Биоремедиация объектов окружающей среды yглеводородокисляющими микроорганизмами рода Pseudomonas 03. 00. 07 микробиология 03. 00. 16 экология

Вид материалаАвтореферат
Оценка полноты решений поставленных задач
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов
Pseudomonas aeruginosa
Оценка технико-экономической эффективности внедрения
Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области
Список опубликованных работ по теме диссертации
Подобный материал:
1   2   3   4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные экспериментальные исследования по биоремедиации окружающей среды от техногенных загрязнений углеводородокисляющими бактериями рода Pseudomonas позволили получить результаты, на основании которых были сделаны следующие выводы:

1. Исследуемые ароматические углеводороды – АМС, толуол и стирол обладают ярко выраженной антимикробной активностью против представи-телей грамположительной микрофлоры. Высокую устойчивость к действию ароматических углеводородов проявили аборигенные культуры рода Pseudomo-nas, выделенные из производственных стоков АО «Карбид».

Установлено также, что в составе микрофлоры активного ила очистных сооружений АО «Карбид» после воздействия на него основного токсического компонента сточных вод – АМС в дозах, превышающих ПДК, происходит сужение качественного состава микроорганизмов активного ила: снижается частота встречаемости многих видов микроорганизмов. Доминирующее поло-жение занимают гетеротрофные бактерии родов Pseudomonas (44%),, Bacillus (10%), Zoogloea, Alcaligenes, Micrococcus (по 8% соответственно).

2. Выделенные из активного ила и сточных вод АО «Карбид», нефтезагрязненных почв Тенгизского месторождения и воды Каспийского моря 8 штаммов бактерий, способных использовать нефть и нефтепродукты в качестве единственного источника углерода и энергии. на основании изучения их морфолого-культуральных и физиолого-биохимических признаков отнесены к видам P. aeruginosa ДС-26, P. putida D12 P. mendocina H3, P.pseudoalсaligenes H7 и Н16, P.stutzeri H10, P.alсaligenes H15, P.mallei 36К..

3. Показано, что активный рост отобранных штаммов микроорганизмов на среде с нефтью и нефтепродуктами в условиях аэрации, рН 7,0 и 7,5 наблюдается при концентрации нефти и нефтепродуктов в среде 2-10 г/л. Кроме того выявлена субстратная специфичность выделенных штаммов относительно окисления различных углеводородов. Культура P. aeruginosa ДС-26 активно метаболизировала АМС и толуол, P. putida D12 – стирол, P. mendocina Н3 - наиболее активна в отношении способности к деструкции нефти, дизельного топлива и толуола, P. stutzeri H10 – нефти и дизельного топлива.

4. В лабораторных экспериментах показана деструктивная активность микробного консорциума на основе клеток P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8 и P.stutzeri Н10 в отношении нефтезагрязненного балластного слоя железно-дорожного полотна. Выявлено, что уже через 7 суток контакта балластного щебня с микробным консорциумом содержание углеводородов в среде умень-шилось на 32 %, через 14 суток на 47 %, а через 30 суток – на 64 %. Эти результаты получили подтверждение в ходе производственных испытаний консорциума в отношении балластного щебня железнодорожного полотна на участке Алматы - Чимкент . На этот способ получено положительное решение на изобретение (предварительный патент РК на изобретение № 14818).

5. Определены пути деструкции изучаемых ароматических углеводородов – загрязнителей ряда химических производств бактериями рода Pseudomonas, выделенных из сточных вод АО «Карбид». На основании изучения продуктов окисления и ферментов расщепления ароматического кольца показана полная деградация АМС и толуола до нетоксичных алифатических кетокислот штамм-мом P. aeruginosa ДС-26. На штамм P. aeruginosa ДС-26 получено авторское свидетельство СССР на изобретение под № 1375647. Штамм P. putida D12 разлагал стирол с образованием продуктов мета-расщепления катехола.

6. Установлено, что углеводородокисляющая активность биодеструкторов на основе иммобилизованных на полипропиленовом волокне клеток P. mendocina Н3, P. aeruginosa 8, P. stutzeri Н10, P. mallei 36К сопоставима с таковой у свободных клеток, а в ряде случаев даже выше. Так, если в свобод-ном состоянии степень деструкции толуола клетками P. stutzeri Н10 составляла 20 %, то в иммобилизованном – 75 %.

7. Модельные опыты на лабораторной установке аэротенк-аэрофильтр пока-зали возможность ее использования для очистки синтетического стока от АМС, толуола и стирола в условиях непрерывного культивирования штаммами P. aeruginosa ДС-26 и P. putida D12. Проведенные исследования в лабораторных условиях на примере очистки модельных стоков, содержащих высокотоксичные загрязнители в концентрациях 2 и 4 г/л, показали преимущества микробиоло-гических методов очистки сточных вод с высокой эффективностью.

8. Впервые осуществлена эффективная очистка газовых выбросов от a - метилстирола в биореакторе «биотенк-биофильтр» с высокой степенью очист-ки, достигающей более 98% консорциумом бактериальных штаммов родов PseudomonasBacillus с приоритетной ролью Pseudomonas aeruginosa 8. Разработанная на данной основе биотехнология успешно прошла производ-ственные испытания на АО «Карбид» г.Темиртау и может быть рекомендована для улучшения экологической обстановки промышленных центров. На данный способ получено авторское свидетельство СССР на изобретение под № 1597345.

Оценка полноты решений поставленных задач

Поставленные в работе задачи выполнены:

- определено токсическое действие ароматических углеводородов на коллекционные бактериальные штаммы различного систематического положения и микрофлору биоценоза очистных сооружений АО «Карбид» г.Темиртау и выявлена устойчивая доминирующей углеводородокисляющая группа микроорганизмов – бактерии рода Pseudomonas;

- выделены активные штаммы углеводородокисляющих микроор-ганизмов, проведена их идентификация на основе культурально-морфоло-гических и физиолого-биохимических свойств;

- исследовано влияние физико-химических факторов на рост углеводо-родокисляющих микроорганизмов рода Pseudomonas на нефти и нефте-продуктах;

- выявлены пути микробной деструкции ароматических углеводородов – загрязнителей ряда химических производств бактериями рода Pseudomonas, выделенными из сточных вод АО «Карбид»;

- изучена углеводородокисляющая способность активных бактерий рода Pseudomonas, выделенных из нефтезагрязненных почв и морской воды, и на их основе создан микробный консорциум для очистки балластного слоя железнодорожного полотна от нефтепродуктов;

- создан консорциум иммобилизованных бактерий - деструкторов нефти и нефтепродуктов на основе отбора носителей и условий прикрепления и изучена его углеводородокисляющая активность;

- изучена биоремедиационная способность микробного консорциума на основе выделенных углеводородокисляющих бактерий рода Pseudomonas для очистки модельных и реальных сточных вод от нефтепродуктов в условиях непрерывного культивирования;

- разработана биотехнология очистки газовых промышленных выбросов, содержащих a -метилстирол, консорциумом углеводородокисляющих бактерий и выявлена ее эффективность в условиях лабораторного эксперимента и производства.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов

Для биоремедиации объектов окружающей среды, загрязненных нефтью и продуктами ее переработки, рекомендуется включить в состав биопрепарата комплексного действия выделенные активные культуры углеводород-окисляющих бактерий рода Pseudomonas.

Из сточных вод производства синтетического каучука выделен штамм Pseudomonas aeruginosa ДС-26,способный осуществлять полную деградацию a-метилстирола и толуола. Приоритетность этого исследования подтверждена авторским свидетельством на изобретение № 1375647 «Штамм бактерий Pseudomonas aeruginosa ДС-26, разлагающий a-метилстирол и толуол». Данное изобретение рекомендовано для биохимической очистки сточных вод ряда химических производств, где в качестве загрязнителей встречаются вышеуказанные соединения, а также их гомологи.

