1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29255
(51) C02F 3/32 (2006.01)
C02F 3/38 (2006.01)
C02F 1/28 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0367.1
(22) 26.03.2013
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(72) Садвакасова Асемгуль Калыйкумаровна;
Заядан Болатхан Казыханович; Кирбаева Дарига
Кенжебаевна; Акмуханова Нурзия Рахмедиевна;
Бейсенова Айжан Жумагазиевна
(73) Дочернее государственное предприятие на
праве хозяйственного ведения "Научно-
исследовательский институт проблем экологии"
Республиканского государственного предприятия на
праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) Илялетдинов А.Н., Алиева Р.М.
Микробиология и биотехнология очистки
промышленных сточных вод. - Алма-Ата.: Гылым,
1990, с.224
(54) СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ
ВОД ОТ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ
ПРИМЕСЕЙ И ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ
(57) Изобретение относится к охране окружающей
среды, биотехнологии и может быть использовано в
гидрометаллургии, биотехнологии для
биологической очистки сточных вод
промышленных предприятий от органо-
минеральных примесей и ионов кадмия, цинка и
меди.
Достигаемый технический результат -
упрощение процесса и повышение качества очистки
бытовых сточных вод и сточных промышленных
предприятий от органо-минеральных примесей и
ионов тяжелых металлов (кадмия, цинка, и меди).
Биологическая очистка бытовых и
промышленных сточных вод от органо-
минеральных примесей и ионов тяжелых металлов
осуществляется введением биомассы мутантных
штаммов зеленых микроводорослей Chlamydomonas
reinhardtii СС-124Res-1, Chlamydomonas reinhardtii
CC- 124Res-2 и дикого штамма Chlorella vulgaris sp.3
и их инкубации в течение 12 час, с последующим
отделением биомассы от раствора.
Предлагаемый способ позволяет очистить
сточные воды от ионов кадмия до 86,3%, ионов
цинка и меди до 94-95%, от органических веществ -
100%.
(19)KZ(13)A4(11)29255

2. 29255
2
Изобретение относится к охране окружающей
среды, биотехнологии и может быть использовано в
гидрометаллургии, биотехнологии для
биологической очистки сточных вод
промышленных предприятий от органо-
минеральных примесей и ионов кадмия, цинка и
меди.
Очистка водной среды от органических веществ
и тяжелых металлов (ТМ) в настоящее время
представляется одной из актуальных проблем
биотехнологии и экологии. В качестве объектов в
биологической очистке сточных вод используются
растения, водоросли и микроорганизмы.
Известен способ биологической очистки сточных
вод от органо-минеральных веществ и тяжелых
металлов путем контакта очищаемых сточных вод с
корневой системой одного из видов высших
сухопутных растений, способных развивать
большую адсорбирующую поверхность (Патент
№2061663 РФ, МПК6
С02F 3/32, опубликовано
10.06.96 г.).
Недостатком способа является невысокая
степень извлечения органических веществ, -
трудоемкость и длительность процесса получения
сорбента.
Известен способ биологической очистки грунта и
воды с использованием аборигенного консорциума
микроорганизмов-деструкторов (Патент №2315670
РФ, МПК6
C02F 3/34, опубликовано 27.01.2008 г.),
который позволяет провести биологическую
утилизацию широкого спектра загрязняющих
органических веществ.
Недостатком указанного биологического способа
является то, что он трудоемкий, содержит большое
количество операций.
Наиболее близким по технической сущности к
предлагаемому способу очистки является способ
биологической очистки сточных вод от ионов
тяжелых металлов с помощью биофлоков
микроорганизмов (Илялетдинов А.Н., Алиева P.M.
Микробиология и биотехнология очистки
промышленных сточных вод. - Алма-Ата: Гылым,
1990. с.224). При этом в имитат сточных вод,
содержащий ионы Hg, Cd и Pb в количестве
200 мг/л, вводят 500 мг/л биомассы клеток
микроорганизмов Rhodotorula glutinis, Bacillus
coagulans, Pseudomonas aeruginosa и Micrococcus
luteus, сфлокулированных на латексе, и оставляют
на 12 часов. Для всех культур наблюдается
извлечение указанных металлов на 70-90%.
