WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

Анаэробное окисление аммония и метаногенез в системах аэробной очистки сточных вод с иммобилизацией микроорганизмов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛИТТИ Юрий Владимирович

Анаэробное окисление аммония и метаногенез в системах

аэробной очистки сточных вод с иммобилизацией

микроорганизмов

03.02.03 – микробиология

03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2012 1

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, Ножевникова Алла Николаевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Л. М. Захарчук, профессор каф.

микробиологии Биологического факультета МГУ доктор биологических наук, Ю.А. Николаев, руководитель группы биотехнологий Инженернотехнологического центра Мосводоканала.

Ведущая организация: Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева

Защита диссертации состоится 11 декабря 2012 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 501.001.21 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119234, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 12, биологический факультет МГУ, ауд. М-1.

Тел: 8 (495) 939-54-83, эл. почта: npiskunkova@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.

Ломоносова.

Автореферат разослан 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета: к.б.н. Пискункова Нина Фёдоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из актуальнейших проблем современности является проблема чистой воды, которая неразрывно связана с проблемой качественной очистки сточных вод и предотвращения загрязнения источников чистой пресной воды. Наибольший интерес и перспективу имеют естественные и самые дешевые методы биологической очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях, или в их комбинации.

В централизованной очистке хозяйственно-бытовых сточных вод осуществляется аэробная очистка с применением процесса активированного ила, которая наряду с бесспорными достоинствами имеет и ряд существенных недостатков, а именно высокие затраты на аэрацию и утилизацию больших количеств избыточного ила (Ножевникова, 2004). Не менее серьезная проблема состоит в удалении соединений азота, т.к. большинство очистных сооружений изначально проектировалось без расчета на их удаление (Jetten et al., 2002;

Николаев и др., 2008). Сброс недостаточно очищенных от соединений азота сточных вод является причиной эвтрофикации водоемов. Присутствие аммиака в водоеме оказывает сильное токсическое влияние на рыб, наличие нитритов в питьевой воде вызывает онкологические заболевания, нитратов — метгемоглобинемию у детей.

В настоящее время азотсодержащие соединения удаляются в специальном блоке доочистки воды методом биологической нитриденитрификации, однако он достаточно дорог, так как требует значительных затрат на аэрацию и добавление источника органических веществ, необходимых для роста денитрификаторов (Dapena-Mora et al., 2004; Николаев и др., 2008). В конце 80-х годов прошлого века был открыт процесс анаэробного окисления аммония нитритом (анаммокс-процесс) (Broda, 1977), и через 20 лет описана первая анаммокс-бактерия Cand. Brocadia anammoxidans (Strous et al., 1999). В наши дни анаммокс-процесс считается наиболее перспективным, экономически выгодным и эффективным способом удаления аммония из сточных вод, т.к.

позволяет исключить стадию гетеротрофной денитрификации и значительно уменьшить стоимость аэробной нитрификации (Jetten et al., 2002; Schmidt et al., 2003; Egli et al., 2003; Zhang et al., 2008; Kartal et al., 2010). Являясь крайне востребованным при очистке высококонцентрированных сточных вод, применению процесса анаммокс при очистке сточных вод с низкими концентрациями азотных загрязнений ранее не уделялось должного внимания.

Однако, по мере развития новых технологий очистки анаммокс-процесс может вносить более значимый вклад в удаление азота при очистке сточных вод с низкими концентрациями азотных загрязнений, состав которых отличается от оптимальных для развития сообщества анаммокс-бактерий. Таким образом, исследование процесса анаммокс приобретает новый аспект.

В настоящее время большое внимание уделяется разработке и развитию новых, а также усовершенствованию существующих методов биологической очистки сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых сточных вод, характеризующихся низкими концентрациями загрязнений. Среди них использование анаэробных и аэробных процессов в одном (Irwine et al., 1989;

Subbaramaiah et al., 2010) или разных биореакторах (Goncalves and Avanjo, 1999;

Garuti et al., 1992), применение рецикла очищаемой воды, изменение режима аэрации и др. для более полного удаления биогенных элементов (Мишуков Б.Г., 2004а), а также применение иммобилизации микроорганизмов активного ила на различных носителях (Yan and Tay, 1997; Zita and Hermansson, 1997; Сироткин, 2007). Иммобилизация микроорганизмов на твердом носителе вследствие развития биопленок позволяет значительно увеличить плотность и биоразнообразие активных микроорганизмов в очистных сооружениях, благодаря чему увеличивается скорость и глубина очистки воды. Увеличение продолжительности пребывания микроорганизмов в реакционной среде имеет немаловажное значение с учетом затрат на утилизацию больших количеств биомассы активного ила. В системах аэробной очистки с прикрепленными микроорганизмами устанавливается равновесие между процессами прироста биопленки и ее вымывания, в связи с чем отпадает необходимость в рециркуляции биомассы, принципиально необходимой при очистке сточных вод в традиционных аэротенках, работающих на свободноплавающей биомассе (Сироткин, 2007).



