Оптимизация фот: Как сократить затраты ФОТ и не потерять команду

Содержание

Как сократить затраты ФОТ и не потерять команду

«Уволить или оставить?» — пожалуй, нет ни одного руководителя, который не размышлял бы сейчас над этим магическим управленческим уравнением, состоящим из человеческих судеб. Как компаниям выдержать очередную волну испытаний? И не просто выдержать, но и сохранить бизнес, лояльность клиентов, работоспособность команды?

Очевидно, что большинство компаний, работающих в России, и отечественных и иностранных, в текущих обстоятельствах вынуждены сокращать бюджеты, в том числе и бюджет ФОТ (фонда оплаты труда). Экономическая ситуация 2015 года обязывает собственников бизнеса и управленцев быть прагматичными, просчитывать риски, сокращать издержки. Оптимизация ФОТ – решение, лежащее на поверхности, дающее быстрое и измеримое сокращение бюджета расходов. Но за любыми сокращениями сотрудников неизбежно следуют потери в качестве или эффективности бизнес процессов. Например, если в отделе клиентского сервиса вместо семи сотрудников осталось трое, то не удивительно, что процесс обработки заказов замедлится.

Если вместо двенадцати разработчиков программного обеспечения над проектом работают шесть, то срок его исполнения неизбежно изменится.

Не так давно, в период кризиса 2008 года, перед бизнесом уже стояли аналогичные задачи. Тогда многие компании действовали решительно, категорично и, как многим казалось, эффективно. Увольнения персонала носили массовый характер, сотрудников сокращали целыми отделами, следуя «разнарядке» оптимизировать бюджет на 10%-15%-20%, не особо задумываясь о последствиях. При этом на улице оказывались ценные специалисты: инженеры, маркетологи, руководители проектов, даже менеджеры по продажам. А уже через 9-12 месяцев, когда начался процесс восстановления экономики, работодатели сокрушаясь, что некому работать с новыми клиентами, непонятно, кому поручить перспективный проект или внедрение сложного оборудования. Вновь начали набирать персонал, тратить ресурсы на подбор, адаптацию, обучение. Отчасти поэтому восстановление некоторых компаний после кризиса 2008 года было столь длительным.

Хочется надеяться, что многие компании учтут печальный опыт кризиса 2008 года и будут проводить сокращения ФОТ более осмотрительно. Опираясь на практику работы нашего агентства, можно сформулировать несколько практических рекомендаций для собственников и руководителей компаний.

1. Сохраните командный дух

Поговорите со своими сотрудниками искренне и открыто, объясните, что вы, с одной стороны, хотите сохранить команду, с другой, вам необходимо вписаться в рамки определенного бюджета ФОТ. Если ваш коллектив сплоченный, то сотрудники, скорее всего, согласятся работать на условиях сниженных зарплат в период кризиса, ради сохранения своих рабочих мест и из солидарности с коллегами. Лучше затянуть пояс, чем лишится напарника, с которым работал вместе долгие годы. Практика показывает, что большинство сотрудников с пониманием относятся к трудностями и временным ухудшениям рабочих условий, и не винят в этом своих работодателей, понимая, что причины не в руководителях и их решениях, а в макроэкономических факторах.

Во многих компаниях, специалисты готовы взять на себя дополнительный функционал, перейти на увеличенный график работы, пересмотреть профессиональные цели и задачи с учетом новых вводных. Многие готовы работать на условиях сокращенного на 10-15% оклада, скорректированной системе мотивации, только бы сохранить занятость, рабочее место, и пусть сокращенную, но стабильную зарплату.

2. Сохраните «Золотой фонд»

То есть ключевых сотрудников, являющихся носителями технологий, профессиональных знаний, корпоративного опыта, традиций и культуры. Когда тяжелые времена закончатся, а они всегда заканчиваются, эти люди смогут обучить новичков и передать им наработанный компанией опыт и знания. «Золотой фонд» — это ваша опора, лояльные и преданные сотрудники, которые помогут восстановить компанию после сложного периода. Кризисы не вечны, острый период, обычно, длится не долго. Думайте не только о том, как компании выжить сейчас, но и том, как ей работать и развиваться дальше.

Если вы не можете сохранить команду полностью, то постарайтесь сберечь своих лучших специалистов, носителей уникальных знаний. Ведь вы уже инвестировали в подбор, обучение развитие сотрудников изрядное количество времени, денег и энергии, не спешите выбрасывать их на улицу. Если для вашего бизнеса люди – это актив, относитесь к нему с большим вниманием.

3. Сохраните поле влияния

Прежде чем увольнять человека, разрывать связь между сотрудником и компанией, попробуйте использовать другие форматы взаимодействия: неполный рабочий день, сокращенную рабочую неделю, частичную занятость, проектную работу, фриланс, отпуск за свой счет. Это позволит, с одной стороны, сократить ФОТ, с другой стороны, удержать специалистов в поле влияния компании. Важно сохранить психологическую связь с людьми, поддерживать в них уверенность в том, что они по-прежнему являются частью компании. Для человека в период кризиса очень важно ощущение того, что он не выброшен на улицу, как ненужный балласт, что о нем не забыли, что он не оставлен на волю судьбы.

Также, важны формальности: непрерывность трудового стажа, сохранение должности, статуса. Возможно, через несколько месяцев ситуация в экономике в целом и в компании в частности изменится к лучшему, и вы сможете постепенно вернуть сотрудников в штат.

4. Сохраните лицо

Если увольнение неизбежно, постарайтесь сохранить «лицо». Расставайтесь с сотрудниками «по-хорошему», поблагодарите за работу и выплатите все, что положено в этом случае. Чтобы выразить свое сочувствие к увольняемому человеку не только словами, но и делами, можно «передать» сотрудника приглашенному кадровому агентству, которое займется его дальнейшим трудоустройством. Проявите себя как ответственный работодатель, это важно для вашей репутации в коллективе. Ведь с теми, кто остался в компании вам еще работать. И каждый сотрудник, наблюдающий процедуру увольнения коллеги, невольно психологически «примеряет» эту ситуацию на себя. Постарайтесь держаться в рамках правового поля, здравого смысла и норм морали и этики.

Для успешной работы компании в будущем руководителю компании важно «сохранить лицо» и здоровый микроклимат в коллективе.

5. Ищите новые возможности

Как известно, кризис, это не только испытания, но и возможности, ищите их! Среди наших постоянных клиентов достаточно много компаний, которые продолжают набор персонала. В основном, это отечественные производители продуктов питания, парфюмерии, косметики, компании из сельскохозяйственного сектора. Для них нынешняя экономическая ситуация – это возможность расширить свое присутствие на рынке, занять новую нишу, предложить новые виды товаров или услуг. Безусловно, они используют этот шанс, и стараются набрать менеджеров по продажам, технологов, инженеров.

6. Покупайте уникальных специалистов

В настоящее время на кадровый рынок вышли специалисты, которые раньше не рассматривали предложений о работе, и были недоступны большинству работодателей. Сейчас они открыты для переговоров о сотрудничестве и цене.

Это, как правило, высококлассные специалисты: маркетологи, технологи, разработчики, руководители проектов. Также, встречаются ситуации, когда руководители задействуют одного специалиста сразу в нескольких проектах, например, инженеров, архитекторов, или пытаются разделить затраты на высококлассных дорогостоящих специалистов с дружественными или дочерними компаниями. Эта практика применяется по отношению к юристам, финансовым аналитикам, пиар-менеджерам.

7. Верьте в успех

Настрой руководителя компании, его отношение к работе и людям – это жизненный и профессиональный ориентир для сотрудников. Команда воспринимает внешний информационный поток через призму видения своего лидера. И если вы хотите провести свою компанию через очередной кризис, как корабль через бурное море, ищите маяк надежды. Вселяйте в людей уверенность в успех. Не бойтесь изменений, они бывают неожиданными и болезненными, но именно они подталкивают нас к развитию. Возможно, уже давно пора поменять что-то в маркетинговой политике компании? Оптимизировать ассортимент товаров? Предложить новые услуги? Проявите гибкость, изобретательность, задействуйте творческий потенциал своей команды.

Ищите решения, и все получится!

Наталья Сторожева,
«РУССКАЯ ШКОЛА УПРАВЛЕНИЯ»

Варианты оптимизации ФОТ. Перевод работников на неполное рабочее время: особенности процедуры

Уменьшение фонда оплаты труда — это всегда довольно рисковый процесс, поскольку он напрямую связан с доходами, которые получают работники организации. Если посмотреть на статистику обращения работников с жалобами в государственную инспекцию труда (ГИТ), можно увидеть, что первое место среди причин занимают денежные споры (когда работник посчитал, что работодатель что-то ему не доплатил). Поэтому с вопросами изменения системы оплаты труда и оптимизацией ФОТ всегда нужно быть предельно осторожными: существует большая вероятность того, что работодателю придется столкнуться с внеплановой проверкой ГИТ (которая будет инициирована жалобой работника).

Вместе с юристом, экспертом в области трудового права Александром Южалиным разберем основные варианты оптимизации фонда оплаты труда и выясним, как такие задачи можно решить на основании норм закона.

Есть 4 основных варианта решения поставленной задачи:

1. Изменение системы оплаты труда.
2. Изменение/корректировка режимов рабочего времени. Применение/оптимизация суммированного учета рабочего времени.
3. Введение неполного рабочего времени.
4. Введение простоя.

1. Изменение системы оплаты труда

Заработная плата работников может состоять из разных составляющих. В нее входит так называемая фиксированная часть (оклад, тарифная ставка, сдельные расценки), а также могут входить стимулирующие и компенсационные выплаты. Все составные части зарплаты и образуют систему оплаты труда, которая должна быть отражена в локальных нормативных актах работодателя (статья 135 Трудового кодекса РФ).

Из этих частей заработной платы можно выделить те, которые являются обязательными по закону, а также те, которые работодатель установил самостоятельно (необязательные по закону). К обязательным можно отнести как раз фиксированную часть заработной платы, а также часть компенсационных выплат, предусмотренных законом. К необязательным можно отнести стимулирующие выплаты, которые работодатель самостоятельно предусмотрел системой оплаты труда. Если говорить про оптимизацию фонда оплаты труда, то в первую очередь стоит обратить внимание на стимулирующую часть заработной платы.

Для изменения стимулирующей части заработной платы необходимо проанализировать условия ее выплаты в локальных нормативный актах (ЛНА), а также в трудовых договорах с работниками. Для отмены/изменения размера таких выплат работодателю придется вносить изменения в ЛНА организации. Но при этом нужно ответить на главный вопрос: повлечет ли изменение условий ЛНА изменение условий трудового договора с работником?

Если да, повлечет, то перед внесением изменений в ЛНА необходимо внести изменения в условия трудового договора с работниками, поскольку условия ЛНА не могут противоречить условиям трудового договора. При наличии такого противоречия будут применяться условия трудового договора, следовательно, вносить изменения в ЛНА просто бессмысленно.

Внести изменения в условия трудового договора можно двумя способами:

1) По соглашению сторон в любое время (статья 72 Трудового кодекса РФ).
2) По инициативе работодателя, но с обоснованием причин и уведомлением работников за два месяца, в строгом соответствии с порядком, определенным статьей 74 Трудового кодекса РФ.

После того как в трудовой договор будут внесены изменения, условия ЛНА, определяющие порядок выплаты стимулирующей части заработной платы, могут быть изменены.

Если же нет, изменение условий ЛНА не повлечет изменений условий трудового договора с работником, это будет оптимальным вариантом. В таком случае работодателю необходимо просто внести изменения в ЛНА и ознакомить работников с его новой редакцией. Изменений в трудовой договор вносить не потребуется.

Теоретически можно рассмотреть вопрос об изменении и других частей заработной платы (например, оклада или часовой ставки). Однако для этого в любом случае придется менять условия трудового договора, поскольку эти условия являются обязательными. Этим и осложняется процесс изменения фиксированной части заработной платы, поскольку высока вероятность того, что работодатель не сможет обосновать законность изменения в одностороннем порядке этой части заработной платы. Но теоретически это можно рассмотреть.

2. Изменение/корректировка режимов рабочего времени. Применение/оптимизация суммированного учета рабочего времени

Режим рабочего времени напрямую влияет на оплату труда работников, поскольку в соответствии с действующим законодательством оплата труда работника производится за фактически отработанное им время (при повременной оплате). Следовательно, от того, в каком режиме трудится работник, зависит и то, какую заработную плату ему придется заплатить.

Выбор режима рабочего времени — это, безусловно, право работодателя. Однако важно выбрать оптимальный режим работы, который будет подходить и под задачи производственного процесса, и вместе с тем не повышать фонд оплаты труда. Основной вопрос касается сверхурочных часов работы (переработок), а также работы в то время, которое оплачивается в повышенном размере (в выходной день, в ночное время и прочее). В идеале режим должен быть составлен таким образом, чтобы исключить часы сверхурочной работы, а также по возможности максимально исключить необходимость привлечения работников к работе в выходные и нерабочие праздничные дни. Для исключения часов сверхурочной работы следует рассмотреть вопрос о применении суммированного учета рабочего времени (с выбором оптимального учетного периода).

3. Введение неполного рабочего времени

Пожалуй, это самый эффективный способ решения задачи по оптимизации ФОТ. Смысл применения режима неполного рабочего времени заключается в том, что работник работает меньше установленной нормы часов в неделю/день, при этом оплата осуществляется пропорционально отработанному времени (статья 93 Трудового кодекса РФ). Иными словами, работник работает меньше и заработную плату получает также в меньшем размере.

Существует два варианта решения вопроса:

1) Установление неполного времени по соглашению сторон (если работник и работодатель не против) — статья 93 Трудового кодекса РФ.
2) Введение режима неполного времени по инициативе работодателя — статья 74 Трудового кодекса РФ. Этот вариант рассмотрим подробнее.

Введение неполного рабочего времени по инициативе работодателя возможно, если:

1. Есть причины, связанные с изменением организационных или технологических условий труда (изменения в технике и технологии производства, структурная реорганизация производства, другие причины).
2. Есть угроза массовых высвобождений работников. Эта угроза должна быть подтверждена причинами организационного или технологического характера.
3. Переход на неполный рабочий день даст возможность сохранить рабочие места работников.

Смысл введения режима неполного рабочего дня в контексте статьи 74 Трудового кодекса РФ заключается в том, чтобы работодатель таким образом смог попробовать предотвратить увольнение работников на основании сокращения численности или штата.

Возможность реализации варианта с неполным рабочим днем будет зависеть от того, какому количеству работников вы планируете установить неполный рабочий день. Если данное количество будет совпадать с количеством работников, которые в случае увольнения попадут под массовое увольнение, процедуру можно реализовать. Критерии массовости будут зависеть от региона, поскольку они определяются отраслевым или территориальным соглашением.