Недостатком способа является трудоемкость
процесса получения биофлоков микроорганизмов за
счет выращивания их на различных средах и
дальнейшей флокуляции.
Задачей изобретения является создание способа
биологической очистки бытовых и сточных вод
промышленных предприятий от органо-
минеральных примесей и ионов тяжелых металлов:
кадмия, цинка, и меди.
Технический результат - упрощение процесса и
повышение качества очистки бытовых и
промышленных сточных вод от органо-
минеральных примесей и ионов тяжелых металлов
(кадмия, цинка, и меди).
Технический результат достигается
предлагаемым способом биологической очистки
бытовых и промышленных сточных вод от органо-
минеральных примесей и ионов тяжелых металлов,
включающий введение биомассы микроорганизмов
и их инкубацию 12 часов, но в отличие от
известного в качестве микроорганизмов используют
биомассу мутантных штаммов зеленых
микроводорослей Chlamydomonas reinhardtii CC-
124Res-1 и Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-2 и
дикого штамма Chlorella vulgaris sp.3 в
концентрации (1,6-2,5) 107
кл/мл.
Культуры мутантных штаммов Chlamydomonas
reinhardtii CC-124Res-1 и Chlamydomonas reinhardtii
CC-124Res-2, устойчивые к кадмию, цинку и меди,
получены методом индуцированного мутагенеза.
Мутантные штаммы микроводорослей
депонированы в РГКП «Республиканская коллекция
микроорганизмов» под номерами A-RKM 0175, A-
RKM 0176. Штамм Chlorella vulgaris sp.3 выделен из
воды, загрязненной различными органическими
веществами.
Концентрация клеток (1,6-2,5)·107
кл/мл
предлагаемой биомассы, используемая в
биологической очистке сточных вод, и оптимальная
длительность процесса, составляющая 12 часов,
установлены в результате изучения литературных
данных и проведенных экспериментов с учетом
концентрации ионов тяжелых металлов и органо-
минеральных примесей.
Авторам неизвестно использование биомассы
культур мутантных штаммов зеленых
микроводорослей Chlamydomonas reinhardtii CC-
124Res-1, Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-2 и
дикого штамма Chlorella vulgaris sp.3 в
биологической очистке бытовых и промышленных
сточных вод от органо-минеральных примесей и
ионов тяжелых металлов: кадмия, цинка и меди.
Предложенный способ осуществляют
следующим образом.
В стандартной питательной среде L2-min
проводят культивирование клеток мутантных
штаммов зеленой микроводоросли Chlamydomonas
reinhardtii СС- 124Res-1 и Chlamydomonas reinhardtii
CC-124Res-2 до плотности (1,6-2,5)·107
кл/мл.
На питательной среде Тамия проводят
культивирование клеток дикого штамма Chlorella
vulgaris sp. 3 до плотности (1,6-2,5)·107
кл/мл.
В сточные воды, содержащие различные
органические и минеральные вещества, а также
ионы ТМ (кадмия, меди и цинка) в концентрации по
200 мг/л каждая, при перемешивании вводят
подготовленную биомассу штаммов
микроводорослей с расчетом (1,6-2,5)·107
кл/мл,
которую инкубируют в течение 12 часов для
сорбции органо-минеральных веществ и
аккумуляции ионов металлов. Затем биомассу
микроводорослей отделяют от раствора
отстаиванием или центрифугированием. После
этого анализируют надосадочную жидкость на
содержание органо-минеральных веществ и ионов

3. 29255
3
исследуемых тяжелых металлов. При этом степень
очистки достигает для органо-минеральных веществ
91-100%, для ионов тяжелых металлов 81-93 %.