Разработан способ очистки отработанных газовых выбросов от a- метилстирола в биореакторе на основе консорциума активных бактериальных штаммов Bacillus-Pseudomonas с приоритетной ролью Pseudomonas, иммобили-зованных на волокнистой загрузке. Достигнута степень очистки, превышающая 98 %. На данный способ по очистке промышленных газовых выбросов от АМС ассоциацией бактерий Pseudomonas aeruginosa 8-Bacillus cereus 3 было получено авторское свидетельство на изобретение № 1597345 «Способ биологической очистки газовой среды от a -метилстирола».

Предлагаемая технология испытана на лабораторной и полупро-мышленной установке в условиях реального производственного процесса и рекомендована к применению для очистки воздушного бассейна от a-метил-стирола, образующегося в процессе производства синтетического каучука дивинилметилстирольного типа.

Результаты, полученные на лабораторной и пилотной установках, свиде-тельствуют о перспективности использования данной биотехнологии для очис-тки загрязненного воздуха от целого ряда летучих ароматических соединений, образующихся в процессе работы предприятий нефтепереработки и нефте-химии.

Разработанный способ очистки щебеночного слоя железнодорожного пути от нефтепродуктов с помощью консорциума нефтеокисляющих микроор-ганизмов позволяет снизить в нем содержание нефтепродуктов на 64 % и улучшить его физико-механические параметры. Новизна предложенного способа подтверждена предварительным патентом РК № 14818.

Полученные результаты используются в учебном процессе при чтении дисциплин «Прикладная экология», «Экологическая биотехнология», «Техно-логии очистки природных и производственных сточных вод» для подготовки бакалавров и магистров по специальности «Экология» в Казахском Националь-ном педагогическом университете им .Абая.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения

Эффективность микробиологической очистки воздуха от АМС в условиях лабораторного эксперимента в биореакторе составила 98-99% степень очистки, что позволило перейти от лабораторных испытаний к полупромышленным, т.е. к условиям максимально приближенным к производственным. С этой целью была использована пилотная установка, установленная в производственном помещении ПО «Карбид», на которую поступал технически отработанный газ, содержащий АМС. На основе полученных данных составлен акт полупро-мышленного испытания пилотной установки по очистке газовых выбросов от АМС на АО «Карбид».

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области

Научный уровень представленной диссертации соответствует между-народным стандартам исследований, проводимых в данной области. Высокий научно-технологический уровень достигнут использованием обширной теоре-тической базы данных литературных источников, а также привлечением современных инструментальных методов исследования и разработкой биотехнологических подходов для восстановления нефтезагрязненных объектов окружающей среды. В работе показана возможность решений экологических проблем биоремедиацией загрязненных природных и производственных сточных вод, почв, воздуха с помощью активных углеводородокисляющих микроорганизмов, способных к деструкции целого ряда токсических загрязнителей. Данное научное направление очень актуально и перспективно для Республики Казахстан.


СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


1 Джусупова Д.Б., Рустемов С.А. Новые метаболические пути окисления

-метилстирола бактериями рода Pseudomonas // Тезисы докладов VII съезда ВМО «Достижения микробиологии - практике». – Алматы, 1985. - Т.6. - С.55.

2 Джусупова Д.Б. Катаболизм -метилстирола бактериями рода Pseudo-monas // В кн.: Биосинтез ферментов микроорганизмами. – Алматы, 1986. – С.32-38.

3 Джусупова Д.Б. Роль гетеротрофных бактерий в интенсификации очист-ки промышленных сточных вод от - метилстирола бактериями рода Pseudomonas // Тезисы докладов конференции молодых ученых Казахстана «Молодежь и НТП». - Алма-Ата, 1986. – С. 21.

4 Алиева Р.М., Джусупова Д.Б., Тарабаева Ж.А., Тусупбекова Г.А.Интен-сификация очистки сточных вод ацетальдегидного производства иммобили-зованной микрофлорой // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции «Управляемое культивирование микроорганизмов». - Пущино, 1986. – С.43.

5 Алиева Р.М., Джусупова Д.Б. Пути метаболизма - метилстирола культурами рода Pseudomonas aeruginosa // Труды ИМиВ АН КазССР «Микробиологическая трансформация химических веществ в природных субстратах». – Алма-Ата, 1987. - Т.31. - С.3-10.