Порядок проведения процедуры будет выглядеть следующим образом:

1) Документальное обоснование причин организационного или технологического характера, в соответствии с которыми есть необходимость введения режима неполного рабочего времени. Наличие причин рекомендуется подтвердить именно документально (расчеты, аналитические данные и прочее).
2) Издание приказа о необходимости изменения условий трудового договора в части временного введения режима неполного рабочего времени с указанием причин такой необходимости.
3) Согласование приказа с профсоюзным органом (при его наличии). Порядок согласования с профсоюзным органом определен статьей 372 Трудового кодекса РФ.
4) Уведомление органов службы занятости в течение трех рабочих дней после принятия решения (статья 25 п. 2 закона РФ от 19.04.1991 N 1032-1 «О занятости населения в Российской Федерации»).
5) Уведомление работников о введении режима неполного рабочего дня. Двухмесячного срока в данном случае соблюдать не требуется, поскольку здесь речь не идет о классической процедуре изменения условий трудового договора. Работодатель уведомляет работников о введении режима неполного рабочего дня с определенной им даты, а также информирует о том, что в случае несогласия работников работать в режиме неполного рабочего дня будет реализована процедура сокращения численности штата (через два месяца). Если работник сразу согласится на режим неполного рабочего дня, ждать два месяца не требуется. Соглашение можно заключить в настоящий момент и установить такой режим на срок, указанный в соглашении.

Если работник не согласен работать в новых условиях, у работодателя есть право прекратить с ним трудовой договор по основанию сокращения (с соблюдением всей процедуры). При этом работнику предоставляются соответствующие гарантии и компенсации. То есть, если работник выразит отказ, работодателю нужно будет принять решение, будет ли он проводить процедуру сокращения.

4. Введение простоя

Простой — временная приостановка работы по причинам экономического, технологического, технического или организационного характера. Если работодатель объективно не может обеспечить работника работой, он может объявить простой в организации или ее части, освободить работников от работы с сохранением части заработной платы (которая будет зависеть от причин возникновения простоя).

Для объявления простоя рекомендуется издать приказ, в котором отразить:

— причины простоя;
— срок, на который вводится простой;
— в отношении каких работников действует простой;
— порядок оплаты времени простоя.

Конечно, не всегда вариант с простоем может помочь решить поставленную задачу, поскольку в этом случае работник не выполняет свою функцию (не участвует в производственной деятельности), но при этом за ним нужно сохранять часть заработной платы. Тем не менее в отдельных ситуациях такой вариант также можно рассмотреть и реализовать.

Выбор любого из предложенных вариантов всегда остается на усмотрение работодателя. Посоветовать тот или иной способ как некое универсальное средство, к сожалению, нельзя. Для правильного выбора учитывайте особенности вашей конкретной ситуации и принимайте окончательное решение, только взвесив все «за» и «против».

Наша рубрика с материалами экспертов по кадровому делопроизводству пополняется еженедельно. Чтобы не пропустить самое важное, подпишитесь на наш Телеграм-канал.

Оптимизация численности персонала.

Сегодня много говорится о росте издержек и нехватке оборотных средств. Компании стараются снизить расходы всеми доступными способами, в том числе сокращая численность персонала. Однако, программы оптимизации штатной численности не всегда приносят ожидаемый эффект. В краткосрочном периоде может возникнуть экономия фонда оплаты труда, однако через короткое время срабатывает компенсационный механизм.

Возросшая нагрузка на оставшихся сотрудников приводит к невыполнению производственных планов, снижению качества, и в конечном итоге — к расходованию дополнительных ресурсов. Практика показывает, что оптимизация численности персонала эффективна только в комплексе с мероприятиями по изменению организации труда, устранению потерь в операционной деятельности и совершенствованию систем управления компанией.

Наша команда с 2008 года занимается программами планирования оптимальной численности персонала. Мы применяем базовые подходы, лежащие в основе аналогичных программ ведущих российских и международных компаний, — это методики нормирования и организации труда, бережливого производства и реинжиниринга бизнес-процессов. Цель компании «Формула труда» — помогать своим заказчикам становиться лидерами по издержкам и повышать производительность труда.

В каких ситуациях необходима

оптимизация численности персонала?

Как реализуется проект по оптимизации численности персонала?

Этап 1. Определение потенциала оптимизации

На первом этапе проекта проводится аудит существующей в компании организации труда с помощью одной или нескольких методик оптимизации – нормирования труда, бережливого производства или реинжиниринга бизнес-процессов. Результатом этапа являются гипотезы о потенциале сокращения издержек и о механизмах реализации данного потенциала.

Этап 2. Разработка планов оптимизации.

Второй этап посвящён детальной проработке гипотез о потенциале оптимизации численности персонала и способах повышения производительности труда. На данном этапе к участию в проекте активно привлекаются ключевые сотрудники заказчика, которым предстоит реализовывать разработанные в проекте организационные мероприятия.

Этап 3. Расчет целевой численности.

Продуктом третьего этапа проекта является математическая модель расчёта необходимой численности персонала, которая зависит от объёмов выполняемой работы. Базой для расчёта могут быть как нормы труда, так и более укрупнённые драйвера численности. Калькулятор предназначен для планирования численности персонала и согласования организационно-штатных изменений после завершения проекта.

Какие методы оптимизации численности персонала

мы используем?

Наша компания реализует комплексные программы оптимизации численности персонала и повышения производительности труда, используя лучшие практики российских и международных компаний.

Методики бережливого производства (Lean Production) позволяют определить потери в рабочих процессах, выявить не добавляющие ценности действия, и предложить мероприятия по их совершенствованию.

Методики нормирования труда предлагают инструменты анализа рабочего времени, оценки объёма непроизводительной работы персонала и реальной загруженности сотрудников продуктивной работой.

Описание бизнес-процессов зачастую является наиболее простым и понятным менеджменту способом анализа операционной эффективности. Формализованный бизнес-процесс позволяет наглядно представлять суть предлагаемых изменений.

Программы оптимизации численности предполагают значительные изменения в организации труда работников. Методология управления изменениями позволяет реализовать необходимые мероприятия максимально быстро и эффективно.

Что получаем в результате оптимизации численности персонала?

Повышение производительности труда

Одним из главных результатов правильно проведенной оптимизации численности является рост производительности труда.

Сокращение расходов

Оптимизация численности персонала приносит экономический эффект в результате уменьшения фонда оплаты труда.

Повышение эффективности процессов

Мероприятия по оптимизации численности предполагают совершенствование процессов и устранение неэффективных операций.

Повышение скорости процессов

Более эффективные бизнес-процессы реализуются не только с меньшими трудозатратами, но и быстрее.

Повышение качества продукции

Более быстрые и более эффективные процессы приводят к росту качества продукции за счет снижения количества потерь.

Повышение рентабельности бизнеса

Сокращение затрат, повышение качества и скорости бизнес-процессов положительно сказывается на рентабельности.

Формирование культуры эффективности

Программа оптимизации транслирует ценности непрерывного совершенствования и формирует в компании корпоративную культуру.

Оптимизация по живому – Деньги – Коммерсантъ

Фонд оплаты труда — это то, что первым попадает под нож в кризис. Но ждать массовых сокращений пока рано — в ближайшие несколько месяцев компании будут обходиться менее радикальными мерами.

АНАСТАСИЯ ЯКОРЕВА

«Главная статья расходов для большинства компаний — это персонал, поэтому в кризис неизбежно стремление бизнеса сокращать работников, снижать зарплаты и другими способами урезать фонд оплаты труда»,— говорит Юлия Чашина, заместитель генерального директора по персоналу компании Superjob. ru.

Уже несколько месяцев бизнес выжидает, не предпринимая сокращений, но, очевидно, готовясь к ним. Согласно исследованиям, сокращения практически не коснутся экспортно ориентированных компаний и IT-сферы. Некоторые из них даже расширяют штат: в Mail.Ru Group, например, заявили о появлении новых вакансий. В таких отраслях, как розница, банки, страховой, ресторанный бизнес, сокращения, пожалуй, неизбежны.

