способ биологической очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов и штамм гриба aspergillus niger bkmf - 33, используемый для получения биомассы, извлекающей радионуклиды и тяжелые металлы из жидкостей

Формула изобретения

1. Способ биологической очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов, включающий обработку жидкостей сорбентом в виде биомассы грибов, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют биомассу грибов Aspergillus niger.

2. Штамм гриба Aspergillus niger BKMF-33, используемый для получения биомассы, извлекающей радионуклиды и тяжелые металлы из жидкостей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прикладной микробиологии и может быть использовано при биологической очистке от радионуклидов и тяжелых металлов сточных вод, жидких радиоактивных материалов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы.

Известен способ очистки жидкостей от урана и тория, включающий использование в качестве сорбента биомассы гриба Rhizopus arrhizus [1].

Недостатком известного способа является то, что им не предусмотрена очистка растворов от других радионуклидов и от тяжелых металлов.

Известен штамм бактерий Pseudomonas aeruginosa, биомассу которого используют в качестве сорбента для очистки жидкостей от радионуклидов (урана и тория) [2].

Недостатком известного штамма является отсутствие сведений о возможности использования его биомассы для извлечения из жидкостей других радионуклидов, а также тяжелых металлов.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет расширения спектра удаленных из жидкостей радионуклидов и тяжелых металлов и снижения их остаточного содержания в обработанной жидкости.

Целью изобретения является также расширение ассортимента штаммов грибов, биомасса которых эффективно удаляет широкий спектр радионуклидов и тяжелых металлов из жидкостей.

Цель достигается тем, что по способу очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов, включающему обработку жидкостей сорбентом в виде биомассы грибов, в качестве сорбента используют биомассу грибов вида Aspergillus niger, преимущественно биомассу штамма грибов Aspergillus niger ВКМF-33. Данный штамм грибов депонирован во Всесоюзной коллекции микроорганизмов как типовой (Каталог культур микроорганизмов, поддерживаемых в учреждениях СССР. М.: Наука, 1981, с.110).

Ниже приведены примеры реализации нового способа, иллюстрирующие эффективность применения известного штамма гриба по новому назначению.

П р и м е р 1. Исследованные штаммы гриба Aspergillus niger хранили на косяках агаризованного сусла при температуре +4 1^оС с пересевом на свежие косяки через 2-4 мес. Наработку биомассы грибов, используемых в качестве сорбента для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из жидкостей, осуществляли в несколько стадий.

Культуру, хранившуюся на косяках, пересевали на агаризованную среду Чапека-Докса и инкубировали 48 ч при 28^оС. Для получения ионокуляционного материала 48-часовую культуру пересевали на среду Чапека-Докса следующего состава, г/л: Глюкоза 30 NaNO₃ 1 K₂HPO₄ 1 KCl 0,5 MgSO₄^.7H₂O 0,5 FeSO₄ 0,01 Дрожжевой экстракт 0,1

Для приготовления среды к перечисленным компонентам добавляли дистиллированную воду до 1 л. Перед стерилизацией 10%-ным раствором H₂SO₄ доводили рН среды до 5,5. Среду стерилизовали при 121^оС в течение 30 мин. Штамм инкубировали в колбах Эрленмейера на круговой качалке при 230 об/мин и температуре 28^оС в течение 48-60 ч. Для получения биомассы полученный инокуляционный материал вносили в ту же питательную среду в количестве 5-6 по объему и инкубировали в течение 48-60 ч в ферментационных аппаратах Biotec при условиях: рН среды 5,5; аэрация: два объема воздуха к одному объему среды при перемешивании со скоростью 500 об/мин при температуре 28^оС. После завершения цикла ферментации биомассу отделяли центрифугированием, промывали дистиллированной водой и использовали как сорбент для удаления радионуклидов и тяжелых металлов из жидкостей.

П р и м е р 2. Гриб выращивали как в примере 1 и далее провели сопоставление эффективности применения биомассы разных штаммов вида Aspergillus niger для удаления радионуклидов, содержащихся в присутствии тяжелых металлов, из растворов их солей.

