УСТОЙЧИВОСТЬ МАКРОФИТОВ К ХРОМУ И ОЧИСТКА ХРОМА ИЗСТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ Azolla caroliniana

АННОТАЦИЯ

В этом исследовании изучалась толерантность к хрому макрофитов, в том числе Azolla caroliniana, Lemna minor, Pistia stratiotes и Eichhornia сrassipes. По результатам, полученным при изучении устойчивости макрофитов к 1,0 мг/л хрома, Azollacarolinianaпоказала выживаемость на 2-7 сутки роста 86,7%; 42,1%; 27,1% и 6,32% соответственно. Также было показано 5-дневной культуры Azolla caroliniana, адаптированной к хромовой (30%) сточной воде, фотосинтез восстанавливается на 50-80%, исходный посевной материал на 7-е суткироста увеличился в 3 раза, урожайность культуры достигла 78,4-82,6%и установлено снижение содержания хрома в сточных водах (с 4,87 мг/л хрома до 2,34 мг/л).

ABSTRACT

This research studied the chromium tolerance of macrophytes, including Azolla caroliniana, Lemna minor, Pistia stratiotes and Eichhornia сrassipes. According to the results obtained in the study of the resistance of macrophytes to 1.0 mg/l of chromium, Azolla caroliniana showed the survival rate on days 2-7 of growth,  86.7%; 42.1%; 27.1% and 6.32%, respectively.There was also shown 5-day culture of Azolla caroliniana adapted to chromium (30%) waste water, photosynthesis is restored by 50-80% , the initial sowing material increased 3 times on the 7thday of growth, the culture yield reached 78.4-82.6% and was found to reduce chromium content from wastewater (4.87 mg/l chromium to 2.34 mg/l)

Ключевые слова: Lemna minor, Pistia stratiotes, Eichhornia сrassipes, Azolla caroliniana, макрофит, хром, хромовые сточные воды

Keywords: Lemna minor, Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes, Azolla caroliniana, macrophyte, chromium, chromium wastewater

Введение. Проблема дефицита пресной воды актуальна во всем мире. Увеличение населения в дополнение к различной деятельности человека привело к острой и постоянной нехватке ресурсов пресной воды. Эта дилемма побудила ученых найти радикальные и дешевые решения. Одно из решений, предлагаемых для устранения этой проблемы, заключается в очистке промышленных сточных вод до состояния, пригодного для использования в сельском хозяйстве, путем удаления из них токсичных загрязнений[1-2].

В условиях дефицита качественной воды возрастает потребность в широком использовании вторичных или сточных вод в сельском хозяйстве. Поэтому в засушливых и полузасушливых регионах важно перерабатывать химическими и биологическими методами сильно загрязненные сточные воды, которые планируется утилизировать, для сельскохозяйственных целей. Состав сточных вод характеризуется высокими концентрациями загрязняющих веществ, таких как тяжелые металлы, органические растворители, масла, нефтепродукты и другие промышленные отходы в зависимости от вида производства. Как и вся химическая и тяжелая органическая продукция, кожевенный завод привлекает внимание ученых тем, что в состав сточных вод входят крайне опасные продукты [3-8].

Лишь в нескольких странах мира сточные воды кожевенных заводов используются в качестве технических водпри выращивании сельскохозяйственных культур после химической и микробиологической очистки [1].

Хотя значение высших водорослей на примере химических и нефтегазовых предприятий на основе высших водорослей широко изучено в нашей стране, исследований по снижению количества хрома в сточных водах кожевенных заводов не проводилось. Для этого важно определить роль высших водорослей в очистке технических вод кожевенных заводов на основе высших водорослей[5].

Поэтому в данной статье рассматриваются возможности макрофитной очистки хромсодержащих сточных вод кожевенных заводов на основе макрофитов.В настоящее время биомасса Azolla широко используется в ряде стран мира для очистки от тяжелых металлов промышленных стоков и сточных вод [3-8].

Методология исследования (Research Methodology). В качестве объектов исследования были выбраны высшие водоросли (Azolla caroliniana Willd., Lemna minor L., Pistia stratiotes L., Eichhornia srassipes Solms.), также сточные воды кожевенного заводасодержащие хром (Cr).Сохранение хрома в воде определяли методом атомной спектроскопии (ГОСТ Р51309-99. Методика определения элементного состава природныхи питательный раствор методом ICP-MS).Расчет статистической ошибки и стандартных отклонений от экспериментальных данных проводили с использованием компьютерной программы STATISTICA 6.0 и стандартных методов.Статистическую значимость результатов определяли с помощью t-критерия Стьюдента.

Анализ и результаты. В ходе исследования был изучен процесс очистки сточных вод кожапереработающих заводов от хрома и других видов химических веществ с использованием высоких водорослей. Также была изучена толерантность высших водорослей к хрому, который был определен в качестве основного объекта изучения.

Согласно полученным результатам, биомасса A. caroliniana снижается с увеличением концентрации хрома ((мг/л)0,5®0,87%, 1,0®0,68%, 1,5®0,59%, 2,0®0,50%, 2,5®0,46%, 3,0®039%) и корреляции биомассы (таблица 1). В частности, на 10-й день культивирования при концентрации 0,5 мг/л было получено 1150,9 г биомассы с 1 м², а при концентрации 3,0 мг/л – всего 1,79г биомассы.

Таблица 1.

Толерантност Azolla caroliniana в хроме различных концентраций

При изучении устойчивости макрофитов к хрому в количестве 1,0 мг/л Azolla caroliniana на 2-7 сутки культивированиясоставила86,7%; 42,1%; 27,1% и 6,32%соответственно жизнеспособными. По сравнению с контролем 1 он показал снижение на 12% на второй день роста и на 26,1% на 7-й день роста.Было обнаружено, что за тот же период выживаемость малой ряски составляет 3,21% за 5 дней роста по сравнению с другими макрофитами.На 7-е сутки наблюдения отмечено, что культура полностью некротизирована, корни начали гнить.Lemna minor, Pistia stratiotes и Eichhorniasrassipes полностью некротизировались на 7-й день наблюдения, в то время как Azolla caroliniana полностью некротизировалась на 10-й день наблюдения. В ходе исследования было отмечено, что относительной устойчивостью среди макрофитов по показателю устойчивости к хрому (1,0 мг/л) обладалаAzolla caroliniana.

Рисунок 1. Толерантност макрофитов к хрому (1,0 мг/л)

Интересным аспектом исследования была очень низкая биомасса с выживаемостью 0,52%. Причина этого была отмечена в использовании в питательной среде водопроводной воды, в которую добавлялось некоторое количество хрома.Толерантность Azolla caroliniana к высоким концентрациям хрома и её сорбционные свойства к хрому можно объяснить отсутствием в питательной среде макро-, микроэлементов и минеральных солей.

Рисунок 2. Некроз клеток Azolla caroliniana под влиянием хрома

(А: 1,0 мг/л; Б: 2,0 мг/л; С: 3,0 мг/л)

Выводы и предложения. В нашей стране не проводились исследования по биологической очистке высокохромистых (Cr) технических стоков кожевенных предприятий на основе высоких водорослей. Поэтому сочетание биологической очистки сточных вод кожевенных заводов и очистка физико-химическими методами имеет большое научное, практическое и экологическое значение. На основе селекции высокоустойчивых к хрому водорослей получена адаптированная культура Azolla caroliniana, устойчивая к воде с содержанием хрома до 30%, на основе загрязненной хромом кустарной водыи остаточной воды завода в различных концентрациях и в искусственных условиях. В исследованиях изучался потенциал Azolla caroliniana в отношении толерантности к хрому.Согласно результатам, процесс фотосинтеза 5-дневной культуры Azolla caroliniana адаптированной к хромировнной (30%) сточной воде восстанавливается на 50-80%.Исходный посевной материал увеличивается в 3 раза на 7-й день роста.Урожайность культуры достигла 78,4-82,6% и снижение содержания хрома в сточных водах составилас 4,87 мг/л хрома до 2,34 мг/л.Результаты показали, что Azolla caroliniana сорбирует хром в среднем в количестве 0,56-1,09 мг/г по отношению к сухой массе.

Список литературы:

1. Arora A., Saxena S. 2005. Cultivation of Azolla microphylla biomass on secondary-treated Delhi municipal effluents. Biomass Bioenergy 29:60–64
2. Arora, A., S. Saxena, and D.K. Sharma. 2006. Tolerance and phyto accumulation of chromium by three Azolla species. World Journal of Microbiology & Biotechnology 22: 97–100.
3. Bennicelli, R., Z. Stezpniewska, A. Banach, K. Szajnocha, and J. Ostrowski. 2004. The ability of Azollacaroliniana to remove heavy metals (Hg(II), Cr(III), Cr(VI)) from municipal waste water. Chemosphere 55: 141–146.
4. MishraV.K., Tripathi B.D., KimK.H.2009. Removal and accumulation of mercury by aquatic macrophytes from an open cast coal mine effluent. Journal of Hazardous Materials 172:749–754.
5. Rai P.K. 2008. Technical note: Phytoremediation of Hg and Cd from industrial effluents using an aquatic free floating macrophytes Azolla pinnata. Int J Phytoremediation 10:430–439.
6. Rai P.K., Tripathi B.D. 2009. Comparative assessment of Azolla pinnata and Vallisneriaspiralis in Hg removal from G.B. Pant Sagar of Singrauli Industrial region, India. Environmental Monitoring and Assessment 148: 75–84.
7. Sela M., Garty J., Tel-Or E. 1989. The accumulation and the effect of heavy metals on the water fern Azolla filiculoides. New Phytol112: 7–12.
8. Stepniewska Z., Bennicelli R.P., Balakhnina R.P., Szajnocha K., Banach A., Wolinska A. 2005. Potential of Azolla caroliniana for the removal of Pb and Cd from wastewaters. InternationalAgrophysics 19: 251–255.