Перечисленные выше основные преимущества систем аэробной очистки с иммобилизацией микроорганизмов активного ила, перед традиционными аэротенками со свободноплавающей биомассой, в большой степени связаны с важной особенностью строения биопленки – образованию анаэробного слоя вследствие ограниченного доступа кислорода в ее внутренние зоны (Tay et al., 2002; Yu et al., 2002; Плакунов, 2008). Даже в условиях аэрации во внутренних слоях биопленок возникают анаэробные микрозоны, где могут осуществляться анаэробные микробные процессы, в частности денитрификация (M. Henze et al., 2008). До настоящего времени до конца не раскрыты процессы, протекающие в анаэробных слоях биоплёнки, а также их влияние на эффективность функционирования сооружений аэробной очистки сточных вод. Исследование метаногенеза, а также анаэробного окисления аммония и денитрификации процессов, участвующих в удалении основных загрязняющих веществ хозбытовых сточных вод, а именно соединений углерода и азота, представляет большой интерес для биотехнологии аэробной очистки сточных вод с участием иммобилизованных биоценозов. Результаты этих исследований могут иметь важное практическое значение при проектировании новых и реконструировании существующих очистных станций, в частности, для уменьшения образования избыточного ила, а также упрощения и удешевления процесса удаления биогенного азота.

Цели и задачи работы. Целью работы было исследовать анаэробные процессы образования метана и молекулярного азота в биопленках иммобилизованного активного ила в системах аэробной очистки сточных вод, получить доказательства осуществления процесса анаэробного окисления аммония нитритом и развития анаммокс-бактерий в полномасштабных сооружениях и разработать предложения по оптимизации процессов удаления азота. В задачи работы входило:

1) исследовать разнообразие и относительную численность аэробных и анаэробных микроорганизмов в прикрепленном активном иле;

2) исследовать анаэробную деградацию органических веществ с образованием метана во взвешенном и прикрепленном активном иле из полномасштабных станций очистки сточных вод;

3) исследовать окисление метана в микробных биопленках и во взвешенном иле;

4) исследовать процессы денитрификации и анаммокс в периодических стационарных накопительных реакторах и при проточном культивировании;

5) получить биомассу прикрепленного и свободноплавающего активного ила, обогащенного анаммокс-бактериями;

6) с использованием культуральных, микроскопических, молекулярнобиологических и филогенетических методов охарактеризовать анаммоксбактерии в хлопьях и биопленках активного ила.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые проведено исследование анаэробных процессов (метаногенез и анаммокс) в полномасштабных системах аэробной очистки бытовых сточных вод с иммобилизацией микроорганизмов. Выявлено, что в условиях активной аэрации в биопленках иммобилизованного на ершовом носителе активного ила функционирует метаногенное микробное сообщество, которое осуществляет анаэробную деградацию органических соединений до метана и углекислоты.

Показано микробное окисление образующегося метана и реализация метанового цикла при очистке сточной воды, причем образование метана происходит преимущественно в прикрепленном, а окисление в свободноплавающем иле.

Установлено, что высокое содержание анаэробных микроорганизмов в активном иле обеспечивает низкий прирост микробной биомассы избыточного ила.

Получены доказательства наличия процесса анаммокс при очистке бытовых сточных вод в комбинированной системе с физико-химической предобработкой и биологической очисткой. Впервые показан существенный вклад анаммокспроцесса в удаление азота при очистке сточных вод с низкими концентрациями загрязнений. Получен патент на комплектно-блочную модульную очистную установку с эффективным удалением азота с помощью иммобилизованного аэробно-анаэробного микробного сообщества, включающего анаммоксбактерии. Выданы рекомендации для оптимизации работы канализационных очистных сооружений КОС ЭКОС.

