Курсовая работа
по дисциплине «промышленная микробиология»
на тему:
"Определение способности почвенных бактерий к разложению синтетических моющих средств"
Оглавление
Введение. 4
1.1Поверхностно-активные вещества и их применение. 6
1.2 Общая характеристика синтетических моющих средств. 9
1.3 Поверхностно-активные вещества как компоненты СМС.. 12
1.4 Влияние поверхностно-активных веществ на микроорганизмы.. 17
1.5 Микробиологическая деструкция поверхностно-активных веществ. 21
1.6 Действие СМС на экосистемы и здоровье человека. 26
2. Объекты и методы исследований. 32
2.1 Методы исследований. 32
2.2 Материалы и оборудование. 35
3. Экспериментальная часть. 41
3.1 Культурально-морфологическая характеристика микроорганизмов. 41
3.2 Физиолого-биохимическая характеристика микроорганизмов. 42
3.3 Определение активности микроорганизмов-деструкторов ПАВ.. 43
3.4 Определение способности роста микроорганизмов на средах с добавлением различных ПАВ.. 45
Выводы.. 47
Литература. 48
Питательный агар (ПА) (г/л): 50
Одна из причин современного экологического кризиса состоит в том, что практически вся хозяйственная и производственная деятельность человека ведут к нарушению важнейших функций почвы. Утрата почвой ее функций, деградация почвы, деградация экосистемы – события взаимосвязанные. Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении водоемов. Загрязнение водоемов, эвтрофикация так же ведут к нарушению природного равновесия в водных экосистемах.
Деградация почв может быть вызвана природными факторами (климатическими или гидрологическими), но преимущественно она связана с техногенными причинами. К ним относятся нерациональное ведение земледелия, чрезмерный выпас скота, уничтожение почвенного и растительного покрова промышленным, коммунально-бытовым, ирригационным строительством и горными разработками, истощительное землепользование, переуплотнение техникой, подтопление, нарушение режима полива, нарушение режима внесения органических и минеральных удобрений, технологические и аварийные промышленные выбросы твердых веществ (Новиков, 2002).
Сточные воды – один из главных источников попадания в окружающую среду вредных веществ. Опасными загрязнителями окружающей среды являются искусственные органические вещества, которые находятся в стоках предприятий синтетической химии и производств, применяющих эти соединения. Такие вещества представляют наибольшую угрозу для природы, так как многие из них трудно разлагаются и в течение длительного времени сохраняются в окружающей среде, оказывая неблагоприятное действие на живые организмы (Ставская, 1981).
Такие соединения как ПАВ, пестициды, различные органические соединения, содержащие нитрогруппу, галоидорганические соединения, фосфорорганические соединения, пластмассы, синтетические смолы и некоторые другие продукты промышленности органического синтеза, разрушаются в природе медленно и с большим трудом, они отличаются высокой устойчивостью к действию микроорганизмов. Такие синтетические вещества кумулируются в водоемах и почве, загрязняют окружающую среду. Самое важное, то, что они способны накапливаться в пищевых цепях и таким образом оказывать неблагоприятное воздействие на животных и человека.
Для того чтобы разрушать синтетические органические соединения, организм должен либо поглощать и усваивать их в качестве источника питания, либо вызывать ферментативную деструкцию, утилизируя химическую энергию, освобождающуюся при упрощении органического соединения. Такие процессы вызываются микроорганизмами и в очень ограниченной степени макроорганизмами (Ротмистров, 1975).
Для специалистов, занимающихся вопросами интенсификации процессов разрушения веществ-загрязнителей, задача состоит в том, чтобы обнаружить микроорганизмы-деструкторы и найти способ усилить их деструктивную активность с целью использования для очистки окружающей среды.
Работ по микробиологическому разложению таких синтетических веществ как ПАВ, пестициды, пластмассы в настоящее время не так уж много, поэтому работа по изучению разложения поверхностно-активных веществ микроорганизмами является актуальной.
В связи с этим целью данной работы является определение способности чистых культур почвенных бактерий к разложению ПАВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
– изучение физиолого-биохимических свойств, и идентификация выделенных штаммов;
– определение активности чистых культур микроорганизмов по отношению к СМС.
1. Особенности загрязнения почвенных экосистем поверхностно-активными веществами
Загрязняющие вещества – это химические вещества, поступающие в окружающую среду из антропогенных источников в количествах, опасных для живых организмов. Критерии определения этих количеств неоднозначны. При разнообразии загрязняющих веществ, среди них можно выделить вещества, встречающиеся в природе и чуждые ей. Превышение природного уровня содержания химических веществ в почве, воде, воздухе может представлять опасность для живых организмов, так как является результатом поражения экосистемы, нарушения свойственных ей сбалансированных потоков вещества. Количество поступающих в экосистему химических веществ из антропогенных источников зависит от степени вовлечения их человеком в производственный процесс (Глазовская, 1979).
В древности человек использовал лишь 8 элементов периодической системы Менделеева, в XVIII веке число их увеличилось до 28, в XIX веке достигло 62. Добыча основных металлов за XIXвек увеличилась на два порядка. В настоящее время человеком используются не только все химические элементы, но и радиоактивные изотопы известных элементов и неизвестные природе трансурановые элементы (Яковлев, 1998).
В настоящее время в мире производится около 80 тысяч видов химических продуктов. Каждый год на рынок поступает более тысячи новых. В мире используется около 250 млн. т органических химических веществ, значительная часть которых после использования бесконтрольно попадает в окружающую среду. Колоссальные количества веществ антропогенной природы не могут не изменять состав природных сред на планете (Королев, 2001).
Влияние на здоровье человека загрязняющих веществ имеет свои особенности. Химические вещества, как правило, поступают в организм человека не непосредственно, а по пищевым цепочкам; почва – вода – человек, почва – вода – растения – человек, почва – растения – животное – человек (Новиков, 2002).
ПАВ, вступая во взаимодействие с клетками, способствуют развитию атеросклероза, интенсификации белкового и углеводного обмена, нарушению функции печени, почек, иммунной и репродуктивной систем. При совместном присутствии ПАВ, металлов, пестицидов, других веществ, токсичность их усиливается (www.ecocoop.ru).
Отходы поступают в окружающую среду в твердом, жидком состоянии, а также в форме аэрозольных выбросов. Почвы загрязняются как непосредственно, так и через атмосферу и гидросферу. Загрязнение воздуха и вод неизбежно сопровождается загрязнением почв.
В последнее время среди загрязняющих веществ все чаще встречаются поверхностно-активные вещества. Это связано с широким использованием синтетических моющих средств (Королев, 2001). Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – вещества, которые используются в промышленности и в быту как моющие средства, загрязняют окружающую среду с отходами коммунально-бытовой деятельности. В состав ПАВ обычно входят одна или несколько групп поверхностно-активных агентов и несколько связывающих центров. Эти группы снижают поверхностное натяжение жидкости, в которой они растворяются, образуют стабильную эмульсию с частицами удаляемых веществ, снижают жесткость воды (Ставская, 1981).
В состав ПАВ входят также связывающие компоненты. Они могут взаимодействовать с ионами кальция и магния, присутствующими в виде солей в жесткой воде, а также в составе твердых веществ. Наиболее распространено использование в качестве связывающих компонентов смеси полифосфатов с триполифосфатом натрия.
Мировое производство ПАВ составляет 2–3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для бытовой химии, остальное в промышленности и сельском хозяйстве. Одновременно с ежегодным ростом производства ПАВ соотношение между их применением в быту и промышленности изменяется в пользу промышленности.
ПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых ПАВ используется в составе моющих средств, в производстве тканей и изделий на основе синтетических и природных волокон. К крупным потребителям ПАВ относятся нефтяная, химическая промышленности, промышленность строительных материалов и ряд других (Новиков, 2002).
Применение ПАВ определяется их поверхностной активностью, структурой адсорбционных слоев и объемными свойствами растворов. Поверхностно-активные вещества используют в качестве диспергаторов при измельчении твердых тел, бурении твердых пород (понизители твердости), для улучшения смазочного действия, понижения трения и износа, интенсивности нефтеотдачи пластов и т.д. Другой важный аспект использования ПАВ – формирование и разрушение пен, эмульсий, микроэмульсий. Широкое применение ПАВ находят для регулирования структурообразования и устойчивости дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой (водной и органической). Широко используются мицеллярные системы, образуемые ПАВ как в водной, так и в неводной среде, для которых важны не поверхностная активность ПАВ и не свойства их адсорбционных слоев, а объемные свойства: резко выраженные аномалии вязкости с повышением концентрации ПАВ вплоть до образования, например в водной среде, кристаллизации структур твердого мыла или твердообразных структур (в пластичных смазках на основе нефтяных масел) (Абрамзон, 1981).