Пример 1. В бытовые сточные воды, в которые
дополнительно вносят ионы кадмия, цинка и меди с
концентрацией по 200 мг/л каждая, с показателем
биохимического потребления кислорода (БПК5) 62,2
мг/О2/л, с содержанием аммиака - 13,7 мг/л,
нитритов - 0,4 мг/л, нитратов - 0,8 мг/л и фосфатов -
4,46 мг/л вводят при перемешивании биомассу
штаммов микроводорослей из культур мутантных
штаммов Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-1 и
Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-2 и дикого
штамма Chlorella vulgaris sp.3 в количестве
1,6·107
кл/мл и инкубируют 12 часов. Затем
биомассу микроводорослей отделяют от раствора
отстаиванием или центрифугированием. Степень
очистки сточных вод от органо-минеральных
веществ при этом составляет 91%, от ионов ТМ при
этом составляет 81-83%.
Пример 2. Способ осуществляют аналогично
примеру 1, но с той лишь разницей, что биомассу
мутантных штаммов Chlamydomonas reinhardtii СС-
124Res-1, Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-2 и
дикого штамма Chlorella vulgaris sp.3 увеличивают
до 2,5·107
кл/мл. Степень очистки сточных вод от
органо-минеральных веществ при этом составляет
100%, от ионов ТМ при этом составляет 90-93%.
Результаты примеров сведены в таблицы 1-2.
Таблица 1
Кол-во клеток 1,6·107
кл/млПоказатель
Исходная
концентрация, мг/л
Время культивирования час Концентрация после
очистки, мг/л
Степень
очистки, %
БПК5 мг/О2/л, 62,2 12 7,6 93
Аммиак 13,7 12 - 100
Нитриты 0,4 12 - 100
Нитраты 0,8 12 - 100
Фосфаты 4,46 12 0,6 98
Кадмий 200 12 37,4 81,3
Цинк 200 12 31,0 84,5
Медь 200 12 30,6 84
Таблица 2
Кол-во клеток 2,5·107
кл/млПоказатель
Исходная
концентрация, мг/л
Время культивирования час Концентрация после
очистки, мг/л
Степень
очистки, %
БПК5 мг/O2/л, 62,2 12 4,6 97
Аммиак 13,7 12 - 100
Нитриты 0,4 12 - 100
Нитраты 0,8 12 - 100
Фосфаты 4,46 12 - 100
Кадмий 200 12 26 86,3
Цинк 200 12 4,0 94
Медь 200 12 3,2 95
Для максимального извлечения ионов тяжелых
металлов и очистки от органо-минеральных веществ
бытовых и промышленных необходимо введение
биомассы штаммов микроорганизмов в количестве,
достаточном для связывания ионов металла и
органо-минеральных примесей. Действительно, как
видно из данных, приведенных в таблице 1,
введение в сточные воды биомассы мутантных
штаммов Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-l,
Chlamydomonas reinhardtii CC-124Res-2 и дикого
штамма Chlorella vulgaris sp.3 с невысокой
концентрацией клеток 1,6·107
кл/мл не обеспечивает
полноты очистки вследствие недостатка адсорбента.
Увеличение концентрации вводимой биомассы
микроорганизмов до 2,5·107
кл/мл приводит к
значительному повышению степени очистки
сточных вод, так как при этом достигается
оптимальное соотношение между количеством
адсорбента и загрязнителем (табл. 1, 2).
Следовательно, для обеспечения достаточно
высокой степени очистки от ионов тяжелых
металлов и органо-минеральных примесей с
помощью биомассы микроводорослей необходимо
оптимальное соотношение между количеством
клеток и ионов металлов.
Таким образом, использование предложенного
способа очистки бытовых и промышленных
сточных вод от органо-минеральных веществ и
ионов тяжелых металлов: кадмия, меди и цинка,
позволяет значительно упростить процесс и
повысить качество очистки. При этом в области
оптимальных концентрации вводимой биомассы
микроводорослей степень очистки достигает
81-100%.

4. 29255
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ очистки бытовых и промышленных
сточных вод от органо-минеральных примесей и
ионов тяжелых металлов, включающий введение
биомассы микроорганизмов и их инкубацию в
течение 12 час., отличающийся тем, что в качестве
микроорганизмов используют биомассу мутантных
штаммов зеленых микроводорослей Chlаmydomonas
reinhardtii СС-124Res-1, Chlamydomonas reinhardtii
CC-124 Res-2 и дикого штамма Chlorella vulgaris sp.3
в концентрации (1,6-2,5·107
) кл/мл.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова