Использование в микробных топливных элементах штаммов, изолированных из препарата «Восток» Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Стом Дэвард Иосифович, Коновалова Елена Юрьевна, Пономарева Анна Леонидовна, Протасов Евгений Станиславович, Толстой Михаил Юрьевич

Показана перспективность использования ЭМ-препарата «Восток», а также изолированных из него микроорганизмов для получения электрической энергии в микробных топливных элементах . Консорциумы микроорганизмов, входящие в состав ЭМ-препарата «Восток», как и изолированные из него индивидуальные штаммы, способны не только элиминировать различные компоненты сточных вод , но и генерировать электрическую энергию.

USING IN MICROBIC FUEL ELEMENTS THE STRAINS, ISOLATED FROM THE PREPARATION "VOSTOK"

Prospects of using the EM-preparation “Vostok”, and also the microorganisms isolated from it for obtaining electric energy in microbic fuel elements are shown. The consortia of microorganisms which are a part of EM-preparation “Vostok”, as well as the individual strains isolated from it, are capable not only eliminate various components of sewage , but also to generate electric energy.

Текст научной работы на тему «Использование в микробных топливных элементах штаммов, изолированных из препарата «Восток»»

УДК579, 574.579.57.03, 579.695, 606:620.951

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МИКРОБНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ШТАММОВ, ИЗОЛИРОВАННЫХ ИЗ ПРЕПАРАТА «ВОСТОК»

1 Иркутский государственный университет 2 Иркутский государственный технический университет»

Поступила в редакцию 17.05.2013

Показана перспективность использования ЭМ-препарата «Восток», а также изолированных из него микроорганизмов для получения электрической энергии в микробных топливных элементах. Консорциумы микроорганизмов, входящие в состав ЭМ-препарата «Восток», как и изолированные из него индивидуальные штаммы, способны не только элиминировать различные компоненты сточных вод, но и генерировать электрическую энергию.

Ключевые слова: микробные топливные элементы, сточные воды, производство электроэнергии

С ростом исследований в области альтернативной энергетики широко проводятся работы по созданию технологий, в которых в качестве вторичного сырья применяют компоненты сточных вод, отходы производства, сельского хозяйства и жизнедеятельности человека. В настоящее время активно развивается новое направление, которое позволяет не только очищать сточные воды от органических и неоргнических загрязнителей, но и напрямую получать электроэнергию. Эти процессы реализуются в микробных топливных элементах (МТЭ).В большинстве случаев в исследованиях, посвященных МТЭ, используют либо индивидуальные штаммы микроорганизмов, либо изолированные эмпирически подобранные [3, 4]. Но общеизвестно, что в природных экосистемах микроорганизмы живут в тесно взаимодействующих сообществах и именно такие консорциумы, скрепленные длительной совместной коэволюцией, являются наиболее эффективными в плане переработки субстратов^].

Материалы и методы исследования. МТЭ. Использованный нами МТЭ состоит из ячейки, разделенной с помощью протоннооб-менной мембраны на две части (рис. 1). Ячейка была сконструирована в научно-исследовательском и внедренческом центре «Энергофизика»

Стом Дэвард Иосифович, доктор биологических наук, профессор кафедры зоологии беспозвоночных и гидробиологии. E-mail: stomd@mail.ru Коновалова Елена Юрьевна, аспирантка Пономарева Анна Леонидовна, заведующая лабораторией качества воды

Протасов Евгений Станиславович, студент Толстой Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой коммуникаций и систем жизнеобеспечения. E-mail: tolstoi@istu. edu

Лашиным А.Ф. Использовали мембрану МФ-4СК (ОАО «Пластполимер», г. Санкт-Петербург), которая имеет толщину 0,25±0,01 мм, удельное объемное электрическое сопротивление не более 10,1 Ом*см, полная обменная емкость по иону водорода составляет 0,89 мг-экв/г. В качестве электродов (анод и катод) использовали пористые стержни из карбида кремния. Пористая структура электродов увеличивает площадь поверхность взаимодействия микроорганизмов с электродом.

Рис. 1. Общий вид ячейки микробного топливного элемента (Лашин, 2012)

Анодную и катодную камеру заполняли модельной сточной водой (табл. 1). Модельную сточную воду автоклавировали при 1 атм. в течение 30 минут. В анодной камере поддерживали анаэробные условия. В другой части ячейки -катодной камере, напротив, барботировали

воздух. Скорость подачи воздуха составила 1,5 л/мин. Аэрацию производили при помощи лабораторных микрокомпрессоров (Dezzie модель D-044). Суспензию исследуемых микроорганизмов помещали в анодную камеру.Следует подчеркнуть важность анаэробных условий в анодной камере, так как в противных условиях микроорганизмы будут использовать в качестве конечного акцептора электронов не электрод анода, а кислород.

Таблица 1.Состав модельной сточной воды (ГОСТ Р 50595-93)

Компонент сточной воды Массовая концентрация, мг/дм3

натрий углекислый 50,0

натрий уксусно-кислый 50,0*

калий фосфорно-кислый одноза- 25,0

аммоний фосфорно-кислый двуза- 25,0

кальций хлористый 7,5

магний серно-кислый 5,0*

пептон 100-150 (до ХПК= 220x20 мгО2/дм3)

Примечание: * - в пересчете на безводные соли

В качестве объекта исследования брали два штамма изолированных из консорциума эффективных микроорганизмов препарата «Восток». Эффективными микроорганизмами (ЭМ) называют регенеративные штаммы микроорганизмов, в совокупности выполняющих весь

спектр функций по питанию растений, их защите от болезней и оздоровлению почвенной среды. К ним относятся фотосинтезирующие бактерии, молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномице-ты, ферментирующие грибы (типа Aspergillus и Pénicillium) и др.» переделать [5]. ЭМ-препараты применяют при утилизации твердых бытовых отходов, очистке сточных вод, для прикорма скота [5].

Среды и условия культивирования.

Общее микробное число определяли, используя метод серийных разведений с последующим высевом на РПА (36 г/л ГРМ-агара, 1% бактериологического агара) (метод Коха)[1]. Все показатели (титр, напряжение) определяли сразу и через 8, 10, 24 часов. Регистрацию потенциала микробного топливного элемента проводили с помощью мультиметра ДТ 9208 А. Статистическая обработка результатов проведена с использованием пакета программ MS Office 2010. Рассчитывали средние арифметические величины (М) и доверительные интервалы. Выводы сделаны при вероятности безошибочного прогноза Р>0,95.

Результаты и обсуждение. Выделенные из ЭМ препарата «Восток» штаммы (изолят №3 и изолят №6) представлены спорообразующими палочками. Окраска по грамму у изолята №3 положительная, а изолята №6 - отрицательная. Оба штамма ферментировали глюкозу, лактозу, мальтозу, манит и глицерин. Все используемые изоляты восстанавливали нитраты, образовывали аммиак. Реакция Хью-Лейсона положительная.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