Апробация работы. Материалы работы были представлены на международных симпозиумах и конференциях: V-ая и VI-ая Молодежная школа-конференция с международным участием «Актуальные аспекты современной микробиологии» (2009, 2010); III International Conference on Environmental, Industrial and Applied Microbiology (BioMicroWorld 2009);

Конференция «Инновационные технологии и оборудование для очистки сточных вод и обработки осадка» (2010); VI Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (2011); IX Международная специализированная выставка «Мир биотехнологии - 2011»;

BIT's 1st World Congress of Environmental Biotechnology - 2011; Международная конференция «Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов экстремальных местообитаний»; Конференция «Энергосбережение и энергоэффективность на предприятиях водопроводно-канализационного хозяйства» (2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ ( опубликованных статьи и 1 статья в печати, 1 патент, 9 тезисов).

Место проведения работы. Работа выполнена в лаборатории микробиологии антропогенных мест обитания Института микробиологии им. С. Н.

Виноградского РАН. Филогенетические исследования проведены в ЦКП "Контроль биобезопасности ГМО, пищевого сырья, продуктов и кормов» ФЦП Роснауки на базе Центра "Биоинженерия" РАН.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие материалы:

«КОЗЛОВА Людмила Валерьевна Глюкан со смешанным типом связей и глюкуроноарабиноксилан в ходе роста корней и колеоптилей кукурузы (Zea mays L.) 03.01.05 – физиология и биохимия растений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук КАЗАНЬ 2012 2 Работа выполнена в лаборатории механизмов роста растительных клеток Федерального государственного бюджетного учреждения науки Казанского института биохимии и биофизики Казанского научного центра Российской академии наук ...»

«КИРИЛЮК Ольга Кузьминична ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СЕТИ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЭКОРЕГИОНА ДАУРСКАЯ СТЕПЬ Специальность 03.02.08 – экология (биология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Хабаровск – 2011 Работа выполнена в лаборатории эколого-экономических исследований Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН и Государственном природном биосферном заповеднике Даурский Минприроды РФ ...»

«ХОДАК Юлия Александровна РНК-ПОЛИМЕРАЗА E.coli: ЭКСПРЕСС-МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОЧИСТЫХ ПРЕПАРАТОВ; НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 03.01.03 молекулярная биология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва 2011 Работа выполнена в отделе химии нуклеиновых кислот НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научные кандидат химических наук руководители: ...»

«ИВАНЕНКОВ ЯН АНДРЕЕВИЧ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА МУЛЬТИПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ 03.01.04 – Биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Уфа – 2010 Работа выполнена в Исследовательском институте химического разнообразия (ИИХР) совместно с Учреждением Российской академии наук Институт физиологически активных веществ РАН (ИФАВ РАН) Научный руководитель доктор ...»

«ХАРЬКОВА Ольга Юрьевна ОРНИТОФАУНА ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ: ВИДОВОЙ СОСТАВ, ДИНАМИКА И ОХРАНА 03.00.08 – зоология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2007 Диссертация выполнена на кафедре зоологии позвоночных Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Беме Ирина Рюриковна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор ...»

«Гурия Константин Георгиевич АКУСТИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТРОМБООБРАЗОВАНИЯ И ФИБРИНОЛИЗА 03.01.02 – биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2012 Работа выполнена на кафедре Физики живых систем ФГАОУВПО Московский физико-технический институт (государственный университет) и в ФГБУ Гематологический научный центр МЗ РФ Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Гузеватых Александр Петрович Официальные ...»

«ГОГОЛЬ Эллина Владимировна СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АМПЕРОМЕТРИЧЕСКИХ ХОЛИНЭСТЕРАЗНЫХ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ КОЛИЧЕСТВ ПЕСТИЦИДОВ 03.00.16 - Экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук К А З А Н Ь - 2000 Работа выполнена на кафедре прикладной экологии экологического факультета Казанского государственного университета. Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Евтюгин Г.А. доктор ...»

«Гиляров Дмитрий Алексеевич СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИНГИБИТОРА ДНК-ГИРАЗЫ МИКРОЦИНА Б Специальность 03.01.07 - молекулярная генетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2011 Работа выполнена в лаборатории молекулярной генетики микроорганизмов Учреждения Российской академии наук Института биологии гена РАН. Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Северинов Константин Викторович Официальные оппоненты: чл.-корр. РАН, ...»

« Феоктистов Александр Сергеевич Распределение лектинов в талломе листоватых лишайников в связи с особенностями их морфоструктурной организации Специальность 03.02.12 – микология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2010 Диссертационная работа выполнена на Биологическом факультете Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.