Согласно исследованиям, в конце 2014-го и начале 2015 года прямо о сокращениях персонала заявляло только 2,5% компаний, и по большинству направлений поиска нового персонала практически не изменилось число вакансий. Директор рекрутингового агентства Pruffi Алена Владимирская, правда, полагает, что многие из них размещают объявления с целью заменить менее квалифицированного сотрудника на более квалифицированного на тех же условиях.

Впрочем, в выжидании нет ничего необычного. Сокращения обычно отстают от начала кризиса на квартал или даже на полгода. В 2008 году кризис начался в сентябре, а массовые сокращения — только в марте 2009-го. Пока компании обходятся более мягкими мерами.

Никакого футбола

Самый щадящий способ сократить расходы на сотрудников, с которого начнут многие компании,— это урезание соцпакета, в первую очередь таких приятных, но дорогих излишеств, как бесплатный фитнес и скидки на ДМС для членов семьи. Некоторые торговые компании могут уменьшить скидку на свою продукцию для работников.

Сейчас, по данным HeadHunter, ДМС предоставляет 25% российских и 70% иностранных компаний, питание организует около трети компаний.

Пока только 5% работодателей, опрошенных в ноябре прошлого года порталом Superjob, заявили, что компенсационный пакет в их компаниях сократился. Правда, у 32% соцпакета вовсе не было, а 4% заявили, что намерены его расширить.

Если рассматривать этот вид урезаний как первый шаг, реакция на экономические потрясения в нашей стране, очевидно, в этот раз отстает. В декабре 2008 года примерно треть компаний, по данным АНКОР, собирались урезать либо уже урезали соцпакеты. Тогда первыми под нож попали программы обучения сотрудников (75% опрошенных), расходы на мобильную связь и питание (половина компаний), ссуды на льготных условиях (33%) и ДМС (17%).

Сейчас о сокращениях соцпакетов мало кто заявляет открыто. «Мы убрали из соцпакета, например, занятия футболом, остальные спортивные секции оставили,— рассказывает Андрей Медведев, гендиректор «Промышленных силовых машин».— Английский язык мы раньше оплачивали всем, теперь — только тем, кому он нужен по работе. При этом смотрим на посещаемость занятий».

«Минус такого решения в том, что сотрудники могут начать сокращать активность пропорционально урезанию льгот или мстить за него,— говорит Владимирская.— Например, если компания урежет расходы на связь, продажники начнут меньше звонить, а если отменить бесплатные обеды в офисе, то сотрудники начнут ходить в кафе и затягивать обеденный перерыв».

Три дня в неделю

Пока кризис не слишком глубок, компании могут избирать и другие компромиссные меры. Например, сокращение рабочей недели, которое позволяет пропорционально уменьшить фонд оплаты труда (ФОТ) и не растерять сотрудников, на обучение которых предприятие затратило время и ресурсы.

Эту меру чаще применяют на производственных предприятиях. Так сейчас поступает, например, компания «Интерскол», производящая электрооборудование.

«На период межсезонья мы ввели сокращенную неделю в центральном офисе , чтобы полностью сохранить коллектив в этом году,— говорит директор по маркетингу «Интерскола» Алексей Жигайлов.— На самом производстве мы персонал напротив, набираем. До мая планируем нанять еще 200 человек». По слухам, в центральном офисе одного из конкурентов, компании Bosch, сокращения начались еще в октябре и могут коснуться около 20% персонала. Пресс-служба Bosch на запрос «Денег» о сокращениях не ответила.

«Многие сотрудники реагируют на сокращение рабочей недели даже с энтузиазмом,— полагает руководитель проекта «Банк данных заработных плат» компании HeadHunter Наталья Данина,— поскольку для них это возможность что-то заработать на стороне либо попробовать себя в мелком предпринимательстве».

Менее позитивно, очевидно, реагируют сотрудники на идею руководства отправить их в неоплачиваемые отпуска — работодатели рассчитывают, что работник в результате сам захочет уволиться по соглашению сторон. «В январе в неоплачиваемый отпуск отправили бухгалтера и наемного директора,— говорит Александра, сотрудник регионального рекламного агентства.— В итоге мы работаем через пень-колоду: нет бухгалтера, чтобы решить какие-то вопросы, нет директора, чтобы утвердить рекламную кампанию».

Компании пытаются сократить расходы и на вспомогательных бизнес-процессах, например изменяя график работы охраны: вместо четырех охранников с 10-часовым рабочим днем переходят на схему три человека с 12-часовым рабочим днем или отказываются от круглосуточной охраны.

Другой вариант сэкономить без больших жертв — отдать часть задач в аутсорсинг: за внештатного сотрудника не нужно платить НДФЛ, делать отчисления в различные фонды, оплачивать ему больничный и отпуск, а если его услуги больше не требуются, не нужно проводить сокращения и выплачивать компенсацию. Как правило, в аутсорсинг передают непрофильные функции — IT, бухгалтерию, уборку в офисе.

Начальники получат меньше

Сокращение зарплат — самая непопулярная у кадровиков мера. Считается, что если урезать зарплату, то лучшие сотрудники найдут новое место, а в компании останется балласт — те, кто готов терпеть, лишь бы пересидеть кризис. Вместе с тем сейчас, по данным многих исследований и опросов, каждый третий российский соискатель готов пойти на снижение зарплатных притязаний ради сохранения работы или гарантированного трудоустройства на новое место.

Это касается не только рядовых сотрудников, но и руководства. «У нас принцип был следующий: чем больше зарплата, тем сильнее ее урезали, кому-то при сохранении прежней рабочей нагрузки, а кому-то пропорционально сокращению рабочего времени»,— говорит один из сотрудников головного офиса мебельной фабрики «Мария».

Александр Орлов, владелец сети ресторанов «Тануки» и «Ерш», пошел по этому же пути. С конца 2014 года он сократил фонд оплаты труда на 30% — часть персонала уволил и выборочно урезал зарплаты. Впрочем, зарплаты он сокращал (примерно на 10%) только высшему менеджменту. «Линейному персоналу — менеджерам, поварам, официантам — мы, наоборот, повысили зарплату»,— уточняет Орлов. С учетом того что в сфере услуг на ФОТ приходится от 70% до 90% затрат, 30-процентное сокращение — это очень существенно. Однако для «Тануки» пока недостаточно: сокращения в компании продолжаются.

Стратеги и работяги

«Сокращения для компаний — крайняя и нежелательная мера,— говорит Михаил Семкин, исполнительный директор некоммерческого партнерства «Эксперты рынка труда».— Приходится единовременно выплачивать сотрудникам несколько окладов, кроме того, в некоторых случаях при нарушении Трудового кодекса работник может восстановиться через суд».

Тем не менее без сокращений не обходится ни один кризис. «По опыту прошлого кризиса можно сказать, что компании предпочитают сокращать не высших управленцев и не низовой персонал, потому что первые отвечают за стратегию, а вторые ее реализуют,— говорит Данина. — Сокращают жировую прослойку — средних управленцев, которые не генерируют добавленной стоимости. За 2011 и 2012 годы компании опять успели накопить такой жирок и сейчас начнут от него избавляться».

В «Промышленных силовых машинах» за ноябрь-декабрь 2014 года сократили 15% персонала (50 работников из 340), и действительно не тех, кто создавал добавленную стоимость, «крутил гайки», говорит Медведев. В основном под сокращения попал вспомогательный производственный персонал — инженеры-конструкторы, технологи, закупщики, логисты.

«Мы создали рабочую группу, кадровому отделу поручили сделать «фотографию» рабочего дня каждого сотрудника,— рассказывает Медведев.— Оказалось, что у многих сотрудников выполнение основных функций занимает всего около 40% рабочего времени, многие загружены меньше чем наполовину. Кроме того, у нас в компании были люди, которым когда-то, скажем так, давали еще один шанс, но кризис — это не то время, когда нужно пытаться «оживить» сотрудника. Так получилось, что сокращали мы в основном «старичков» — тех, кто пришел к нам в самом начале работы и уже не вписывался в выросшую компанию со строгими KPI».

Впрочем, топ-менеджеры в некоторых случаях тоже могут попасть в категорию «жировой прослойки». «В представительстве одной из крупных международных компаний в первую очередь были сокращены позиции нескольких вице-президентов,— говорит Евгений Емельянов, гендиректор группы компаний «Шаг».— Руководство компании посчитало, что позиции этих людей связаны с долгосрочными планами развития. А, если будет затяжной кризис, проще временно пожертвовать этими планами, сохранив эффективность основного бизнеса. Кроме того, увольнение каждого топ-менеджера высшего звена позволяло сохранить с десяток рядовых специалистов, каждого из которых компания в свое время тщательно отбирала и выращивала».

Панические настроения царят в банковской сфере. «Уже известно, что сокращения будут — и в региональных офисах, и в головном»,— рассказывает сотрудница крупного банка. «Персонал будут увольнять все банки, и частные, и государственные»,— прогнозирует Юрий Грибанов, генеральный директор Frank Research Group. Пресс-служба Сбербанка подтвердила этот прогноз, сообщив, что «в перспективе постепенное снижение численности персонала ожидается». Правда, в официальных комментариях Сбербанк связывает это не с кризисом, а с развитием мобильного и интернет-банкинга, сетей банкоматов и других технологий удаленного обслуживания клиентов.

Тенденция к автоматизации активизируется и в других отраслях — и тоже приведет к существенной экономии ФОТ. Уральский банк реконструкции и развития полностью отказался от услуг аутсорсинговых контакт-центров, заменив их на роботов, которые перезванивают клиентам по их интернет-заявкам на продукты банка. В Yota колл-центр заменили онлайн-поддержкой в чате или мобильном приложении. В части магазинов «Ашан» и магазинах красноярской сети «Командор» еще до кризиса начали ставить кассы самообслуживания. «Пока речь не идет о том, чтобы полностью отказаться от услуг кассиров, но это отчетливый технологический тренд во всем мире»,— говорит директор по маркетингу «Командора» Дмитрий Полуянов. Людей «Командор» пока не сокращал, но сейчас сеть пытается оптимизировать внутренние процессы, а сотрудников, «высвобожденных» благодаря оптимизации из старых магазинов, перераспределяет в новые.

«Увеличение нагрузки на сотрудников вполне логично,— отмечает директор «АМИ-Систем» Владимир Бовыкин.— С 2000 года зарплата в России выросла в 16 раз, а производительность — только в 1,77 раза. ФОТ раздут, и в кризис этот перекос должен быть отчасти ликвидирован».

Остаться любой ценой

В кризис увеличивается количество трудовых споров, и самые сложные — по вопросам правомерности увольнения. «Любой здравомыслящий работник понимает, что трудоустройство в кризисные времена — дело непростое, и старается отстаивать право на существование в организации до конца»,— говорит Олег Уланов, директор по персоналу «Ростагроэкспорта».

При сокращениях компании часто допускают ошибки. Например, не учитывают масштаб увольнений: при единичных случаях сотрудников и профсоюз нужно уведомлять за два месяца, а при массовых увольнениях — за три.

По закону, если у компании есть на момент сокращений открытые вакансии, в первую очередь их следует предложить сокращаемому персоналу — это тоже не всегда соблюдается.

«Если в компании десять юристов и надо сократить пять, то компания должна провести исследование преимущественного права оставления работника на работе,— говорит Надежда Илюшина, руководитель практики трудового права юридической фирмы Goltsblat BLP.— Работник оценивается по нескольким критериям. Сначала по объему и качеству выполненной работы, то есть по производительности труда. Затем по тому, есть у него иждивенцы или нет, не относится ли он к защищенным категориям, которые вообще нельзя трогать».

Защищенные категории — это, например, беременные, женщины с детьми до трех лет, одинокие матери (у ребенка в свидетельстве о рождении в графе «Отец» — прочерк). В 2014 году Верховный суд специально разъяснил: если на момент увольнения сотрудница забыла сказать о беременности или сама о ней не знала, ее обязаны будут восстановить на работе.

В последние годы появилась еще одна категория защищенных сотрудников — одинокие отцы, мужчины, у которых трое детей, одному ребенку меньше трех лет и супруга не работает.

Новости — Правительство России

Постановления от 19 декабря 2020 года №2177, от 28 декабря 2020 года №2293.

Документы

Постановление от 28 декабря 2020 года №2293
Постановление от 19 декабря 2020 года №2177

Реформа госаппарата затронет 45 министерств и ведомств, чью деятельность курирует Правительство. Об этом говорится в постановлении, которое утвердил кабмин.

В результате оптимизации станет меньше подразделений, которые выполняют обеспечивающие функции. Сокращению подлежат 74 таких структурных подразделения. Кроме того, при проведении реформы госаппарата планируется сократить 36 заместителей руководителей федеральных органов. Освободившиеся средства при этом останутся в фондах оплаты труда.

«Система государственного управления должна стать современной и более функциональной. Без пересечений и с чётко разграниченными сферами ответственности», – отметил, комментируя принятое решение, Заместитель Председателя Правительства – Руководитель Аппарата Правительства Дмитрий Григоренко.

По его словам, будут исключены конструкции, которые увеличивают административные издержки, снижают оперативность и качество решений, а главное – размывают ответственность.

«Не может эффективно работать структура, в которой заместитель руководителя федерального органа исполнительной власти курирует структурное подразделение, где работает лишь десять человек. Важно обеспечить оптимальный баланс между количеством руководителей и подчинёнными», – подчеркнул Дмитрий Григоренко.

Реформу госаппарата Правительство анонсировало в ноябре 2020 года. Она нужна для того, чтобы повысить оперативность и качество принимаемых решений, сделать систему госуправления способной эффективно выполнять задачи по достижению национальных целей развития.

Специальным постановлением были закреплены единые требования к структуре федеральных министерств и ведомств. Так, численность структурных подразделений в министерствах по новым требованиям должна составлять не меньше 40 штатных единиц, служб и агентств – не менее 25 единиц, отделов в составе департамента или управления – не менее 5 единиц, самостоятельного отдела – не менее 10.

Для обеспечивающих подразделений устанавливается ограничение – не более 30% общей численности сотрудников.

В особых случаях может быть принято решение об отклонении от установленных требований. Такими полномочиями наделяется специальная подкомиссия по вопросам оптимизации структуры и численности федеральных органов исполнительной власти Правительственной комиссии по проведению административной реформы.

Допустимые параметры отклонения от установленной штатной численности также закреплены постановлением Правительства. Так, при определённых обстоятельствах численность структурных подразделений министерств может составлять 35 штатных единиц на департамент и 5 единиц на самостоятельный отдел, для служб и агентств – 20 единиц на управление и 5 единиц на самостоятельный отдел.

Автоматизация бюджетирования затрат: разработка бюджетирования, контроль и управление затратами

Бюджетирование – это определение стоимости работ, реализуемых в рамках проекта, а также процесс формирования бюджета. Данный процесс включает стадии: составление проекта, его проверка, защита и утверждение, исполнение и контроль. Бюджетирование проводится согласно принципам единства, балансового метода и самостоятельности.

Этапы разработки бюджета затрат на персонал

При разработке бюджета затрат на персонал пользуются следующей технологией:

Определение главных статей расходов (фонд оплаты труда, льготы и компенсации, охрана труда, обучение, подбор персонала, корпоративные мероприятия, подарки, командировки, обеспечение деятельности службы персонала).
Определение правил бюджетирования. На какой % хотим увеличить или уменьшить бюджет на следующий год.
Разработка форматов планирования кадров.
Сбор информации от руководства (занимает 7-10 дней).
Сведение информации от руководства.
Разработка бюджета расходов на персонал.

Оставить заявкуБюджет определяет базовый уровень планируемых затрат, на основе которого можно оценивать отклонения в фактических расходах и спрогнозировать прибыль предприятия.

Методы разработки бюджета

«Сверху-вниз»: бюджетированием занимается руководство, не привлекая остальных сотрудников низшего управленческого уровня.
«Снизу-вверх»: бюджет формируется в каждом отделе, а затем согласуются между собой.
«Встречного потока»: целевые величины задает руководство, а детализацией занимается низший управленческий уровень.

Варианты формирования бюджета

Выделяют три варианта формирования бюджета:

Централизованный – планирование всех статей выполняет единый орган. Подходит для некрупных предприятий, не имеющих филиалов.
Децентрализованный – применяется в крупных организациях, имеющих филиалы. Данный подход подразумевает то, что каждое подразделение самостоятельно формирует свой бюджет, а затем согласует его с головным офисом.
Смешанный – в каждом филиале организуется своя служба персонала, которая и занимается бюджетированием затрат, но подчиняется центральному офису.

Распространенные ошибки при бюджетировании затрат на персонал

При планировании бюджета важно уделять внимание не только точности цифр, но и факторам, влияющим на расходы. К распространенным ошибкам относятся:

неграмотная структура;
чрезмерная детализация расходов;
отсутствие полной информации;
не учтены непредвиденные затраты;
не внесены второстепенные расходы;
не учтены возможные изменения (увеличение штата, рост зарплаты и т.д.).

Необходимо учитывать не только интересы руководства, но и потребности персонала, чтобы избежать проблем на всех этапах бюджетирования.

Наша компания занимается бюджетированием затрат на персонал. Северсталь ЦЕС фокусируется на достижении большего бизнес-эффекта. Мы выполняем работу профессионально, с использованием современных технологий и сложных практик.

Сотрудники оказывают следующие услуги:

Настройка и поддержание эффективной бюджетной модели:
- разработка модели бюджетирования;
- ее автоматизация;
- внедрение, настройка и поддержка методологии;
- инструкции по работе в системе.
Проведение эффективной бюджетной кампании:
- организация бюджетной кампании;
- ее проведение (определение потребностей бизнеса, сбор показателей для бюджетной модели, презентационные материалы к защите бюджета).
Проведение анализа ФОТ:
- анализ ФОТ на предмет неэффективных выплат;
- анализ их влияния на ФОТ;
- рекомендации по оптимизации.
Разработка и настройка автоматизированных HR метрик, Дашбордов и Отчетности:
- разработка модели алгоритма расчета HR метрик;
- разработка модели алгоритма Отчетности;
- автоматизация настроек.

Северсталь ЦЕС осуществляет следующие проекты:

Разработка эффективной бюджетной модели компании.
Анализ ФОТ на предмет «неэффективных» выплат, и разработка предложений по их устранению.
Рекомендации по минимизации негативных факторов влияния на ФОТ.
Разработка и настройка автоматизированных HR метрик.
Разработка и настройка Дашбордов.
Разработка и настройка отчетности.
Поддержка в методологии и помощь при переходе от бюджетирования в Excel к ERP моделям.

В нашей команде менеджеров проекта работают квалифицированные сотрудники, каждый из которых является специалистом в своей отрасли. Формированием бюджета затрат на персонал занимаются: Анастасия Головина, Максим Третьяков и Светлана Кудлай.

Принципы нашей работы:

клиенты – наши партнеры;
профессионализм;
экспертиза;
нацеленность на результат;
использование современных технологических решений;
фокус на задачах, добавляющих стоимость.

Для получения профессиональных аутсорсинговых услуг, приходите в наш офис, по адресу ул. Клары Цеткин, д.2 или обращайтесь по телефону 8 (800) 700-25-61 .

В кабмине рассказали о масштабном сокращении госаппарата — Политика

МОСКВА, 31 марта. /ТАСС/. Госаппарат в РФ сокращен почти на 10% за счет неиспользуемых вакансий, сообщил в интервью «Известиям» вице-премьер — руководитель аппарата правительства Дмитрий Григоренко.

«На данный момент сокращены 66 структурных подразделений и 33 штатных единицы заместителей руководителей федеральных ведомств. Также сокращена и штатная численность ведомств: в центральных аппаратах — на 213 единиц, а в территориальных органах — на 31 642 единицы», — сказал Григоренко. По его словам, таким образом, «численность госаппарата к 1 апреля уменьшилась в целом почти на 10%». Вице-премьер назвал этот результат «одним из самых масштабных сокращений за последние годы».

При этом Григоренко подчеркнул, что «оптимизация численности проводится за счет неиспользуемых вакансий с сохранением фонда заработной платы». «Это значит, что риски увольнения или снижения уровня оплаты труда сотрудников, профессионально исполняющих свои обязанности, сведены к минимуму», — пояснил он.

Вице-премьер отметил, что «суть нынешней реформы не в корректировке количественных показателей, а в изменении структуры госаппарата». «Мы сделаем ее более компактной. Это в свою очередь устранит дублирование функций, исключит лишнюю бюрократию и позволит госаппарату работать более эффективно», — уверен Григоренко. Он также обратил внимание на то, что одновременно стимулируется «расширение использования цифровых решений». «Это повысит скорость и качество принятия важнейших решений для выполнения национальных целей развития, но самое главное — людям будет проще, комфортнее и быстрее получать госуслуги», — указал вице-премьер.

Уровень зарплат

Правительство России в 2021 году устранит разрыв в зарплатах между органами власти одного уровня и приведет их к справедливому значению. Этот шаг будет продолжением завершаемой административной реформы, заявил Григоренко. Как отметил вице-премьер, сейчас сложилась ситуация, когда разрыв в зарплатах между ведомствами стал критическим. «По министерствам — в 1,5 раза, по службам — 1,7 раза, по агентствам — 1,9 раза, а по территориальным органам — достиг двукратной отметки», — пояснил он.

По словам Григоренко, в результате наиболее квалифицированные сотрудники переходят в ведомства с высокими заработными платами. «Это приводит к разному уровню компетенции сотрудников, напрямую мешает слаженной работе всего госаппарата, — указал он. — В этом году правительство сбалансирует уровень средней заработной платы между ведомствами и приведет к справедливому уровню — это важнейший этап реформы».

Руководитель аппарата правительства указал, что основной для дальнейшего реформирования системы оплаты труда госслужащих станет проведенная реорганизация госаппарата. «Этот вопрос обсуждался давно, но провести преобразования мешали искусственно поддерживаемые пустующие ставки», — заметил он.

Помимо этого, как сообщил вице-премьер, изменится сама структура заработных плат: увеличится доля ежемесячных гарантированных выплат за счет уменьшения премиального фонда, что позволит сотрудникам на местах планировать социально значимые расходы, например, ипотеку. «Мотивационная часть будет привязана к конкретным результатам выполненной работы, — обозначил он еще одно нововведение. — Это будет способствовать росту мотивации действующих сотрудников, привлечет на госслужбу перспективных и эффективных специалистов».

Цифровизация — драйвер, но не самоцель

Отвечая на вопрос, будет ли на этом завершена реформа, Григоренко заметил: «Если внимательно посмотреть лучшие практики, неважно — в бизнесе или в госуправлении, то мы увидим, что важнейший элемент успеха — это стремление к постоянному развитию». По его словам, сейчас драйвером изменений выступает цифровизация, но «это не самоцель, а только инструмент, который нужно научиться правильно применять».

«Поэтому мы продолжим внимательно анализировать, а затем — переводить в онлайн-формат максимально широкий спектр ведомственных процессов, особенно в той части, которая касается контрольно-надзорных функций», — пояснил вице-премьер.
Он подчеркнул, что государственные услуги бизнесу и гражданам должны предоставляться «по принципу 24/7 и экстерриториально».

В то же время, как считает Григоренко, «важно понимать, что ключевой элемент успеха — это не «цифра», а люди, которые объединены одной целью». «Поэтому главное и самое сложное — переформатировать госаппарат в современную, ориентированную на результат команду профессиональных сотрудников. В своей работе мы будем стремиться именно к такому результату», — резюмировал он.

Цифровизация и платформенные решения создают резерв для дальнейшей оптимизации системы госуправления, указал Григоренко. «Здесь есть значительные резервы за счет цифровизации и применения платформенных решений, которые позволяют часть функций — в том числе территориальных органов (госвласти) — централизовать на федеральном или межрегиональном уровне, оставив на уровне регионов ограниченный круг вопросов — например, только по очному обслуживанию граждан», — сказал он.

В целом, рассуждая о реформе, вице-премьер отметил, что в нынешних условиях система госуправления должна уметь адаптироваться к вызовам новой реальности, в основе которой лежит цифровая трансформация. «Технологии кратно увеличивают возможности повышения эффективности работы госаппарата. Они помогают реализовать модель сервисного государства, ориентированного на запросы общества, на высокое качество предоставляемых гражданам услуг. Поэтому институты власти должны стать цифровыми платформами, естественно и незаметно предоставлять услуги в максимально оперативном режиме. Именно эту модель мы взяли за основу», — заявил он.

По словам Григоренко, в ходе реформы кабмин постарался решить ключевую проблему структурного дисбаланса штатной численности госведомств. Правительство разработало единые стандарты организационно-штатной модели, акцент был сделан на устранение избыточных руководящих должностей.

«Так, замруководителя теперь должен курировать не менее двух структурных подразделений, а замначальника структурного подразделения — как минимум два отдела. Мы также установили требования к минимальной численности подразделений. Для департаментов министерств — не менее 40 человек, управлений в службе или агентстве — не менее 25 человек, для отделов — не менее пяти человек. Штат обеспечивающих работников не должен превышать 30% от предельной численности, при увеличении состава профильных специалистов», — рассказал Григоренко.

Глава аппарата кабмина подчеркнул, что при проведении реформы были предусмотрены механизмы точечной донастройки. Так, если ведомству нужно усилить центральный аппарат, руководство может перераспределить численность за счет территориальных органов в пределах фонда оплаты труда, пояснил он.

Требование времени

Григоренко объяснил необходимость преобразований в госуправлении требованием времени, так как «существующая структура органов государственной власти практически не менялась на протяжении многих лет — в современных условиях она не может эффективно работать над решением задач, которые ставит перед собой государство». По словам вице-премьера, за это время корпоративный сектор уже несколько раз трансформировал модели управления бизнесом, исходя из изменения запросов потребителей и возможностей, которые дают технологии.

«Госаппарат же все это время продолжал работать по системе, которая не менялась десятилетиями, — по принципу «ведомственных колодцев», то есть в замкнутом цикле — через долгие бюрократические согласования. Это привело к серьезным системным проблемам: модель госуправления оказалась абсолютно не адаптивной, не отвечающей современным реалиям и новым задачам», — добавил вице-премьер.

Административная реформа

Премьер-министр РФ Михаил Мишустин объявил о реформе госаппарата в ноябре 2020 года, срок ее завершения был установлен до 1 апреля 2021 года. Реформа предполагает приведение к единому стандарту штата и организационной структуры министерств и ведомств, сокращение центральных аппаратов на 5%, а территориальных органов на — 10%. В целом сокращение должно было затронуть более 32 тыс. должностей, в основном за счет имеющихся вакансий при сохранении фонда оплаты труда в ведомствах. В центральных аппаратах сокращению подлежала 741 штатная единица, в том числе 36 заместителей руководителей, а также 74 структурных подразделения.

Оптимизация pH как стратегия улучшения ферментативного осахаривания пшеничной соломы для увеличения производства биоэтанола | Journal of Analytical Science and Technology

Оценка pH до и после добавления фермента

Основная цель этого исследования заключалась в изучении эффекта изменения pH во время гидролиза фермента; поэтому значения pH измеряли до и после добавления ферментов. Измеренные значения pH представлены в таблице 1 как до, так и после добавления ферментов в суспензию (буферный раствор и WS).Поскольку значение pH увеличилось в результате добавления ферментов, pH растворов был доведен до исходных значений pH, и это указано как pH, установленное в таблице 1. Результаты, представленные в таблице 1, являются средними для трех повторов. для каждого фермента и значения pH.

Таблица 1 Измеренные значения pH до и после добавления ферментов и скорректированные

Было обнаружено, что при низких значениях pH изменение было выше после добавления ферментов, чем при высоких значениях pH из-за низкой кислотности ферментов (pH 6.0–6,5). Наибольшее увеличение значения pH было отмечено после добавления Ctec 2 к раствору pH 3, при этом значение pH увеличилось с 3,0 до 3,61. Хотя наименьшее изменение происходит после добавления Cellic® CTec2 к раствору с pH 7,0, увеличение было очень низким, и им пренебрегли.

Значение pH в конце ферментативного гидролиза

Из-за важности значения pH, значения pH в начале (0 часов) и в конце (72 часа) ферментативного гидролиза показаны на рис. 1a – c , для Celluclast® 1.5 л с Novozymes 188, эндо-1,4-β-ксиланазой и Cellic® CTec2 соответственно. Эксперименты были повторены трижды, средние результаты представлены графически на рис.1.

Рис. 1

Данные pH, соответствующие временным интервалам от 0 до 72 часов во время ферментативного гидролиза с использованием трех различных ферментов a Celluclast® 1,5 л с Novozymes 188, b эндо-1,4-β-ксиланаза, и c Cellic® CTec2

На рисунке 1а показано, что для Celluclast® 1.5 л с Novozymes 188, наблюдалось небольшое повышение pH в конце ферментативного гидролиза. Разница в значениях pH составляла менее 0,17% при максимальной разнице. С другой стороны, для эндо-1,4-β-ксиланазы (рис. 1b) в конце ферментативного гидролиза наблюдалось увеличение на 0,26%. Незначительное изменение наблюдалось после pH 4,0, а при pH 5,0–7,0 значение pH оставалось прежним. Наибольшие изменения наблюдались для Cellic® CTec2, как показано на рис. 1c. Между pH 3,0–4,8 наблюдалось повышение pH в конце ферментативного гидролиза.Наибольшее увеличение было обнаружено при pH 3,0, когда pH увеличивался с 3,0 в (0 ч) до 3,41 в (72 ч). Это означает, что в конце гидролиза произошло увеличение значения pH примерно на 13%.

Хотя и эндо-1,4-β-ксиланаза, и Ctec 2 показывают наибольшую разницу в значениях pH при pH 3,0 и 3,5 и pH 3,0, 3,5, 4,0 и 4,5 соответственно, разница не очень велика и находится в пределах панель ошибок. Следовательно, скорректированное значение pH в (0 ч) и конечный pH, измеренный в каждой исследуемой точке pH, не показывают значительной разницы и могут считаться одинаковыми.

Влияние размера частиц WS на снижение выхода сахара

Размер частиц WS является фундаментальным параметром, влияющим на эффективность разложения биомассы. Было высказано предположение, что измельчение WS до мелкого размера разрушает лигнин, а также увеличивает площадь поверхности образца, что делает ферменты более доступными и облегчает переваривание биомассы (Hu et al., 2017).