6 Джусупова Д.Б.Выделение микроорганизмов, ассимилирующих - метилстирол // Труды ИМиВ АН КазССР «Микробиологическая трансфор-мация химических веществ в природных субстратах.». – Алма-Ата: Наука, 1987. - №31. - С.20-26.

7 Алиева Р.М., Джусупова Д.Б., Тарабаева Ж.А., Тусупбекова Г.А. Распро-странение и отбор микроорганизмов, ассимилирующих ксенобиотики // Труды ИМиВ АН КазССР « Естественная и индуцированная изменчивость микроор-ганизмов» – Алма-Ата: Наука, 1988. – С.34-38.

8 А.С. № 1375647 . Штамм Ps. аeruginosa 26, разлагающий - метилстирол и толуол / Рустемов С.А., Головлева Л.А., Алиева Р.М., Джусупова Д.Б. Опубл.23.02.88: Бюл. № 7, 1988

9 Алиева Р.М., Джусупова Д.Б., Манасбаева А.Б.., Тусупбекова Г.А. Ингибирующее действие токсических соединений на микробоценоз активного ила // Тезисы Всесоюзной конференции по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера». - Алма-Ата, 1988.- С. 17.

10 Alieva R.M., Stukanov V.A., Dzhusupova D.B. Microbial technologies for purification of industrial waste waters // Сборник материалов международной школы ЮНЕП «Microbial degradation of xenobiotics». – Пущино, 1988. - С.84-91.

11 Джусупова Д.Б.Микробная очистка воздуха от - метилстирола //Сборник материалов III Всесоюзной конференции «Микробиологические методы защиты окружающей среды». - Пущино, 1988. – С.

12 А.С. № 1597345. Способ биологической очистки газовой среды от - метилстирола / Илялетдинов А.Н., Джусупова Д.Б., Алиева Р.М., Бановская О.В., Уразаева С.М., Зейбель Р.И., Головлева Л.А. Опубл.07.10.90; Бюл. № 37

13 Джусупова Д.Б. Использование микроорганизмов в защите природы от химического загрязнения // Межвузовский сборник научных трудов «Природа и хозяйство Казахстана: история, современное состояние и перспективы разви-тия». - Алматы. 1994. - С.35-40.

14 Джусупова Д.Б. Биологическая очистка газовых выбросов от альфа-метилстирола //Тезисы докладов 44-ой научной конференции КазГПУ им. Абая. - Алматы, 1993. – Часть 3.- С.58.

15 Джусупова Д.Б. Некоторые аспекты биотехнологии очистки сточных вод, содержащих - метилстирол // Сборник материалов конференции «Промышленная экология и охрана водных систем». - Алматы , 1997. - С.148-153.

16 Джусупова Д.Б. Перспективы использования углеводородокисляющих микроорганизмов для очистки воды и почвы от нефтяного загрязнения // Тезисы III ассамблеи ассоциации университетов Прикаспийских государств, 12 октябрь. - Актау, 1998. - С.178-179.

17 Джусупова Д.Б. Роль биотехнологии в восстановлении нарушенных техногенезом природных экосистем // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Проблемы гидрометеорологии и эколо-гии». – Алматы, 2001. – С.239-242.

18 Джусупова Д.Б. Биологическая очистка промышленных сточных вод -как эффективный путь охраны экосистем от экологических катастроф // Сборник материалов международного симпозиума «Стратегия и методы оценки экологического риска аридных и горных территорий». – Алматы, КазГНУ им. аль-Фараби, 2001. – С.155-157.

19 Джусупова Д.Б. Реализация биотехнологических методов в очистке промышленных сточных вод // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Современные проблемы географической и экологической науки Казахстана» - Алматы, 2002. - С. 120-123.

20 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Баубекова А.С.Отбор и динамика окисления нефтепродуктов микроорганизмами, выделенными из природных субстратов // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Современные проблемы географической и экологической науки Казахстана». - Алматы, 2002. - С. 120-123.

21 Джусупова Д.Б. Биотехнология очистки атмосферы от промышленных выбросов // Поиск. – 2002. - № 3. – С.122-126.

