Курсовая работа: Проектирование аппарата для очистки сточных вод от фенола и нефтепродуктов
К достоинствам адсорбционной иммобилизации относится исключительная простота методов ее проведения. По существу, иммобилизация происходит при контакте водной суспензии микроорганизмов с адсорбентом (исключение составляет иммобилизация с помощью электроадсорбции, методика которой рассмотрена выше).
Способы иммобилизации разделяются на статические, с перемешиванием, а также путем нанесения на колонке. Статический способ наиболее прост и заключается в том, что адсорбент вносят в суспензию клеток и смесь инкубируют некоторое время без перемешивания. Иммобилизация достигается за счет осаждения клеток и последующей их адсорбции на частицах адсорбента. Недостатком способа является необходимость длительного контакта адсорбента с суспензией клеток. Способ с перемешиванием предусматривает непрерывное поддержание суспензии клеток и частиц адсорбента в диспергированном состоянии, что обеспечивает более быстрое завершение процесса адсорбции и более равномерное заполнение поверхности адсорбента клетками. Способ нанесения в колонке заключается в прокачивании (с рециклом) суспензии клеток через колонку, заполненную адсорбентом. Если суспензию прокачивают снизу вверх, то скорость потока устанавливается такой, чтобы поддерживать частицы адсорбента во взвешенном состоянии при условии, что это позволяет масса и размер частиц. В случае использования закрепленных форм матрицы адсорбента, например, зафиксированных в неподвижном состоянии волокон, ершей, пленки, пакетов, труб, колец, сеток и т.д., а также при подаче потока суспензии клеток в колонку сверху, реализация "кипящего слоя" адсорбента не нужна. Способ нанесения клеток в колонке имеет то преимущество, что позволяет проводить нанесение и последующий процесс с использованием иммобилизованных клеток в одной и той же колонке.
Модификация указанных методов заключается в том, что иммобилизацию проводят в гравитационном поле, когда статический способ реализуют в центрифуге, существенно ускоряя таким образом осаждение суспензии клеток на адсорбенте. Осаждение клеток на поверхности адсорбента осуществляют иногда при вакуумировании системы или при охлаждении, например до 4 °С.
Кроме того, если адсорбент имеет макрогеометрическую форму (палочки, пластинки, ерши и т.д.), его погружают на определенное время в концентрированную (густую) суспензию клеток, после чего адсорбент вынимают, промывают и помещают в реактор, в котором в дальнейшем предполагается использование иммобилизованного биокатализатора.
2.1.5 Выделение и культивирование микроорганизмов
Существует ряд требований к производственным микробиологическим штаммам:
1. распространенность в окружающей среде,
2. простота методики выделения и культивирования,
3. возможность иммобилизации несколькими методами,
4. удобные для лабораторной работы условия роста,
5. простота методики определения жизнеспособности,
6. возможность простого определения количества клеток в иммобилизованном состоянии.
7. рост на дешевых субстратах,
Также бактерии должны:
1. обладать высокой скоростью роста или давать высокий выход продукта за короткое время;
2. проявлять синтетическую активность, направленную в сторону получения желаемого продукта, образование побочных продуктов должно быть низким;
3. образовывать максимально высокую концентрацию целевого продукта, чтобы затраты на его выделение были экономически оправданы;
4. быть устойчивыми к различным типам инфекций;
5. не быть токсичными для людей и окружающей природы.
Исходя из этих требований, для очистки сточных вод из активного ила очистных сооружений г. Перми были выделены микроорганизмы, обладающие наибольшей скоростью роста на среде с фенолом.
Фенол и его производные (особенно галоген-производные, диоксины) являются крайне токсичными соединениями. Их ПДК составляют тысячные доли миллиграмма на литр (для фенола – 0,001мг/л). Бактерии разлагают фенол в соответствии со следующей схемой:
Фенол очень медленно разлагается в природных условиях, так как обладает антибактериальными свойствами, поэтому для селекции микроорганизмов применяли среды с большим содержанием фенола. При концентрации фенола 0,1 г/л выживают и размножаются только те микроорганизмы, которые способны к эффективной утилизации фенола и использовании его в качестве единственного источника углерода и энергии.
Выделение и культивирование микроорганизмов проводили на минеральной среде Е, состав которой представлен в таблице №1, с добавлением фенола.
Для выделения бактерий был произведен отбор пробы ила из аэротенка очистных сооружений г. Перми. Затем 10 мл пробы ила инокулировали в 100 мл среды Е с добавлением фенола до концентрации 0,1 г/л и поставили колбу со средой на качалку на 5дней.
Таблица 1. Состав среды Е.
| Формула вещества и концентрация раствора | Объем раствора, мл |
| 8,7 г/л KH2 PO4 | 994 |
| 5М NH4 Cl | 1 |
| 0,1М Na2 SO4 | 1 |
| 62мМ MgCl2 | 1 |
| 1 мМ CaCl2 | 1 |
| 0,005мМ (NH4 )6 MoO24 ·4H2 O | 1 |
| Раствор микроэлементов | 1 |
| pH | 7.0 |
| Состав раствора микроэлементов | В 10% -ной HCl, (г/л) |
| ZnO | 0.41 |
| MnCl2 ·4H2 O | 2.00 |
| CoCl2 ·6H2 O | 0.48 |
| FeCl2 ·6H2 O | 5.4 |
| CuCl2 ·2H2 O | 0.17 |
| H3 BO3 | 0.06 |
После появления бактериальной мути 1 мл полученной накопительной культуры был перенесен с помощью пипетки в стерильную чашку Петри, на 2/3 заполненную гелем агар-агара (среда Е +0,1г/л фенола +2% агар-агара).
Смесь была распределена по поверхности геля шпателем Дригальского. Остатки жидкости на шпателе были последовательно распределены по поверхности геля в шести аналогичных чашках Петри. Далее чашки пронумеровывались и термостатировались в течение 5 дней при температуре 370 С. Для дальнейших экспериментов были выбраны наиболее крупные бактериальные колонии, то есть обладающие наибольшей скоростью роста на среде с фенолом.
Затем, при помощи пипетки Пастера выбранные бактерии были пересеяны в стерильные пробирки со скошенным агар-агаром и термостатированы при Т=370 С. Через 5 дней методом смыва чистые культуры из пробирок были пересеяны в колбу с жидкой средой Е (на 100 мл среды 10 мл инокулята), содержащей 0,01г/л фенола.
Колба со средой ставится на лабораторную качалку на 3-5 дней. Полученную накопительную культуру использовали в дальнейшем для иммобилизации.
2.1.6 Иммобилизация микроорганизмов
 |
??????? ???? ???? ????????? ?????? ?? ????????????? ?????? ??????????????? ?? ???????? ??????? ???????????. ? ???????? ???????? ??????? ??? ????????????? ??? ?????? ??????? ????????? ??????-??????, ????????? ???????? ???????? ?? ???. 1: