Определено, что сульфиды не блокируют бактерии, очищающие сточные воды
Один из этапов очистки сточных вод от азотсодержащих органических соединений, например аминокислот и нуклеиновых кислот, — это анаэробное, то есть происходящее при отсутствии кислорода, окисление аммония. В ходе этого процесса бактерии превращают аммоний в молекулярный азот и воду. Считается, что попадание в сточные воды большого количества сульфидов может препятствовать анаэробному окислению аммония. Сульфиды же появляются в воде в результате естественных процессов, например, бактериального разложения органики, а также из-за работы нефтехимических, агропромышленных и металлургических производств.
Однако, подробно влияние сульфидов на эффективность бактериальной очистки сточных вод не исследовано. Поэтому ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН сравнили эффективность анаэробного окисления аммония сообществами бактерий, выращиваемыми в присутствии и в отсутствии сульфидов.
Исследователи поместили в два одинаковых биореактора объемом 4,5 литра культуры микроорганизмов, используемых для очистки сточных вод и осуществляющих окисление аммония. Бактерии выращивались в виде биопленок — ассоциаций бактерий, прикрепленных к синтетической подложке. В оба реактора периодически подавали свежую питательную среду, которую перемешивали и обогащали кислородом. Отличие между опытными установками было лишь в том, что в одну из них подавали растворы сульфидов, постепенно увеличивая их концентрацию от 5 до 100 миллиграммов на литр питательной среды.
В течение 100 дней эксперимента ученые регулярно отбирали пробы воды для химического анализа, а также образцы микробного сообщества для определения видового состава микроорганизмов и активности их генов, участвующих в окислении аммония.
Генетический анализ позволил авторам определить, что в начале эксперимента микробное сообщество включало 22 вида бактерий преимущественно из групп Chloroflexi, Proteobacteria, Bacteroidota и Planctomycetota. В ходе работы реакторов состав микробных сообществ несколько изменился. Так, например, в установке, в которую подавались сульфиды, к концу эксперимента количество бактерий семейства Hydrogenophilaceae увеличилось практически с нуля до 3,4%. Это объясняется тем, что эти микроорганизмы способны использовать соединения серы в качестве одного из источников энергии, а значит, вполне успешно расти в присутствии сульфидов.
Эксперимент показал, что низкие концентрации сульфида — до 50 миллиграммов на литр не влияют на окисление аммония, тогда как при 100 миллиграммах на литр процесс замедляется на 17%. Интересно, что наиболее чувствительной к сульфидам группой оказались бактерии-нитрификаторы из рода Nitrosomonas, отвечающие за превращение аммония в азотистую кислоту. При этом анаммокс-бактерии, окисляющие аммоний непосредственно до азота, негативного воздействия сульфидов практически не испытывали.
«Наше исследование позволило определить, что от сульфидов в первую очередь страдают бактерии-нитрификаторы, тогда как другие участники микробных сообществ, используемых для очистки сточных вод, например анаммокс-бактерии, оказываются более устойчивыми. Это доказывает, что окисление аммиака не будет полностью прекращаться и в воде, загрязненной сульфидами, поэтому данный метод очистки можно использовать и в этом случае», — рассказывает Юрий Николаев, доктор биологических наук, заведующий лабораторией выживаемости микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.
Результаты исследования опубликованы в журнале Water.
