Проекты

Разработка метода сбора и концентрирования биомассы

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Экология и эволюция»

Направление работы: Экологический мониторинг
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1601
Предметы: Биология, Химия, Экология
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину», 11–13 апреля 2019 года

Цель

Осаждение наросшей биомассы и предотвращение сброса отходов в озеро Байкал.

Описание

В настоящее время отмечается значительный рост антропогенной нагрузки на водные экосистемы, что приводит к серьёзным негативным последствиям. Байкал − самое глубокое озеро в мире, поэтому в нём обитает большое количество различных микроорганизмов. Кроме мелких рачков в Байкале обитают бактерии и микроводоросли, из-за развития которых начинается процесс эвтрофикации. Эвтрофикация (от др.-греч. εὐτροφία − хорошее питание) − насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации, − фосфор и азот. В некоторых случаях используется термин «гипертрофизация». Байкал цветёт из-за того, что в него попадают отходы жизнедеятельности. Озеро Байкал хранит в себе 20 % пресных вод мира и поэтому его необходимо очищать от загрязнений.

Задачи

  1. Нахождение самого эффективного флокулянта для осаждения биомассы на дно водоёма, где она будет съедена придонными обитателями.
  2. Нахождение минимальной концентрации флокулянта для осаждения биомассы на дно.

В работе в качестве модельного объекта использовались микроводоросли Chlorella vulgaris GKV1.

Выращивание хлореллы

Приготовленный состав для выращивания хлореллы в лабораторных условиях в конической колбе, закрытой фольгой, оставляли на магнитной мешалке на скорости 800 об/мин (на 7 суток) под естественным освещением. После того как хлорелла была выращена, можно было проводить необходимые эксперименты.

Реактивы, использованные в работе:

  • Superfloc N-300 (полиакриламид), Superfloc A-100 (полиакриламид) Sibfloc-718 (полиэтиленоксид).
  • Серия продуктов SUPERFLOC фирмы Kemira – это высокоэффективные флокулянты со средним молекулярным весом. Они применяются для обезвоживания осадков и при очистке воды в различных отраслях промышленности.
  • Для работы применялись 2 %-ные растворы флокулянтов в дистиллированной воде. Также в работе использовался коагулянт FeCl3 (хлорид железа (III)), являющийся эффективным первичным коагулянтом на основе трёхвалентного железа (Fe3+).
  • Для работы применялся 1 %-ный раствор коагулянта в дистиллированной воде.

Экспериментальная часть

Для определения скорости осаждения культуры под воздействием флокулянтов измерялось количественное содержание зелёного пигмента хлорофилла. Таким образом можно определить относительное количество микроводорослей в любой части колбы в любой момент времени.

1. В конические колбы на 100 мл наливали по 80 мл культуры Chlorella vulgaris GKV1.

2. С помощью спектрофотометра измеряли оптическую плотность (OD) культуры при длине волны 680 нм, это начальная точка для всех вариаций.

3. Все колбы ставились на магнитную мешалку, культура перемешивалась на скорости 400 об/мин.

4. Добавляли заранее рассчитанное точное количество реагентов. Через 3 минуты перемешивания магниты доставали.

5. Далее каждые 10 минут измеряли OD в каждой колбе. Пробы отбирали на середине высоты колбы. Последняя точка – 30 минут от начала эксперимента.

Количественное определение содержания хлорофилла проводили с помощью cпектрофотометра при длине волны 680 нм. Результаты эксперимента записывались в заранее приготовленные таблицы. График строился на основании всех известных измерений (для каждой точки брали среднее арифметическое значений всех повторений). Данные для контроля рассчитывались по формуле: 100–(100*А)/Б, где А – значение OD в данный момент времени, Б – значение OD культуры в начале эксперимента.

Данные для экспериментальных точек считались по формуле: (1 – X/Y) *100, где Х – OD культуры в данный момент времени после воздействия флокулянта, а Y – рассчитанное значение OD культуры в данный момент времени без добавления флокулянта (контроль).

Выводы

Разработан метод сбора и концентрирования биомассы на примере модельной культуры хлореллы. Наиболее подходящим флокулянтом для культуры Chlorella vulgaris GKV1 является смесь реактивов Sibfloc718 и FeCl3 при концентрации 20+10 мг/л соответственно.

Результаты эксперимента показали, что лучше всего осаждает биомассу смесь полиэтиленоксида (ПЭО) и хлорида железа (FeCl3)