Pełny tekst - Wydawnictwa NIZP-PZH

R O C ZN . PZH , 2000, 51, N R 4, 417-424
M ARIOLA MENDRYCKA, JE R Z Y MIERZEJEWSKI, A N D R ZE J L ID A C K l\ K R ZYSZTO F
ŚM IECHOW SKI
W P Ł Y W W Y B R A N Y C H Ś R O D K Ó W C H E M IC Z N Y C H S T O S O W A N Y C H
W G A R B A R S T W IE N A N IE K T Ó R E B A K T E R IE W C H O D Z Ą C E W S K Ł A D
O SA D U C ZY N N EG O
IN FLU EN C E O F TA N N ERY CHEM ICAL COM POUNDS ON T H E SELECTED
BACTERIA OF TH E ACTIVATED SLU D G E
Politechnika Radomska im. К. Pułaskiego, Zakład Technologii Garbarstwa
Kierownik: dr inż. J. Piechna
1 Ośrodek Badań Weterynaryjnych Wojskowego Instytutu Higieny i
Epidemiologii w Puławach
Kierownik: płk dr hab. M. Bartoszcze
W pracy prześledzono wpływ oddziaływania kąpieli do garbowania chromo­
wego i kąpieli do natłuszczania skór na bakteryjną florę ściekową w układzie
modelowym. Stwierdzono wpływ wielkości inokulum na przeżywalność wsiewa­
nych bakterii. Badania wykazały, że przeżywalność ta była ograniczona barierą
10, a nawet 15-krotnego rozcieńczenia kąpieli chromowej ściekiem syntetycznym.
U czy n n ianie ścieków g arb arsk ich , p o d o b n ie ja k i innych ścieków przem ysłow ych,
zach o d zi p rze d e w szystkim p rze z stw orzenie w arunków fizykochem icznych d o n a m n a ża n ia m ik roorganizm ów , biorących udział w tlenow ym ro zk ład zie zw iązków o rg a n i­
cznych.
Ścieki g arb a rsk ie, p o ch o d z ąc e z g arbow ania chrom ow eg o , zaw ierają d u że ilości soli
chrom ow ych. D otychczas o b ec n o ść ch ro m u była szero k o b a d a n a p o d k ą te m o d d ziały ­
w an ia n a aktyw ność biologiczną o rzęsek (pierw otniaków ), k tó re stan o w ią isto tn ą część
sk ład o w ą m ik ro o rg an izm ó w ścieków . Są o n e pow szechnie stw ie rd z an e w liczbach rzęd u
104/m l w ściekach k o m unalnych. W m ieszaninie biom asy sp e łn ia ją w ażn ą fu n k cję p o ­
że ra n ia w iększości b ak terii, p rz e z co p o p raw iają ja k o ść ścieków [4]. N a to m ia st w m ałym
sto p n iu b a d a n o zach o w an ie się tej drugiej części składow ej biom asy, a m ianow icie
b a k te rii, w o bec ch ro m u i innych środków chem icznych stosow anych w g arb arstw ie.
W pracy p o sta n o w io n o prześled zić wpływ oddziaływ ania k ąp ieli d o g arb o w an ia
ch ro m o w eg o i kąpieli d o n atłu szczan ia skór n a b ak tery jn ą flo rę ściekow ą w u k ła d zie
m odelow ym . U z n a n o przy tym za celow e w yjaśnienie wpływu całych kom pozycji k ą p ie ­
lowych ja k i ich poszczególnych składników n a zachow an ie się flory b ak tery jn ej.
418
M. Mendrycka i in.
Nr 4
MATERIAŁY I METODYKA BADAŃ
Środki do garbowania skór
Do badań użyto handlowych środków stosowanych do garbowania skór bydlęcych w tzw.
kąpielach:
1. Kąpiel do garbowania chromowego (tzw. brzeczka) o składzie: chromał 2%; chlorek sodu
3%; mrówczan sodu 0,5%, H2O do 100%.
2. Kąpiel do natłuszczania skór o składzie: mieszanina modyfikowanych polikolem 400
kwasów tłuszczowych odwadnianych P2O5 w ilości 0,5g; mieszanina modyfikowanych po­
likolem 400 kwasów tłuszczowych odwadnianych azeotropowo w ilości 0,5g; mieszaniny te
rozcieńczano w 1 1 wody.
