Идеальная хозяйственная деятельность человека должна строиться по принципу природных экосистем, которые оптимально расходуют вещество и энергию, в которых отходы одних организмов служат средой обитания для других, т.е. осуществляется кругооборот, безотходные технологии утилизации. Соответственно, очистка стоков химических производств возможна только при использовании биологических методов окисления. В условиях средней климатической полосы в естественных условиях такое высокоэнергетическое супрамолекулярное соединение как нитрованная целлюлоза (НЦ) практически не разлагается. Устойчивость НЦ к биологическому разложению приводит к накоплению отходов в прудах-отстойниках, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду и на здоровье людей. Поиски эффективных микроорганизмов-деструкторов и разработка метода биологического окисления стоков производства НЦ являются острой научной и хозяйственной задачей.

Стоки типовых производств НЦ содержат значительные количества сульфатов, поэтому перспективной моделью для изучения трансформации НЦ являются сульфатредуцирующие бактерии. Они принадлежат родам Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfobacterium, Desulfosarcina, Archaeoglobus, относятся к хемоорганотрофным микроорганизмам. Отдельные виды Desulfotomaculum способны довести окисление до СО2 и Н2О. Нами были выполнены исследования по окислению НЦ с содержанием азота 10.7 и 13.38 мас% с помощью Desulfovibrio desulfuricans. Инкубация НЦ на бактериях проводилась до 65 суток. Измеряли содержание в растворе нитрат- и нитрит- групп; изменения молекулярно-массового распределения, вязкости, скорости тепловыделения и теплоты реакции термического разложения и элементный состав выделенной и высушенной НЦ.

Микроорганизмы, предназначенные для окисления стоков производства НЦ должны быть способны к метаболизму лигнина и его производных. Микроорганизм должен быстро расти, конкурентно преобладать в окружающей среде и деградировать низко- и высокомолекулярные производные лигнина. Этим требованиям соответствуют грибы белой гнили. Окисление НЦ нами проведено с использованием мицелиального гриба рода Fusarium solani IFO 31093. Показано, что в присутствии F. solani содержание N составило 10.61% (16 суток) и 10.51% (38 суток). За 65 суток инкубации происходило снижение рН с 7.15 до 6.53. О разложении НЦ свидетельствовало появление нитрат- и нитрит- групп в среде культивирования – 11.4 мкг/мл и 3.38 мкг/мл. Через 5 суток инкубации F. solani доля низкомолекулярных продуктов составляла 15%, к 65 суткам молекулярные массы этих фрагментов значительно уменьшились, что является перспективным с точки зрения практического применения.

Работа выполнена в соответствии с государственным заданием № 0089-2019-0014 (№ государственной регистрации АААА-А19-119071890015-6).

The ideal economic activity of humanity should be based on the principle of natural ecosystems that optimally consume matter and energy, the waste of some organisms serves as a habitat for others, i.e. waste-free recycling technologies. Accordingly, the purification of chemical production effluents is possible only with the use of biological oxidation methods. In the middle climatic zone a high-energy compounds as nitrated cellulose (NC) practically does not decompose. The resistance of NC to biodegradation leads to the accumulation of waste in settling ponds, which has a negative impact on the environment and on human health. The search for effective microorganisms-destructors and the development of a method of biological oxidation of effluents produced by NC are an acute scientific and economic task.

The effluents of typical NC productions contain significant amounts of sulfates, therefore, sulfate-reducing bacteria are a promising model for studying the transformation of NC. They belong to the genera Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfobacterium, Desulfosarcina, Archaeoglobus, and belong to chemoorganotrophic microorganisms. Some species of Desulfotomaculum are able to bring oxidation to CO2 and H2O. We performed studies on the oxidation of NC with a nitrogen content of 10.7 and 13.38 wt% using Desulfovibrio desulfuricans. Incubation of NC on bacteria was carried out for up to 65 days. The content of nitrate and nitrite groups in the solution was measured; changes in the molecular weight distribution, viscosity, heat release rate and heat of the thermal decomposition reaction and the elemental composition of the isolated and dried NC.

Microorganisms intended for the oxidation of effluents produced by NC should be able to metabolize lignin and its derivatives. The microorganism must grow rapidly, competitively prevail in the environment and degrade low- and high-molecular derivatives of lignin. White rot mushrooms meet these requirements. The oxidation of NC was carried out using a mycelial fungus of the genus Fusarium solani IFO 31093. It was shown that in the presence of F. solani, the N content was 10.61% (16 days) and 10.51% (38 days). During 65 days of incubation, the pH decreased from 7.15 to 6.53. The decomposition of NC was indicated by the appearance of nitrate and nitrite groups in the culture medium - 11.4 mcg/ml and 3.38 mcg/ml. After 5 days of F. solani incubation, the proportion of low molecular weight products was 15%, by 65 days the molecular weights of these fragments had significantly decreased, which is promising from the point of view of practical application.

Acknowledgments

This work was carried out in the framework of the state task (state registration no. AAAA-A19- 119071890015-6), theme 0089-2019-0014.