22 Джусупова Д.Б., Бейсенова А.С. Экологические проблемы водных экосистем нефтегазовых районов Западного Казахстана // Вестник КазНУ им.аль-Фараби, серия экологическая. – 2002. - №2 (11). – С.45-49.

23 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б. Биологическое окисление нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами // Вестник

КазНУ им.аль-Фараби, серия экологическая. – 2002. - №2 (11). - С.130-134.

24 Джусупова Д.Б. Общие биологические последствия на гидробионты при загрязнении водных экосистем нефтью и нефтепродуктами // Вестник АГУ им.Абая, серия естественно-географическая. Юбилейный сборник. – 2002. - №1. – С.87-91

25 Bigaliev A.A., Zhubanova A.A., Dzhusupova D.B., Baktygaly A. Bioreme-diation of soil from Tengiz oil and gas field. 10th Annual International Petroleum Environmental Conference, november 10-14, Houston, 2003.

26 Джусупова Д.Б., Баубекова А.С. Особенности бактерий рода Pseudomo-nas, выделенных из нефтезагрязненных природных компонентов // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» – Караганда, 2003. – С.80-88.

27 Джусупова Д.Б., Жубанова А.А., Баубекова А.С. Выделение, характе-ристика и идентификация новых бактерий нефтедеструкторов // «Биотехноло-гия. Теория и практика. – 2003. - №3. – С.84-88.

28 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Султангазиева А.Ж., Баубекова А.С.Биотехнология защиты окружающей среды от углеводородного загряз-нения // Материалы международной научно-практической конференции «Перспективы устойчивого развития экосистем Прикаспийского региона». – Алматы, 2004. – С. 62-64.

29 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Тюлебаева Г.М., Баубекова А.С. Использование нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки железно-дорожного балластного слоя от нефтепродуктов // Материалы международной научно-практической конференции «Железнодорожный транспорт Казахстана». – Алматы, 2004, С.325-327.

30 Предварительный патент № 14818 РК, МПК Е 01В 27/06. Способ очистки щебеночного балласта железнодорожного пути от нефтяного загряз-нения / Тюлебаева Г.М., Жубанова А.А., Тулемисов Т.Ж., Джусупова Д.Б., Баубекова А.С. – Опубл.15.09.2004; Бюл. № 9.

31 Жубанова А.А.,Джусупова Д.Б., Баубекова А.С., Ерназарова А.К.Влия-ние различных способов хранения на рост и жизнеспособность углеводородокисляющих микроорганизмов // Вестник КазНУ, серия биоло-гическая. – 2004. - № 2, (23). - С.98-103

32 Джусупова Д.Б. Динамика окисления стирола бактериальным штаммом Pseudomonas putida D 12 // Вестник КазНУ им.aль-Фараби, серия экологическая. – 2005. - № 16. - С.26-31.

33 Джусупова Д.Б. Оптимизация биотехнологии очистки производ-ственных газовых выбросов от летучих ароматических соединений ассоциацией бактерий родов Bacillus-Pseudomonas // Биотехнология.Теория и практика – 2005. - № 4. – С. 34-41.

34 Джусупова Д.Б., Жубанова А.А., Баубекова А.С. Углеводородокисляю-щая микрофлора акватории Каспия, загрязненной нефтью и нефтепродуктами

// Материалы международной конференции «Проблемы биодеструкции техно-генных загрязнителей окружающей среды». – Саратов, 2005. – С.67-68.

35 Джусупова Д.Б., Амиржанов Д.Б. Экологические проблемы нефтегазо-вого сектора Западного Казахстана // Сборник материалов международной конференции «Рациональное природопользование». – Москва, 2005. - С.113-119.

36 Джусупова Д.Б. Углеводородокисляющие микроорганизмы рода Pseu-domonas, используемые для биоремедиации нефтезагрязненных экосистем

// Вестник КазНУ им.аль-Фараби, серия биологическая. – 2006. - № 4.С.95 -101.

