Микробиологические превращения соединений фосфора и металлов в природных и сточных водах

• Автор: Банникова, Ольга Михайловна
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 114 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
ГЛАВА 1. Очистка сточных вод от соединений фосфора и металлов
ГЛАВА 2. Взаимосвязанные микробиологические превращения соединений углерода, фосфора, серы и металлов в природных
и техногенных системах
Заключение по обзору литературы и формулировка задач диссертационной работы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 3. Объекты и методы исследований
3.1. Объекты исследований
3.2. Методы исследований
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ГЛАВА 4. -Экспериментальные исследования сульфатвосстанавливаю-щих, тионовых, фосфатаккумулирующих бактерий и актив
ного ила БОС
ГЛАВА 5. Распространение фосфатаккумулирующих, тионовых и суль-фатвосстанавливагащих бактерий в природных и сточных
водах
ГЛАВА 6. Распространение фосфатаккумулирующих бактерий в
районах месторождений фосфоритов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В актуальной проблеме чистой воды особо пристальное внимание уделяется изучению источников поступления в континентальные водоемы соединений фосфора и металлов, а. также процессов их удаления из природных и сточных вод. Внешнюю нагрузку по фосфору относят к важнейшим показателям антропогенного эвтрофирования водоемов разного типа, а тяжелые металлы рассматривают как представляющие значительную опасность для гидробионтов и человека (voiienweider, 1975; Илялет-динов, .1979). Выявлена существенная роль тионовых и сульфатвосста-навливающих бактерий в трансформации сульфидных минералов, в образовании кислых шахтных вод, в окислении и восстановлении железа, в биокоррозии металлических конструкций, в регулировании выноса фосфора из донных отложений, в осаждении фосфора и металлов из природных и сточных вод ( Booth, 1971; Андреюк, Козлова, 1989; Илялетдинов, Алиева, 1990; Горшков, 1995). За последние десятилетия значительно обогатились наши знания о разнообразии метаболических возможностей фосфатаккумулирующих бактерий (ФАБ) и их роли в совместном удалении соединений углерода, фосфора и металлов из природных и сточных вод (Кулаев, 1975; wood, Clark , 1988). Не вполне ясны взаимосвязи
ФАБ с микроорганизмами цикла железа и серы, которые известны своей геохимической деятельностью и потому ранее представлялись перспективными при разработке технологических схем для биологических очистных сооружений. Явно недостаточно сведений по физиологии и экологии ФАБ в поверхностных и подземных водах разного генезиса. Оказались практически неизученными закономерности распространения ФАБ в фосфоритоносных породах и сопредельных грунтовых водах. Назрела необходимость сравнительного исследования эколого-физиологических особенностей ФАБ и микроорганизмов биогеохимических циклов железа и серы, выявить возможные пути их практического использования для очистки сточных вод.

Целью данной работы являлось изучение взаимосвязанных микробиологических процессов превращения соединений фосфора и металлов в сточных и природных водах разного генезиса.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Ас1пеЬоЬасЬег са1соасеЬл.сиз ИЭГМ ВТ 548 обладает СПОСОбнОСТЬЮ К "сверхнакоплениюм внутриклеточных полифосфатов в начальный период роста и стационарной фазе.
2.Оля естественных сообществ микроорганизмов сульфаты сами по себе не являются препятствием для накопления внутриклеточных полифосфатов, особенно если при дефиците органического вещества не происходит образования и накопления сероводорода с участием сульфатвоестанавлива-юших бактерий или железа с участием ацидофильных тионовых бактерий.
3. Ацидофильные железобактерии Thd.obaci.llus £еггоох1с1ап5 ПерСПвК-тивны для получения биокоагулянта из мягких марок сталей.
4.Эффективность работы БОС можно повысить путем оптимизации условий для накопления в микрофлоре активного ила. внутриклеточных полифосфатов металлов.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Впервые показано,что грамотрицательная бактерия Ас1пеЬоЬасЬег са1соасет1сиз ИЭГМ ВТ 548 в условиях замедленного роста на несбалансированных средах с ацетатом,бутиратом,додекаком и н-гексадеканом обладает способностью к "сверхнакопленшо" внутриклеточных полифосфатов и фосфатов металлов на поверхности клеток и в среде.Аномально высокий уровень накопления биоминералов (до 60-63% от сухой биомассы) достигнут в период лаг-фазы длительностью более 5ч после пребывания голодающих клеток в анаэробных условиях.Максимальный выход биомассы периодических культур £АБ в стационарной фазе (до 10 г с.б./п) достигается в сбалансированной среде после накопления в клетках начальной фазы необходимого резерва ПФ ( 10-20% с.б.),что необходимо учитывать в биотехнологиях получения биомассы микроорганизмов и ценных продуктов их жизнедеятельности.

sp.210a и основным катионом в волютине вместо Мд2+ и К+ становит-
„ 2+
СЯ Ca (Bonting et al., 1993).
Биосинтез ПФ в живой клетке осуществляется добавлением фосфатной группы АТФ к образующейся полифосфатной цепи: АТФ + ПФ =АДФ + ПФп+1 ( Harold , 1966; Kornberg, 1994). Эта реакция обратима при НИЗКОМ отношении АТФ/АДФ и обычно катализируется ферментом полифосфаткина-зой. У клеток Escherichia coli и у ряда ее мутантов накопление ПФ катализируется в основном щелочной фосфатазой, особенно в начале стационарной фазы роста ( Rao et al., 1987). У Propionibacterium shermanii добавки ортофосфата или короткоцепочечных ПФ в среду стимулируют активность синтеза высокомолекулярных ПФ из АТФ примерно в 10 раз ( wood et al., 1987). Причем клетки p.shermanii, растущие на глюкозе, содержали в 100 раз меньше ПФ, чем клетки, растущие на лактате. В клетках, растущих на лактате, преобладали длинноцепочечные ПФ, тогда как в клетках, растущих на глюкозе, преобладали короткоцепочечные ПФ. У дрожжей рода Saccharomyces механизм образования ПФ отличается от такового у Propionibacterium, но связан с транспортными системами и фосфорилированием глюкозы и других сахаров (Kulaev et al., 1987; Kornberg, 1994 ).
Распад ПФ является гидролитическим процесссом, катализируется ферментом полифосфатазой и сопровождается генерированием АТФ (wood, ciark , 1988). Суммарная скорость расщепления ПФ увеличивается с ростом длины цепи и приближается к предельной величине, когда длина цепи становится приблизительно равной 10. Соли металлов оказывают сильное влияние на ферментативное расщепление ПФ. Каталитическое действие ионов металлов проявляется в реакциях концевых групп и подавляется высокими концентрациями ионов водорода, поскольку образуются недисциплинированные группы -Р-ОН, которые препятствуют пере-