ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ СОРБЦИИ CU²⁺ ШТАММАМИ PSEUDOMONAS SP. 409TA И CANDIDA SP. 410AT

Цуркан Яна Сергеевна

PhD-докторант, КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

Карпенюк Татьяна Анатольевна

профессор, д. б. н., КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

Гончарова Алла Владимировна

доцент, к. б. н., КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы

Е-mail: yanatsurkan@mail.ru

К многочисленным вредоносным для окружающей среды и человека воздействиям, наносящим ущерб здоровью населения, относятся загрязнения водоёмов промышленными и комунально-бытовыми сточными водами, содержащими высокие концентрации тяжёлых металлов и других поллютантов.

Метод очистки сточных вод, основанный на применении микроорганизмов (активный ил), позволяет значительно снизить уровень антропогенной нагрузки. Микробное сообщество активного ила исключительно разнообразно. Присутствие в сточных водах высоких и постоянно меняющихся концентраций различных загрязняющих веществ, способствует возникновению мутантов в консорциуме микроорганизмов активного ила, поддержанных естественным отбором. В связи с этим, создание биопрепаратов на основе микроорганизмов, выделенных из активного ила, может иметь большие перспективы практического использования для очистки сточных вод местного значения.

Нами из активного ила очистных сооружений г. Алматы были отобраны изоляты бактерий рода Pseudomonas, дрожжей рода Candida, обладающие способностью расти на дизельном топливе, толуоле, бензине и других углеводородах. Штаммы Candida sp. 410AT и Pseudomonas sp. 409TA, демонстрирующие высокую степень деструкции этих соединений и отличающиеся неприхотливостью к условиям роста, были испытаны на способность извлекать из растворов тяжёлые металлы.

Объекты исследований

Штаммы Candida sp. 410AT и Pseudomonas sp. 409TA

Методы исследований

Кинетику сорбции ионов тяжелых изучали методом ограниченного объема [2, 6]. Диапазон концентрации Cu²⁺ — от 0,25 до 7,5 г/л. Время контакта суспензии с металлом - 0,1; 0,5; 1 и 24 часа при постоянном перемешивании (качалка, 220 об/мин). Остаточное количество металла в супернатанте (после осаждения клеток центрифугированием) измеряли комплексонометрическим методом [1]. Значение рН рабочих растворов —6,0. Количество клеток, взятое в эксперимент, составляет для бактерий 0,45*10⁶  кл/мл, для дрожжей 6*10³ кл/мл.

Результаты исследований и обсуждение

Известно, что клетки микроорганизмов могут удерживать значительные количества ионов металлов путем «пассивной» сорбции и/или комплексообразования (биосорбция) и/или путем их «активного» концентрирования (биоаккумуляция) [3-5].

Изучение кинетики извлечения ионов меди штаммом Pseudomonas sp. 409TA (при концентрации внесенной меди 0,25 г/л) показало, что в первый час культивирования содержание металла в среде уменьшается на 93,25%±1,6, через сутки — на 94,75%±1,4.  Достоверной разницы в количестве извлеченного металла с увеличением времени инкубирования нет (таблица). Это свидетельствует об извлечении ионов меди из раствора за счет сорбции металла на поверхности клеток бактерий. Увеличение концентрации внесенных ионов меди до 7,5 г/л ведет к увеличению количества извлеченного металла клетками бактерий. Так, в течение часа клетки сорбируют 99,2%±0,5, а через сутки — 99,28%±0,3 добавленного металла. Увеличение времени контакта бактерий с раствором меди практически не влияет на количество извлеченного металла.

При добавлении к клеткам штамма Candida sp. 410AT ионов меди в концентрации 0,25 г/л в среде количество извлеченного металла дрожжевыми клетками в течение первых десяти минут составляет 91%±0,4. Через 0,5 часа контакта дрожжевые клетки поглощают 91%±0,35, а через 24 часа 93,25%±0,52. При добавлении более высоких концентраций ионов меди в среду (7,5 г/л) процент поглощения ионов через заданные интервалы времени 0,1; 0,5; 1, 24 часа составляет соответственно 98,81±0,05; 99,03±0,05; 98,93±0,16; 99,08±0,12.

Таблица 1.

Данные по кинетике сорбции меди клетками микроорганизмов

Полученные данные свидетельствует о способности штаммов Candida sp. 410AT и Pseudomonas sp. 409TA к быстрой сорбции ионов меди из среды культивирования, поскольку уже в течение первых десяти минут контакта содержание ионов меди в исследуемом растворе уменьшается более чем на 90%, а в течение часа в системе «клетки микроорганизмов — раствор соли металла» достигается состояние равновесия. С увеличением концентрации ионов меди в среде (в проверенном в эксперименте диапазоне концентраций) процент сорбированного металла клетками штаммов Pseudomonas sp. 409TA и Candida sp. 410AT возрастает.

Результаты опытов по кинетике извлечения ионов меди живыми и мертвыми клетками  Pseudomonas sp. 409TA и дрожжей Candida sp. 410AT (время инкубации 1 час) показывают, что достоверной разницы в количестве извлеченного металла нативными и убитыми кипячением и автоклавированием клетками нет. Так, живые клетки при концентрации ионов меди 0,1 г/л в течение часа сорбируют 91,51%±0,1; прокипяченные — 90,02%±1; проавтоклавированные — 90,89%±1,1. При высокой концентрации ионов меди (7,5 г/л) живые, прокипяченные и автоклавированные клетки дрожжей сорбируют соответственно 98,88%±0,4; 98,05%±1,2; 97,67%±1 (рисунок).

Ось абсцисс — концентрация металла, г/л; ось ординат — количество сорбированного металла (% по отношению к исходному)

Рисунок 1. Степень извлечения ионов меди живым (1), прокипяченным (2), автоклавированым (3) образцом дрожжей Candida sp. 410AT

Таким образом, штаммы Candida sp. 410AT и Pseudomonas sp. 409TA, выделенные из активного ила, сочетают в себе способность к деструкции широкого спектра углеводородных субстратов и свойства эффективных биосорбентов ионов меди, что повышает перспектив­ность их включения в биопрепараты для очистки сточных вод.

Список литературы:

1.        Лейтес Е. А., Смагин В. П. и др. Практикум по аналитической химии: Учебное пособие. — Барнаул: Изд-во «Азбука», 2004. — 75 с.

2.        Салдадзе К.М., Копылова — Валова В. Д. Комплексообразующие иониты комплекситы. — М.: Химия, 1980. — 336 с.

3.        Haferburg G, Kothe E. Microbes and metals: interactions in the environment // J Basic Microbiol. — 2007, Dec. — 47(6). — Р. 453‑67.

4.        Kalmykova Y, Strömvall AM, Steenari BM. Alternative materials for adsorption of heavy metals and petroleum hydrocarbons from contaminated leachates // Environ Technol. — 2008, Jan. — 29(1). — Р. 111‑22.

5.        Sprocati AR, Alisi C, Segre L et.al. Investigating heavy metal resistance, bioaccumulation and metabolic profile of a metallophile microbial consortium native to an abandoned mine // Sci Total Environ. — 2006, Aug 1. — 366(2‑3). — Р. 649‑58.

6.        Taoufik J., Zeroual Y., Moutaoakkil F. Aromatic hydrocarbons removal by immobilized bacteria (Pseudomonas sp., Staphylococcus sp.) in fluidized bed bioreactor // Ann. Microbiol. — 2004. — V. 54, N 2. — P. 189‑200.