37 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Баубекова А.С.Использование бакте-риального консорциума для очистки балластного слоя железнодорожного по-лотна // Материалы 4-го Московского международного конгресса «Биотех-нология: состояние и перспективы развития».- Москва, 2007. – С.133.

38 Джусупова Д.Б. Антимикробная активность ароматических углево-дородов в отношении различных микроорганизмов // Вестник КазНУ им.аль-Фараби, серия биологическая. – 2007. - № 3 (33). - С.113-117.

39 Джусупова Д.Б., Уашпаев Ж.А. Экологические проблемы углево-дородного загрязнения окружающей среды и пути их решения // Материалы международной конференции «Валихановские чтения».- Кокшетау, 2007. – С.128-132.

40 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Баубекова А.С. Нефтедеструктивная способность гетеротрофных микроорганизмов // Материалы республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной микробиологии».- Алматы. -2007.- С.86-88.

41 Джусупова Д.Б., Джусупова А.Б. Перспективы внедрения в вузах курса «Экологическая биотехнология» для подготовки высокообразованных специа-листов экологов // Материалы республиканской научно-практической конфе-ренции «Оптимизация географического и экологического образования в условиях перехода образовательных учреждений на 12-летнее обучение». – Алматы, 2007. – С.56-58.

42 Жубанова А.А., Джусупова Д.Б., Баубекова А.С. Биоремедиация нефте-загрязненных экосистем на основе углеводородокисляющих микроорганизмов рода Pseudomonas // Материалы международной научно-практической конфе-ренции «Биоразнообразие и устойчивое развитие природы и общества». - Алматы, 2009, Ч.1.- С.178-181.

43 Джусупова Д.Б. Распространение углеводородокисляющей микрофлоры в природных экосистемах // Вестник КазНУ им.аль-Фараби, серия эколо-гическая, № 2(23), 2008 . – С.20-26.

44 Джусупова Д.Б. Приоритеты экологической биотехнологии в условиях глобализации //Global Science Communications. Matters of International Scientific Internet conferens “ Vital scientific problems in the period of crisis: current condition and future’’.– Eindhoven-Netherlands, 21-31 December, 2009.- P. 105-110.

45 Джусупова Д.Б. Бактериальная деструкция нефти и нефтепродуктов при различных условиях культивирования // Вестник КазНПУ им.Абая, серия естествознания. – 2009. - № 4(22). – С.12-17.

46 Джусупова Д.Б.Экологические подходы в очистке промышленных сточных вод // Экологическое образование в Казахстане. – 2010. - № 1(29).- С.7-10.

Учебные и учебно-методические пособия

47 Джусупова Д.Б.Типовая программа по курсу «Основы экологии». - Сборник № 38 типовых программ АГУ им. Абая, ч.1. – Алматы, 1994.- С.50-53.

48 Джусупова Д.Б.Типовая программа по спецкурсу «Биотехнология очист-ки промышленных сточных вод». - АГУ им. Абая. – Алматы, 1997. - С.42-48.

49 Джусупова Д.Б.Типовая программа по курсу «Экология» - Программы Университетов и пед.вузов.- Алматы, 1999. - С.42-48.

50 Джусупова Д.Б.Типовая программа по курсу «Экологическая биотех-нология». - Сборник типовых программ для студентов ВУЗов, Алматы, 2002. - С.70-76.

51 Джусупова Д.Б.Технологии очистки природных и производственных сточных вод. Учебное пособие . – КазНПУ им.Абая. – Алматы, 2006. – 92 с.

52 Джусупова Д.Б. Тесты по экологическим дисциплинам. - КазНПУ им. Абая. – Алматы, 2006. – 56 с.

53 Джусупова Д.Б. Учебно-методический комплекс «Экология».- Алматы, 2007. – 80с.

54 Джусупова Д.Б. Учебно-методический комплекс «Технологии очистки природных и производственных сточных вод».- Алматы, 2008. – 87 с.

55 Джусупова Д.Б. Учебно-методический комплекс «Экологическая био-технология» - Алматы, 2009.- 104 с.

56 Джусупова Д.Б.Тестовые задания по дисциплине «Экологическая био-технология». – Алматы, 2009.- 33 с.