БИОФЛОКУЛЯЦИЯ – БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

БИОФЛОКУЛЯЦИЯ – БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ЭЛЕМЕНТ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Лаб. полимерной экологии Иркутского государственного университета

664075, Иркутск-75, а.я. 3828, ecology_group@irk.ru

Существующие биологические методы очистки воды включают в себя: аэробный, анаэробный процесс брожения (Патент РФ № 2240291, C02F3/02 2004 г.). Недостатком известных технологий является нестабильность очистки в зависимости от природных и антропогенных факторов.

Задачей нашей работы явилось создание процесса, исключающего нестабильность очистки от взвешенных примесей.

Для флокуляции взвешенных и коллоидных частиц вводят «флокулянт» биологического происхождения, в качестве которого применяют суспензию водорослей (Заявка на Пат. 2005120345 C02F3/32 2005). Ее вводят в количестве, достаточном для связывания взвешенных веществ клетками водоросли. Для эффективного слипания взвешенных загрязнителей с водорослями на клетках водоросли создают заряд, путем поддержания рН в пределах от 4 до 9, введения модификатора- многозарядного иона, обладающего специфической сорбцией к поверхности клеток водоросли например сополимер малеиновой кислоты со стиролом, полиакриловая кислота, белок. Кроме того, белок диатомовых водорослей способствует формированию новых поверхностей раздела фаз за счет дополнительного осаждения кремниевой кислоты из сточных вод. На примере хозбытовых сточных вод, содержащих 130 мл взвешенных веществ провели экспериментальное исследование биофлокуляции смесью водорослей (1:1:1) зеленых (Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp.) синезеленых (Osciellatoria sp. Anabaena sp.) и диатомовых (Navicula radiosa) водорослей. Время отстаивания составило от 5 до 15 минут.

Биофлокуляция предназначена для очистки природных и сточных вод от взвешенных веществ. Область применения – биорекультивация природных водоемов, стоков коммунального хозяйства, очистка ливневых вод, золоторудная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность.

Модельная система в условиях рекуррентных (реитерационных) добавок ксенобиотика или поллютанта: инновационный метод изучения толерантности, ассимиляционной емкости системы, предельно допустимых поступлений загрязняющих веществ и потенциала фиторемедиации

Остроумов С.А.

Существуют актуальные задачи изучения потенциала растений для фиторемедиации, выявления ассимиляционной емкости экосистем и определения предельно допустимых поступлений химических загрязняющих веществ в экосистемы (напр., Moiseenko, 1999), в том числе в водоемы и водотоки.

В литературе существует много работ, посвященных разработке этих проблем, выполненных отечественными и зарубежными авторами.

Для разработки этих вопросов необходимо получение информации о взаимодействии растений с различными концентрациями загрязныющих веществ (поллютантов), в том числе такими, которые вызвают гибель и повреждение растений и такими, которые являются сублетальными и не вызывают заметных нарушений.

Изучение взаимодействия растений с синтетическими поверхностно-активными веществами (ПАВ) и смесевыми препаратами, содержащими ПАВ, было проведено в работах (Горюнова, Остроумов, 1986; Максимов и др., 1986, 1987, 1988; Нагель и др., 1997; Остроумов, 1990 а,б, 1991а,б; 1999; 2000 - см. анализ и обсуждение в: Остроумов, 2001; Ostroumov, 2006).

В этих работах проводилось наблюдение за состоянием растений после однократного внесения ксенобиотика (ПАВ или смесевого препарата).

Предлагается проводить опыты с использованием существенно модифицированной методики в условиях неоднократных (рекуррентных, реитерационных) добавок изучаемого вещества. Использование термина "рекуррентный" (recurrent) основано на его значении "appearing or occurring again or periodically" (Webster's New World Dictionary, 3^rd College Edition, p. 1123) – т.е. "происходящий или наблюдаемый опять (т.е. повторно) или периодически". Термин "повторные добавки" был бы менее точен, поскольку слово "повторные" происходит от корня "втор-" (тот же корень в слове "второй"), а добавки делаются не второй раз, а много раз, причем все последующие добавки вносят такое же количество вещества, как и первая добавка – т.е. неоднократно по одной схеме осуществляется то же действие. Предлагается делать такие рекуррентные добавки на протяжении максимально длительного периода времени для выявления потенциала изучаемой системы в плане толерантности к воздействующему веществу. Предполагается, что в случае проявления толерантности в условиях длительного опыта, при котором суммарное количество добавленного вещества может достигать существенных значений, дает важную информацию. Интерпретация таких опытов может быть различной с учетом всей суммы полученной информации, условий опыта, наличия дополнительных сведений в литературе. Наряду с другими интерпретациями, возможна и такая интерпретация, при которой принимается во внимание способность растений проводить фиторемедиацию среды. Механизмы и процессы фиторемедиации анализировались в литературе (см., например McCutcheon et al., 1995; Medina, McCutcheon, 1996; McCutcheon, Schnoor, 2003).

Опыты в этом направлении были начаты нами в 1999 г. с использованием нескольких видов макрофитов, в том числе Elodea canadensis и Taxiphyllum barbieri (Cardot et Coppey) Iwatsuki (сем. Hypnaceae) (конкретный использованный клон последнего вида обозначен как DH-OST99).

В опытах с Elodea canadensis (4 г сырой биомассы в 1 л) добавки додецилсульфата натрия (ДСН) проводились 5 раз в неделю в течение 2 недель, при каждой добавке прирост концентрации составлял 1 мг/л). Суммарно было добавлено 10 мг/л. Отличий от контроля зарегистрировано не было.

В аналогичных опытах с DH-OST99 также не было отмечено отличий от контроля.

По нашему заданию аспирантка Е.А.Соломонова провела опыты по инкубации макрофитов Elodea canadensis, Potamogeton crispus и Najas sp. в условиях рекуррентных (реитерационных) добавок ПАВ и ПАВ-содержащих смесевых препаратов.

В одном из проведенных опытов выявлена длительная толерантность макрофита Najas sp. в условиях инкубации (в каждом сосуде содержалось1,2 л воды и 4 стебля суммарной биомассой 4,5 ± 0,5 г по сырому весу) в течение 83 дней, когда осуществлено 36 добавок ДСН, в результате которых в систему суммарно внесено 60 мг/л ДСН. В течение основной части опыта температура воды в сосудах составляла 21,5°С ± 1,5°С (подробнее этот опыт описан в отдельном сообщении). К моменту сдачи этой работы в печать опыт продолжался еще более длительное время и количество внесенного ПАВ превысило 80 мг/л.

Литература

Остроумов C.А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. М.: МАКС-Пресс. 2001. 334 с.

McCutcheon S., Schnoor J. Phytoremediation: Transformation and Control of Contaminants. (Environmental Science and Technology: A Wiley-Interscience Series of Texts and Monographs). Hoboken, New Jersey: Wiley. 2003. 987 p.

McCutcheon S., Wolfe N.L., Carreria L., Ou T. 1995. Phytoremediation of hazardous wastes // Innovative technologies for site remediation and hazardous waste management. Proceedings of the National Conference. - Pittsburgh, Pennsylvania, July 23-26, 1995. - P. 597-604.

Medina V., McCutcheon S. Phytoremediation: modeling removal of TNT // Remediation. -1996. - Winter issue.- P. 31-45.

Moiseenko T.I. 1999. The fate of metals in Arctic surface waters. Method for defining critical levels // The Science of the Total Environment. 236: 19-39.