Проект по утилизации полиэтилена

Данилова Т.С., Губонина З.И.

МГОУ имени В.С. Черномырдина

В настоящее время выделены из окружающей среды микроорганизмы способные использовать углерод полиэтилена в своём метаболизме в качестве источника углерода. В результате проведенных исследований было установлено, что полиэтилен может подвергаться деструкции под воздействием микроорганизмов. Среди этих микроорганизмов был обнаружен определенный консорциум.

Образцы полиэтилена измельчали до частиц размером не более 5 мм. К навескам измельченного полиэтилена добавляли стерильную синтетическую питательную среду следующего состава:

K₂HPO₄ - 7,0 г; KH₂PO₄ - 0,3 г; Mg SO₄´7H₂O – 0,1 г; (NH₄)₂SO₄ – 1,0 г; Na – цитрат ´3H₂O - 0,5 г. Микроэлементы: MgO – 0,1 г, FeCl3 – 0,054 г; ZnSO4´7H2O – 0,014 г; MnSO4´4H2O – 0,011 г; CuSO4´5H2O – 0,0025 г; CoSO4´7H2O – 0,0028 г; H3BO3 – 0,0006 г; Na2MoO4´2H2O – 0,0049 г. Дистиллированная вода - до 1 л.

В качестве единственного источника углерода использовали измельченный полиэтилен. В приготовленную питательную среду вносили 1 мл посевного материала, содержащего консорциум микроорганизмов (5 штаммов). Процесс биодеструкции полиэтилена проходит в анаэробных условиях; на начальной стадии с выделением газа, в дальнейшем - с потреблением выделенного газа.

Микроскопирование фрагментов полиэтиленовой пленки показало, что деструкция полиэтилена начинается в местах механического повреждения пленки с образованием перфорированных участков, затем нитеобразной структуры, и сферических образований, вероятно, содержащих продукты разрушения полиэтилена (Рис.2).

Рис. 1. Консорциум бактерий, использованных для исследований.

Рис.2. Разрушение полиэтиленовой пленки под воздействием консорциума микроорганизмов (увеличение 400 крат)

По окончании процесса культивирования через 12 месяцев был получен осадок активного ила с незначительными фрагментами неразрушенной полиэтиленовой пленки и культуральная жидкость, цвет которой менялся от светло-желтого до темно-коричневого, в зависимости от типа полиэтилена. Структура осадка представлена на рис. 3.

Рис.3. Осадок продуктов биоконверсии полиэтилена (увеличение 400 крат).

Результат проекта позволяет утверждать, что в процессе анаэробного культивирования консорциума микроорганизмов с использованием полиэтилена в качестве единственного источника углерода происходит утилизация полиэтилена с выделением смеси газообразных углеводородов, а также с образованием органических кислот. Состав микрофлоры, качественное и количественное содержание продуктов метаболизма изменяется с увеличением продолжительности культивирования микроорганизмов. Так, в течение первого месяца культивирования происходит значительное выделение газа при неизменном составе микрофлоры культуральной жидкости и практически неизменном весе полиэтиленовой массы. После 3х месяцев культивирования потери в массе полиэтилена составляют до 32,5% в зависимости от исходной концентрации полиэтилена. К 3-му месяцу культивирования потеря в массе полиэтилена замедляется. При длительном культивировании (более 11 месяцев) в культуральной жидкости образуется осадок активного ила, содержащий незначительное количество мелких фрагментов полиэтиленовой крошки.