерийГНПО ПЭ-Р-8 предварительно разводят водой в со отношении 15 и иммобилизируют на полистирольные трубчатые фильтры при давлении культуральной жидкости на входе и выходе 0,15-0,1 МПа. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что периодическую регенерацию полистирольных трубчатых фильтров осуществляют проведением жидкости в направлении, обратном потоку сточной воды, при давлении 0,2 МПа.