Анотація до роботи:

Стабніков В.П. Розробка способів анаеробного очищення стічних вод з використанням залізовідновлювальних бактерій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія, технічні науки. – Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена питанням розробки нових біотехнологічних способів анаеробного очищення сульфат- та фосфатвмісних стічних вод з використанням залізовідновлювальних бактерій (ЗВБ) та сполук тривалентного заліза. При додаванні заліза(ІІІ) та ЗВБ в анаеробний реактор при очищенні сульфатвмісних стічних вод спостерігалось зменшення сульфатредукції та утворення сульфіду, а також покращення видалення загального органічного вуглецю тa утворення метану.

Встановлена можливість використання залізовідновлювальних бактерій для видалення фосфату при очищенні стічних вод. Оптимальне співвідношення кількості внесеного Fe (III) до фосфату при анаеробному зброджуванні активного мулу складало 2:1, ефективність видалення фосфату становила 95% від початкового значення.

Отримано накопичувальні та чисті культури ЗВБ. Визначення найближчої філогенетичної послідовності нуклеотидів для гену 16S рРНК ізольованих штамів показало що вони є представниками видів Stenotrophomonas maltophilia та Brachymonas denitrificans. Залізовідновлювальна активність S. maltophilia тa денітрифікуючої бактерії B. denitrificans показана уперше.

Запропонована технологія застосування залізовідновлювальних бактерій та внесення Fe(III) для анаеробного видалення фосфату з рідинної фракції анаеробного мулу міських споруд по очищенню стічних вод з метою подальшого використання фосфат-залізного осаду (ФЗО) як фосфорного добрива у сільському господарстві. Додавання ФЗО до ґрунту збільшувало суху вагу наземної частини рослин у 4 – 5 разів у порівнянні з контролем.

Розроблено апаратурна та технологічна схеми отримання ФЗО із рідинної фракції анаеробного мулу міських споруд по очищенню стічних вод.

1.Залізовідновлювальні бактерії можуть застосовуватися для регуляції процесів анаеробної обробки стічних вод. Уперше запропоновано нові біотехнологічні способи очищення сульфатвмісних та фосфатвмісних стічних вод з використанням залізовідновлювальних бактерій та сполук тривалентного заліза.

2. В процесах очищення стічних вод із вмістом сульфатів або фосфатів можливо використовувати як накопичувальні, так і чисті культури залізовідновлювальних бактерій. Ізольовано та ідентифіковано шляхом сиквенування гену 16S рРНК штами видів Stenotrophomonas maltophilia та Brachymonas denitrificans. Залізовідновлювальна активність представників даних видів встановлена уперше.

3. Залізовмісна глина та залізна руда можуть використовуватися як дешеві та доступні джерела Fe(III). Додавання залізовмісної глини під час анаеробної обробки жировмісних стічних вод у кількості, що відповідала 4-х кратній дозі стехіометрично необхідного заліза для повного зв’язування довголанцюгових жирних кислот, ефективність видалення ХСК становила 98%, метаноутворення було на 60% вищим, ніж у контролі, збільшувалася активність метаногенів.

4. Додавання Fe(ІІІ) тa залізовідновлювальних бактерій під час анаеробної обробки сульфатвмісних стічних вод зменшувало сульфатредукцію і покращувало видалення загального органічного вуглецю тa утворення метану. Внесення гідроксиду тривалентного заліза при анаеробній обробці стічних вод з вмістом сульфату 3 г/л при молярному співвідношенні Fe/SO₄^2- 1,75:1 підвищувало максимальну швидкість видалення ХСК_орг на 84%, максимальну швидкість утворення біогазу на 40%, вміст метану у біогазі – з 29% до 55%, та знижувало вміст сірководню в біогазі з 72 г/м³ до нуля.

5. Встановлено за допомогою молекулярних проб флуоресцентною in situ гібридизацією та проточною цитофлуорометрією, що мікробна популяція сульфатвідновлювальних бактерій була домінуючою на протязі анаеробної обробки сульфатвмісних стічних вод, але при додаванні гідроксиду заліза їх доля зменшувалася у 6 разів.

6. Показана можливість використання залізовідновлювальних бактерій для видалення фосфату при очищенні стічних вод. Додавання гідроксиду заліза при анаеробному зброджуванні активного мулу з високою концентрацією фосфатів обумовлювало утворення іонів двовалентного заліза, які преципітували фосфат. При співвідношенні кількостей внесеного Fe (III) до фосфату 2:1, ефективність видалення фосфату складала 95% від початкового значення.

7. Застосування залізовідновлювальних бактерій та додаткове внесення Fe(III) забезпечувало анаеробне видалення фосфату з рідинної фракції анаеробного мулу міських споруд по очищенню стічних вод. Оптимальним масовим співвідношенням внесеного Fe(III) дo початкового фосфату в рідинній фракції було 4:1. Співвідношення видаленого P дo утвореного Fe(II) було 0,17 г P/г Fe(II), що практично не відрізнялося від витрат тривалентного заліза при хімічній преципітації фосфору на діючих спорудах по очищенню стічної води.

8. Отриманий з рідинної фракції анаеробного мулу міських очисних споруд фосфат-залізний осад (ФЗО) можливо застосовувати як фосфорне добриво. Додавання ФЗО як фосфорне добриво до ґрунту збільшувало суху вагу наземної частини рослин у 4 – 5 разів у порівнянні з контролем.

9. Розроблена апаратурно-технологічна схема видалення фосфатів з рідинної фракції анаеробного мулу міських споруд по очищенню стічних вод. Економія від застосування біологічного методу видалення фосфору із застосуванням залізної руди та залізовідновлювальних бактерій з рідинної фракції анаеробного мулу міських споруд по очищенню стічних вод потужністю 100 тис. м³/добу з концентрацією фосфату 150 мг/л у порівнянні з хімічним осадженням фосфату сульфатом двовалентного заліза складатиме 1 198 000 грн/рік, а у порівнянні з хлоридом тривалентного заліза – 1 858 000 грн/рік.

Публікації автора:

1. Иванов В.Н., Стабникова Е.В., Стабников В.П., Ким И.С., Зубер А. Влияние железосодержащих соединений на обработку жиросодержащих сточных вод // Прикладная биохимия и микробиология. – 2002. – т. 38, № 3. – С. 255 – 258. (Здобувачем було самостійно проведено порівняння відновлення Fe(III) з гідроксиду заліза, залізовмісної глини та залізної руди, вивчено вплив додавання залізовмісної глини на зниження ХПК, активність метаногенів (за флуоресценцією коензиму F₄₂₀) та утворення метану при анаеробному зброджуванні жировмісних вод).

2. Стабников В.Н., Тэй С.Т.Л., Тэй Д.Х., Иванов В.Н. Влияние гидроокиси железа на удаление фосфата при анаэробном сбраживании активного ила // Прикладная биохимия и микробиология. – 2004. – т. 40, № 4. – С. 442 – 447. (Здобувачем було самостійно проведено вивчено впливу додавання залізовідновлювальних бактерій (ЗВБ) та Fe(III) на виділення фосфатів при анаеробній обробці активного мулу та зниження концентрації загального органічного вуглецю та утворення біогазу).

3. Ivanov V., Wang J.Y., Stabnikov V., Xing Z., Tay J.H. Improvement of sludge quality by iron-reducing bacteria. Journal of Residuals Science and Technology. – 2004. – v. 1, № 3. – P. 165 – 168. (Здобувачем було самостійно досліджено утворення Fe(II) та виділення фосфату при анаеробній обробці активного мулу з додаванням ЗВБ та тривалентного заліза).

4. Стабников В.П., Иванов В.Н., Решетняк Л.Р., Тэй С.Т.Л. Влияние гидроксида железа на анаэробное сбраживание сульфатсодержащих сточных вод // Химия и технология воды. – 2004. – т. 26, № 5. – С. 471 – 478. (Здобувачем було самостійно вивчено вплив різних доз сульфату на відновлення тривалентного заліза, а також вплив додавання ЗВБ та Fe(III) на процес анаеробної обробки сульфатвмісних стічних вод, а саме на зниження ХПК, утворення біогазу, утворення сірководню, та співвідношення сульфатвідновлювальних бактерій та метаногенів, визначеного за допомогою молекулярних проб та флуоресцентної гібридизації in situ).

5. Стабніков В.П., Решетняк Л.Р. Вплив додавання заліза у різних дозах на процес видалення фосфату при анаеробному зброджуванні активного мулу // Наукові праці НУХТ. – 2004. – №. 15. – С. 38 – 40. (Здобувачем було самостійно вивчено вплив дози тривалентного заліза на видалення фосфату при анаеробній обробці активного мулу за участю ЗВБ, при цьому аналізувалося утворювання біогазу, співвідношення метану та двооксиду вуглецю в біогазі, зниження концентрації фосфату).

6. Стабніков В.П., Красінько B.О., Решетняк Л.Р. Вплив гідроксиду заліза на анаеробне зброджування сульфатвмісних стічних вод // Наукові праці НУХТ. – 2004. – Додаток до № 15. – С. 34 – 35. (Здобувачем було самостійно вивчено вплив додавання залізовідновлювальних бактерій та тривалентного заліза на процес анаеробної обробки сульфатвмісних стічних вод, а саме на утворення сірководню у біогазі та розчині).

7. Ivanov V., Stabnikov V., Zhuang W.Q., Tay J.H., Tay S.T.L. Phosphate removal from return liquor of municipal wastewater treatment plant using iron-reducing bacteria // Journal of Applied Microbiology. – 2005. – v. 98, № 5. – P. 1152 – 1161. (Здобувачем було самостійно отримано накопичувальні та чисті культури залізовідновлювальних бактерій, вивчено морфологічні та фізіологічні ознаки чистих культур ЗВБ, на основі визначення найближчої філогенетичної послідовності нуклеотидів для гену 16S рРНК ізольованих штамів проведено їх ідентифікацію (повна послідовність нуклеотидів гену 16S рРНК для S. maltophilia штам BK та часткова послідовність нуклеотидів гену 16S рРНК для B. denitrificans штам MK були депоновані у базі даних Генетичного Банку під номерами AY641540 та AY646837 відповідно), вивчено здатність штаму ВК окислювати різні ксенобіотики з Fe(OH)₃ як акцептором електронів, досліджено процес видалення фосфату з РФАМ при застосуванні тривалентного заліза та залізовідновлювальних бактерій).

8. Ivanov V., Stabnikov V., Tay S.T.L., Tay J.H. Application of iron-reducing bacteria for phosphate removal from returned liquor of municipal wastewater treatment plant // Civil Engineering Research, Nanyang Technological University. – 2005. – № 18. – P. 65 – 66. (Здобувачем було самостійно дослідженню взаємодія клітин ЗВБ та часток заліза, вивчено хімічний склад рідинної фракції анаеробного мулу (РФАМ) та процес відновлення заліза при застосуванні накопичувальних та чистих культур ЗВБ).

9. Стабніков В.П., Решетняк Л.Р., Красінько B.О. Видалення фосфату з рідинної фракції анаеробного реактора і застосування його як добрива // Наукові праці НУХТ. – 2005. – № 16. – С. 20 – 22. (Здобувачем було самостійно проведено випробування застосування отриманого з РФАМ фосфат-залізного осаду як фосфорного добрива на ріст рослин).

10. Ivanov. V., Tay S.T.L., Wang J.Y., Stabnikov V., Tay J.H. Innovative wastewater treatment biotechnologies based on reduction and oxidation of iron. Proceedings of International Conference “Asian Waterqual 2003”, Bangkok, Thailand, October 19 – 23, 2003. – p. 454 – 455.

11. Ivanov. V., Tay S.T.L., Wang J.Y., Stabnikov V., Zikun X., Tay J.H. Improvement of sludge quality by iron-reducing bacteria. Proceedings of International Water Association Conference “Resources from Sludge”, Singapore, 1–2 March 2004.

12. Stabnikov V., Ivanov V. Influence of ferric hydroxide on anaerobic treatment of sulfate-containing wastewater. 2nd IWA Young Researchers Conference, Wageningen, Netherlands, 3– 4 May 2004.

13. Стабніков В.П., Решетняк Л.Р. Аналіз складу мікробних популяцій при анаеробному очищені сульфатвмісних стічних вод за допомогою олігонуклеотидних проб. Х з’їзд Товариства мікробіологів України (15-17 вересня 2004 р.), Одеса: Астропринт, 2004. – С. 38.

14. Стабніков В.П., Решетняк Л.Р., Пирог Т.П. Анаеробне очищення сульфатвмісних стічних вод. ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція “Біотехнологія. Освіта. Наука” (6-8 жовтня 2004 р.). – Львів: Видавництва Національного університету “Львівська політехніка”, 2004. – С. 50.

15. Ivanov V., Tay S.T.L., Wang J.Y., Stabnikov V., Tay J.H. Innovative facility “BioIronTech” for enhanced removal of phosphate from wastewater. Proceedings of International Water Association Conference – Asia Pacific Regional Group Conference “1^st IWA – ASPIRE”, 10 – 15 July, 2005.

16. Стабніков В.П., Красінько B.О., Решетняк Л.Р. Біотехнологічна система очищення стічних вод з використанням сполук заліза. IX Міжнародна науково-технічна конференція “Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодні і перспективи”. (17-19 жовтня 2005 р.). – Київ, НУХТ, 2005. – С. 44 – 45.

Анотація.