Bakterie
Z kolekcji 40 wzorcowych szczepów bakterii ściekowych, otrzymanych z Zakładu Bakteriologii
Instytutu Inżynierii Sanitarnej Politechniki Warszawskiej, wybrano do badań 3 reprezentujące
następujące gatunki bakterii: Acinetobacter baumannii, Aeromonas hydrophila, Pseudomonas
cepacia.
Podłoża bakteryjne i rozcieńczalniki
1. Zwykłe podłoże odżywcze agarowe do przechowywania szczepów.
2. Standardowe podłoże agarowe do oznaczania liczby bakterii (Plate Count Agar - PCA)
sporządzane z dehydratyzowanego podłoża firmy BioMerieux wg przepisu producenta.
3. Bulion z wyciągiem mózgowo-sercowym (BHI) sporządzany z dehydratyzowanego podłoża
firmy bioMerieux służący do namnażania szczepów bakteryjnych.
4. Zbuforowany płyn fizjologiczny (PBS) do sporządzania zawiesin bakteryjnych oraz ich
rozcieńczeń.
5. Ściek syntetyczny wg Weinbergera [5] służący do sporządzania rozcieńczeń badanych
środków do garbowania, do których wsiewano szczepy bakterii.
Podłoża i rozcieńczalniki, po sporządzeniu i ustaleniu odpowiednich wartości pH, wyjaławia­
no przez autoklawowanie (121°C, 15 min.).
Szczepy bakteryjne przechowywane na skosach agarowych posiewano do bulionu z wyciągiem
mózgowo-sercowym (BHI). Po 24 godzinnej inkubacji w tem peraturze 30°C hodowle przesie­
wano na płytki z podłożem PCA i namnażano przez 48 godzin w tem peraturze 30°C w w arun­
kach tlenowych. Następnie pobierano ezą po kilka kolonii i zawieszano w płynie PBS. Probówki
z zawiesinami intensywnie wytrząsano w celu uzyskania jednolitego zmętnienia. Przybliżoną
liczbę bakterii w lm l ustalano wstępnie wg skali McFarlanda (nr 4 - ok. 1,2. x 109 komórek/ml).
Przed przystąpieniem do badań sporządzano dziesięciokrotne rozcieńczenia zawiesin w PBS
i wybierano rozcieńczenia o pożądanej liczbie komórek bakterii w 1 ml. Z rozcieńczeń tych
dokonywano posiewów ilościowych na podłoże PCA w celu określenia bardziej dokładnej liczby
bakterii w lm l zawiesiny. Po 48 godzinnym namnażaniu w tem peraturze 30°C liczono wyrosłe
kolonie i obliczano liczbę bakterii w lml.
Znając liczbę bakterii w lm l wysiewano stosowne inokula do roztworów badanych środków
rozcieńczanych w ścieku syntetycznym w stosunku 0,1 ml inokulum do 9,9 ml rozcieńczonego
środka. Po 48 godzinach inkubacji określano liczbę żywotnych bakterii w badanym roztworze
kąpieli do garbowania chromowego przez wysiew kontrolny na podłoże PCA.
Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono minimalne inokulum, przy którym utrzymy­
wano żywotność bakterii po upływie 48 godzin przetrzymywania prób w tem peraturze 30°C.
To minimalne inokulum wsiewano do rozcieńczeń kąpieli do garbowania chromowego bliskich
granicznemu rozcieńczeniu, w którym była hamowana wegetacja w ustalonym 48 godz. okresie
i śledzono zachowanie się ilościowe poszczególnych szczepów na podstawie obliczeń bakterii po
upływie 24, 48 i 72 godzin przetrzymywania prób w te m p u aturze 30°C.
Wpływ ścieków garbarskich na bakterie
Nr 4
419
Analogiczne postępowanie przyjęto przy oznaczaniu wpływu kąpieli do natłuszczania na użyte
szczepy bakterii.
Uzyskane wyniki wyrażono w wartościach średnich z trzech doświadczeń.
WYNIKI
W pierw szej serii dośw iadczeń ustalono wpływ wielkości inokulum użytych w zorcowych
szczepów bakterii na ich zdolność do zachow ania żywotności w roztw orach kąpieli do
garbow ania chrom ow ego skór w ścieku syntetycznym w ustalonym 48 godzinnym okresie
przetrzym yw ania w tem p 30°C. U zyskane wyniki bad ań przedstaw iono w tabeli I.
Tabela
I.
Wpływ wielkości inokulum na zachowanie żywotności użytych szczepów bakterii
w rozcieńczeniach kąpieli do garbowania chromowego skór przetrzymywanych
w okresie 48 godz. w temp. 30°C
The influence of inoculum size for the maintaining of vitability of used bacterial
strains in diluted baths for chrome tanning of skins kept for 48 hours in the
tem perature 30°C
N - roztwór macierzysty
+ - wzrost bakterii
- - brak wzrostu bakterii
Ja k w ynika z tab eli I, przy inokulum 5,6 x 108 stw ierd zo n o żyw otność P seu d o m o n a s
cepacia ju ż w ro zcień czen iu 1:2 kąpieli do garb o w an ia ch ro m o w eg o sk ó r (b rzeczk i).
420
M. Mendrycka i in.
Nr 4
Ż y w o tn o ść pozostałych szczepów : A cinetobacter b a u m a n n ii i A e ro m o n a s hydrophila
zo stała zach o w a n a począw szy od rozcień czen ia 1:5.
O d w ro tn e wyniki uzyskano przy ino k u lu m 5,6 x 107. A cin eto b a cter b a u m a n n ii i A e ­
ro m o n a s hydrophila okazały się żyw otne począw szy o d ro zcień czen ia 1:10, a P seu d o m o ­
na s cepacia d o p ie ro o d k olejnego ro zcieńczenia, tj. 1:15. Przy tym ro zcień czen iu
b rzeczk i stw ie rd z o n o żyw otność w szystkich 3 szczepów b ak terii z w ysiewu in o k u lu m 5,6
x 106, p rzy czym szczep P seudom onas cepacia był żyw otny jeszcze z in o k u lu m 5,6 x 105,
a A e ro m o n a s hydrophila naw et z inokulum 5,6 x 104.
Przy in o k u lu m 5,6 x 103, nie stw ierd zo n o żyw otności żad n eg o z 3 szczepów b ak terii.
O sta te c z n ie , ja k o m in im aln e o k azało się inokulum 5,6 x 106, przy k tórym o trzym y­
w an o żyw otność w szystkich szczepów .
T a b e la II p rze d staw ia wyniki b a d a ń nad ilościow ym zach o w an iem się szczepów
b ak tery jn y ch w p rze d zia le rozcieńczeń brzeczki bliskich granicy przeżyw alności, tj. od
1:10 d o 1:20 w o k resie 72 godz. obserw acji.
Tabela
II.
Liczby bakterii w rozcieńczeniach brzeczki w okresie 72 godz. obserwacji
Amounts of bacteriae in wort dillutions for 72 hours of observation
* D ane średnie z trzech powtórzeń
Z ta b eli II w ynika, że A cinetobacter b a u m a n n ii zo stał un ieczynniony p o 24 god zin ach
w ro zcień czen iach brzeczki 1:10 i 1:15, a w rozcieńczen iu 1:20 liczba b a k te rii tego
szczep u zm n iejszała się system atycznie do kilkuset w 1 ml.
Liczby b a k te rii A e ro m o n a s hydrophila, w rozcieńczeniach 1:10 i 1:15, zm niejszały się
o 2 -3 logarytm y w o k re sie 24-godzinnej obserw acji, a p o upływ ie 48 godzin posiew y te
zo stały w p ełni unieczy n n io n e. Przy ro zcieńczeniu 1:20 p o zo stało żyw otnych k ilkaset
b a k te rii d o 72 godzin, tj. do k o ń ca trw an ia obserw acji.
W p rzy p a d k u P seudom onas cepacia b rzeczka ro zcień czo n a 1:10 ta k sa m o d o p ro w a ­
d zała d o u n ie czy n n ien ia całego ino k u lu m , a przy rozcień czen iach 1:15 i 1:20 uzyskiw a­
Wpływ ścieków garbarskich na bakterie
Nr 4
421
n o n aw et system atyczny, chociaż nieznaczny, w zrost liczby b ak terii św iadczący o ro z ­
p oczęciu n a m n a ż a n ia się te g o szczepu.
P rz ed sta w io n e wyniki b a d a ń o b raz u ją zachow anie się w zorcow ych szczepów b a k te rii
w m odelow ym uk ład zie różnych rozcieńczeń brzeczki w ścieku syntetycznym . W p ra w ­
dzie w iad o m o je st, że ch ro m je st głów nym składnikiem tej k ąp ieli, unieczy n n iający m
b a k te rie , ale n ie w yjaśniony p ozostaw ał wpływ pozostałych składników , tj. ch lo rk u so d u ,
w y stęp u jącego w niefizjologicznym n ad m iarze 3% o raz 0,5% m ró w czan u so d u . W yniki
uzyskane w tej części b a d a ń p rze d staw io n o w tab eli III.
Tabela
I I I . Wpływ poszczególnych składników brzeczki na zachowanie żywotności bakterii
ściekowych
The influence of particular wort ingredients for sewer bacteriae vitality main­
tenance
N - roztwory macierzyste
+ - wzrost bakterii
- - brak wzrostu bakterii
Z e b ra n e w tab eli III w yniki je d n o zn a cz n ie w skazują, że d ziała n ie u n ieczy n n iające,
w o d n ie sie n iu do w szystkich bad an y ch szczepów b ak terii, w ykazuje je d y n ie ch ro m ał.
D o p ie ro je g o rozcień czen ia 1:15 i 1:20 pozw alały n a zach o w an ie żyw otności w sianych
szczepów b a k te rii ściekow ych. P o zo stałe składniki, tj. 3% N aC l i 0 ,5% m ró w czan so d u
n ie o kazały ż a d n e g o wpływu n aw et w ro ztw o rach m acierzystych.
W ta b eli IV p rze d staw io n o wyniki b a d a ń wpływu rozcień czeń k ąp ieli d o n a tłu sz cza­
n ia sk ó r n a zach o w an ie żyw otności b ak terii ściekow ych w sianych je d n ak o w y m in o k u lu m
i przetrzym yw anych p rze z o k re s 48 godzin w tem p . 30°C.
Z tab eli IV w ynika, że k ąp iel natłuszczająca, zaró w n o w sta n ie n iero zcień czo n y m ,
ja k i w ro zcień czen iach o d 1:5 do 1:20, p o zo staw ała o b o ję tn a w o b ec testow ych
422
M. Mendrycka i in.
Tabela
N
+
++
-
I V.
Nr 4
Żywotność szczepów bakterii w rozcieńczeniach kąpieli natłuszczającej w ścieku
syntetycznym przetrzymywanym w temp. 30°C przez okres 48 godzin
Vitality of bacteriae strains in dillutions of griese bath in synthetic wastes kept
in tem perature 30°C for 48 hours
roztwór macierzysty
brak wzrostu bakterii
wzrost bakterii
intensywny wzrost bakterii
szczepów b a k te rii, a w sta n ie nierozcieńczonym stw arzała n aw et w aru n k i d o b ard ziej
in ten sy w n eg o n a m n a ż a n ia ( + + ) dla A ero m o n a s hydrophila i P seu d o m o n a s cepacia.
OM Ó W IENIE
W m odelow ym uk ład zie rozcieńczeń kąpieli d o garb o w an ia ch ro m o w eg o sk ó r zo stał
w ykazany w pływ w ielkości in o k u lu m n a przeżyw alność w siew anych b ak terii. W yniki te
p o tw ie rd z ają o g ó ln ą z a sa d ę m ikrobiologiczną, w myśl k tó rej im w iększe in o k u lu m , tym
je st w iększa szansa n a w egetację. Je d n a k b a d a n ia w łasne w ykazały też, że przeżyw alność
ta była o g ran ic zo n a b a rie rą 10, a naw et 15-krotnego rozcień czen ia kąp ieli chro m o w ej.
P rzeżyw alność w sianych szczepów b ak terii p rz e b a d a n o też p o d w zględem ilościow e­
go za ch o w an ia się ich w o k resie 72 godzinnej obserw acji. W o d n ie sie n iu d o szczepów
A cin eto b a cter b a u m a n n ii i A ero m o n a s hydrophila stw ierd zo n o zm n iejszan ie się ilościow e
jeszcze w ro zcień czen iu 1:20 brzeczki. Z m n ie jsz en ie to było szczególnie g w ałtow ne do
24 go d zin , p o czym liczba b ak terii po zo staw ała n a niezm ien io n y m p o zio m ie.
B ard ziej o p o rn y o k az ał się szczep P seudom onas cepacia, k tó ry w ro zcień czen iach
rzę d u 1:20, 1:15 wykazywał naw et zdolność d o n a m n a ż a n ia się.
Z jaw isk o to m a isto tn e znaczenie, jeśli się zważy w eg etację b ak terii. Istn ie je bow iem
k ilk u g o d zin n a faza przygotow aw cza w pod ło żu zaszczepionym o k re ślo n ą d aw k ą b a k te ­
rii [3]. W tym czasie p o sia n e b a k te rie a d a p tu ją sw oje zdolności w eg etacy jn e d o
n a m n a ż a n ia logarytm icznego. W ażn a je st w ięc ta a d a p ta c ja w szystkich szczepów b a k ­
te rii zaw arty ch w inokulum . W przep ro w ad zo n y ch b ad a n ia ch u sta lo n o , że w aru n k i te
sp e łn ia in o k u lu m w ielkości > 106 b ak terii w 1 ml w siane d o brzeczki ro zcień czo n ej
1 :20 .
Z ao b se rw o w a n e zjaw isko różnej w rażliw ości bad an y ch szczepów b ak terii ściekow ych
n a śro d ek g arb u jący m oże m ieć sw oje o d n ie sie n ia w środow isku rzeczyw istych ścieków
Wpływ ścieków garbarskich na bakterie
423
g arb arsk ich . Z ac h w ian ie p ro p o rc ji m iędzy poszczególnym i g atu n k am i b ak terii m o że w
konsekw encji pro w ad zić d o za b u rzeń w rów now adze m ikroflory p ierw o tn iaczej. Z ja ­
w isko ta k ie było ju ż o p isa n e w b ad a n ia ch nad zachow aniem się m ik ro flo iy p ie rw o tn ia ­
czej ścieków p o d w pływ em m e tali ciężkich, w tym i ch ro m u [4].
B rzeczka, o p ró cz sam eg o ch ro m u , zaw iera 3% N aC l i 0,5% m ró w czan u so d u . N a
p o d sta w ie p rze p ro w ad z o n y ch analiz m o żn a przyjąć, że n ie w ykazują o n e ż a d n e g o
wpływu n a żyw otność b a k te rii ściekow ych. Jedynym śro d k iem h am u jący m p o zo staje
w ięc ch ro m .
W piśm iennictw ie z n a n e je s t pow szechnie d ziałanie ch ro m u n ie tylko n a b a k te rie ,
ale i n a p ie rw o tn iak i ściekow e. P o d o b n e zre sztą je st od d ziały w an ie innych m etali
ciężkich, z tym że kolejn o ść ich toksyczności w sto su n k u do b ak terii zo stała o k re ślo n a
następ u jąco : C d, C u > P b > Z n > C r [4]. W zględnie niska toksyczność c h ro m u , w
po ró w n a n iu z innym i m e talam i, m oże być przypisyw ana zm ian ie w artości z C rvl n a
m niej toksyczny i rozpuszczalny w w odzie C r111. P ro c es ten m o że zach o d zić w czasie
aktyw ow anego u z d a tn ia n ia ścieku. P rócz teg o m oże zach o d zić zjaw isko naby w an ia
o p o rn o ści b a k te rii na chrom . P o tw ierd zają to b a d a n ia innych au to ró w , k tórzy izolow ali
b a k te rie o p o rn e n a chrom iany. R e d u k cja c h ro m ian u p rzez b a k te rie w y stęp u je za ró w n o
w w aru n k ac h tlenow ych ja k i beztlenow ych, a za o p o rn o ść b a k te rii są zw ykle o d p o w ie ­
d zialn e p lazm idy [1].
N ależy w spom nieć, że c h ro m je st z je d n e j stro n y toksyczny, a n aw et m u tag en n y ,
a z drugiej je st pierw iastk iem rów nież niezbędnym d o praw id ło w eg o fu n k cjo n o w a n ia
org an izm ó w wyższych [2] i p raktycznie nie w iadom o, czy C r" 1 (w ystępujący w b rzeczce
g arb arsk iej w stężen iu o d 15 d o 25 g/l w przeliczeniu n a C r20 3) [6] przy o d p o w ied n im
ro zcień czen iu nie okazałby się n iezbędny d o w egetacji b ak terii. T o in te re su ją c e z a ­
g a d n ie n ie w ykracza je d n a k p o za ram y n ak reślo n ej pracy.
WNIOSKI
1. W o p arc iu o p rz e p ro w a d z o n ą analizę b ak terio lo g ic zn ą u k ła d u m o d elo w eg o :
brzeczk a + w zorcow e szczepy b ak terii ściekow ych + ściek syntetyczny w ykazano n ie ­
ró w n o m iern ie ham ujący w pływ ch ro m u n a w egetację b ak terii.
2. U zy sk ane wyniki o k reśla ją o rien tacy jn e progi rozcień czeń brzeczki w ścieku
syntetycznym , od których b a k te rie zachow ują żyw otność. Z d o k o n an y c h an aliz w ynika,
że p ro g i te rozpoczynają się o d rozcieńczeń 1:15 do 1:20.
3. W y k azano też, że d ziała n ie unieczynniające w tej kąp ieli w ykazuje tylko sam
C h ro m a ł. P o zo sta łe składniki tj. 3% ch lo rek sodow y i 0,5% m rów czan so d u , p o d o b n ie
ja k i cała k ąpiel natłu szczająca p o zo stają o b o ję tn e w sto su n k u do w siew anych b ak terii.
4. U zy sk ane w yniki pozw oliły n a ustalen ie, k tó re k ąp iele, i ja k ie ich sk ład n ik i,
w ykazują w łaściw ości u n ieczynniające w stosunku d o w ybranych b a k te rii ściekow ych,
m o g ące w pływ ać na aktyw ność osad u czynnego w ściekach g arb arsk ich rzeczyw istych.
424
M. Mendrycka i in.
M. Mendrycka,
J.
Mierzejewski,
A.
Lidacki,
Nr 4
К.
Śmiechowski
IN FLU EN C E O F TA NN ERY CHEM ICAL COM POUNDS ON T H E SELECTED
BACTERIA O F T H E ACTIVATED SLU D G E
Summary
Influence of tannery chemical compounds on the selected bacteria of the activated sludge
was investigated. The chromium compounds must be diluted to 1:15-1:20 to loss its activity on
the bacteria. O ther compounds like: natrium chloratum, natrium formate and greased oils have
any influence on the growth of the selected bacteria.
PIŚMIENNICTW O
1. Campos J., Martinez-Pacheco М., Cevantes C.: Hexavalent - Chromium Reduction by
a Chrom ate Resistant Bacillus sp. strain. Antoninę van Leeuwenhoek 1995, 68, 203-208.
2. Cieślak-Golonka М.: Związki chromu w układach o znaczeniu biologicznym. Wiadomości
Chemiczne 1994, 48, 59-69.
3. Kotelko K., Sedlaczek L., Lachowicz T.M.: Biologia bakterii. PWN, Warszawa 1977.
4. M adoni P., Dawoli D., Gorbi G., Vescovi L.: Toxic Effect of Heavy Metals on the Activated
Sludge Protozoan Community. Wat. Res. 1996, 30, 135-141.
5. Polska Norma. W oda i ścieki. Badania specjalne osadów. Hodowla standardowego osadu
czynnego w warunkach laboratoryjnych. PN-87 C-04616/10.
6. Substancje chorobotwórcze w środowisku pracy, (praca zbiorowa) Tom III. Chrom i niektóre
związki chromu. IMP Łódź 1987.
Otrzymano: 1999.12.13