Сорбирующие свойства биомассы трех штаммов Aspergillus niger изучали на примере очистки специально приготовленных индивидуальных растворов ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pu и растворов их смеси с добавлением ионов тяжелых металлов (Fe, Ni, Cr и др.). К суспензии биомассы добавляли известное количество радионуклидов и тяжелых металлов и затем подвергали встряхиванию на качалке с частотой около 250 раз в минуту в течение 2 ч. затем биомассу отделяли центрифугированием.

Содержание радионукдидов и тяжелых металлов в очищаемых от них растворах определяли до и после обработки растворов сорбентом - биомассой грибов вида Aspergillus niger.

Для удобства сопоставления во всех вариантах опыта очистке от радионуклидов и тяжелых металлов подвергали модельные растворы хлоридов ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pu с удельной активностью каждого элемента около 107 Бк/л. Результаты приведены в табл.1 и 2, в которых приняты следующие обозначения:

С_кон - концентрация соответствующего радионуклида в растворе после проведения биосорбции, Бк/л;

К - константа распределения радионуклида между водной фазой и биомассой, л/г.сух.вес. Величину константы распределения определяли из выражения

K = , где А_нач и А_кон - полная активность данного радионуклида в водной фазе до и после биосорбции соответственно, Бк;

W - масса сухого вещества в данном образце биосуспензии, г.

Для характеристики полноты извлечения радионуклидов из водной фазы рассчитывали их степень извлечения

= 100% .

Данные, представленные в табл.1 и 2, показывают, что биомасса всех испытанных штаммов вида Aspergillus niger является эффективным сорбентом для удаления индивидуальных радионуклидов и их смесей из растворов, в том числе в присутствии тяжелых металлов. Наиболее эффективной является биомасса штамма Aspergillus niger ВКМF-33. Необходимо отметить, что сорбция происходила из ультраразбавленных растворов радионуклидов (равновесная концентрация для ⁹⁰Sr была порядка 10^-8 г/л и менее, для ¹³⁷ Сs - ^10-6 г/л, для ²³⁹Pu - 10^-4 г/л), что свидетельствует о чрезвычайно высоком химическом сродстве биологических структур изученного вида микроорганизмов к ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Pu.

П р и м е р 3. Провели сравнение эффективности применения биомассы гриба вида Aspergillus niger для очистки жидкостей от радионуклидов и тяжелых металлов и биомассы других изученных видов микроорганизмов. Результаты представлены в табл.3 и свидетельствуют о наиболее высокой эффективности биомассы гриба Aspergillus niger.

П р и м е р 4. В качестве объекта очистки был использован водный раствор хлоридов ⁹⁰Sr, ²³⁷Cs и ²³⁹Pu с начальной концентрацией 9,96^.10⁵ Бк/л, 5,93^.10⁶ Бк/л и 4,21^.10⁴ Бк/л соответственно. Помимо указанных радионуклидов в очищаемой жидкости содержался FeCl₃, таким образом, в системе кроме плутония присутствовали ионы еще одного тяжелого металла - Fe³⁺ с концентрацией 7,5 мг/л. Очистка исходного раствора проводилась биомассой штамма Aspergillus niger ВКМF-33. Методика очистки состояла в следующем. К очищаемой жидкости добавляли сырую биомассу штамма Aspergillus niger ВКМF-33 из расчета около 10 см³ биомассы на 100 мл жидкости. Полученную биосуспензию перемешивали на круговой качалке в течение 30 мин с частотой около 240-250 колебаний в минуту. По завершении указанной операции биосуспензию фильтровали. После отбора пробы на анализ очищаемую жидкость подвергали повторной очистке по аналогичной методике. Необходимо отметить, что уже после первого цикла очистки железо в водной фазе присутствовало в следовых количествах (менее 1 мг/л). Завершающей фазой (третьим циклом) очистки было пропускание полученного после двух циклов сорбции раствора через слой сырой биомассы штамма Aspergillus niger ВКМF-33 (толщина слоя 25-30 мм). Биомасса находилась в колонке, на дне которой был установлен бактериальный фильтр. Жидкость пропускали через фильтр со скоростью около 1 мл/ч.

Результаты экспериментов приведены в табл.4.

Как видно из представленных данных, несмотря на присутствие в начальном растворе ионов трехвалентного железа, очистку от радионуклидов удалось провести на 96,1% и более.