WS измельчали с помощью керамического диска и просеивали для получения различных размеров частиц от менее 250 до более 2000 мкм.Затем ряд образцов с различным размером частиц подвергали ферментативному гидролизу при pH 4,8 с использованием (Celluclast® 1,5 л + Novozymes 188, эндо-1,4-β-ксиланаза и Cellic® CTec2) в течение 94 часов соответственно. Гидролиз проводили на 24 часа дольше обычных 72 часов, чтобы гарантировать завершение реакции.

Было обнаружено, что пониженный выход сахара увеличивается с уменьшением размера частиц, как показано в Таблице 2. Измельчение WS для уменьшения размера частиц увеличивает площадь поверхности и снижает степень кристалличности, что обеспечивает большую доступность для ферментов и, следовательно, увеличивает общий восстановленный выход сахара (Silva et al.2012). Общий выход пониженного сахара быстро увеличивался примерно до 50 ч, после чего он начал выравниваться. Через 72 часа не наблюдалось значительного увеличения общего пониженного выхода сахара. Можно ясно видеть, что более высокий выход пониженного сахара был получен из мельчайших частиц всех ферментов. Поэтому образец, который давал самый высокий выход пониженного сахара (менее 250 мкм) при pH 4,8, был выбран для изучения влияния pH на общий выход пониженного сахара во время ферментативного гидролиза.

Таблица 2 Влияние различных размеров частиц на общий выход пониженного сахара (г л ^-1) при pH 4.8

Влияние pH на ферментативный гидролиз WS с использованием Celluclast® 1,5 л с Novozymes 188

Используя наименьший размер частиц (менее 250 мкм), 1 г WS был ферментативно гидролизован с использованием 50 мл различных pH (3,0–7,0) растворов при 50 ° C и 200 об / мин. Целлюкласт 1,5 л с Novozymes 188 был подвергнут исследованию pH, поскольку они широко используются для лигноцеллюлозного ферментативного гидролиза (Hu et al. 2015; Lan et al. 2013). Общий пониженный выход сахара был получен с использованием метода DNS и нанесен на график зависимости от pH в конце гидролиза (72 ч), как показано на рис.2.

Рис. 2

Общая концентрация пониженного сахара для раствора с различным pH в конце гидролиза (72 ч)

Как видно из Рис. 2, самый высокий пониженный выход сахара был достигнут между pH 5,7 и 6,3, а не на уровне 4,8, по данным большинства исследователей (Lan et al. 2013). Общий выход восстановленного сахара увеличился с 5,2 до 7,0 (г L — ¹) за счет изменения значения pH с 4,8 до 6,0 соответственно.

Для дополнительного подтверждения, общий пониженный выход сахара наблюдался между 0 и 72 часами при pH 4.8 и 6.0 и показаны на рис. 3, что ясно указывает на то, что общий пониженный выход сахара для субстрата WS увеличился с 5,1 до 7,1 (г L– ¹) (приблизительно 28%).

Рис. 3

Общий выход пониженного сахара в конце гидролиза (72 часа) для pH 4,8 и 6,0

Влияние pH на ферментативный гидролиз WS с использованием эндо-1,4-β-ксиланазы

Эксперимент был повторен с использованием тех же условий для фермента эндо-1,4-β-ксиланазы, как показано на фиг. 4. Как и в предыдущем коктейле ферментов, pH 4.8–5,0 в настоящее время является предпочтительным значением для ферментативного гидролиза (Avci et al. 2013). Можно видеть, что было обнаружено увеличение общей эффективности выхода пониженного сахара с 3,1 до 7,4 (г / л ^-1) в диапазоне pH 3,0-6,0 с оптимальным диапазоном pH 5,7-6,0 вместо 4,8 в широком диапазоне. используется исследователями.

Рис. 4

Общая концентрация пониженного сахара для раствора с различным pH в конце гидролиза (72 ч)

На рис. 5 показана аналогичная тенденция изменения общего пониженного выхода сахара со временем при использовании эндо-1,4. -β-ксиланаза.Общий выход восстановленного сахара увеличился с 5,5 до 7,4 (г л ^-1) при pH 4,8 и 6,0 соответственно.

Рис. 5

Общий пониженный выход сахара в конце гидролиза (72 часа) для pH 4,8 и 6,0

Влияние pH на ферментативный гидролиз WS с использованием Cellic Cellic® CTec2

Целлюлаза Cellic® CTec2 представляет собой коммерческий ферментный коктейль который также был подвергнут исследованию оптимального pH. WS подвергали ферментативному гидролизу в тех же экспериментальных условиях, что и предыдущие ферменты (Celluclast® 1.5 л с Novozymes 188 и эндо-1,4-β-ксиланазой). На рис. 6 показан график зависимости общего выхода приведенного сахара от значения pH в конце ферментативного гидролиза (72 ч).

Рис. 6

Общая пониженная концентрация сахара для раствора с разным pH в конце гидролиза (72 ч)

При увеличении pH с 4,8 до 6,0 общий выход пониженного сахара увеличился с 8,5 до 10,8 (г л– ¹ (. Общий выход пониженного сахара как для pH 4,8, так и для 6,0 также отслеживали с течением времени во время гидролиза, и результаты показаны на рис.7. Общий пониженный выход сахара при pH 4,8 и 6,0 со временем ведет себя одинаково. Разрыв между концентрацией восстановленного сахара был почти постоянным и составлял 2,2 (г L– ¹) во время гидролиза. Поэтому рекомендуется использовать pH 6,0 для достижения высокого пониженного выхода сахара из WS.

Рис. 7

Общий пониженный выход сахара в конце гидролиза (72 часа) для pH 4,8 и 6,0

Таким образом, все ферменты, использованные в этом исследовании, показывают улучшение после изменения pH.

Фиг. 8 иллюстрирует общий сниженный выход сахара после ферментативного гидролиза ферментов при pH 4,8 и 6,0. При изменении pH раствора с 4,8 до 6,0 Celluclast® 1,5 л с Novozymes 188 и эндо-1,4-β-ксиланазой показывает увеличение общего пониженного выхода сахара с 5,2 до 7,0 (г L — ¹) и от 5,5 до 7,4 (г L — ¹) соответственно. В случае Cellic Ctec 2 общее количество восстановленного сахара увеличилось с 8,5 до 10,8 (г L — ¹).

Фиг.8

Общий пониженный выход сахара для ферментов при pH 4,8 и 6,0

Оптимизация pH, температуры и источника углерода для биовыщелачивания тяжелых металлов Aspergillus flavus, выделенным из загрязненной почвы

Загрязнение почвы тяжелыми металлами вызывает растущую озабоченность во всем мире. мир в результате промышленной, горнодобывающей, сельскохозяйственной и бытовой деятельности. Грибы представляют собой наиболее распространенную и эффективную группу микробов, устойчивых к тяжелым металлам, которые могут подвергаться биологическому выщелачиванию металлов.Использование нитчатых грибов для биовыщелачивания тяжелых металлов из загрязненной почвы было разработано недавно. Настоящее исследование направлено на выделение штамма, способного ухудшать значение pH жидкой среды. Результаты идентификации, основанные на морфологическом и молекулярно-биологическом анализе, дали 98% совпадение с Aspergillus flavus . Для выбора оптимальных условий процесса биовыщелачивания были проведены серийные эксперименты, которые показали, что 130 мг / л сахарозы, нейтральный pH и температура 30 ° C были более подходящими в течение 15-дневных экспериментов по биовыщелачиванию с использованием A.flavus . При одностадийном биовыщелачивании эффективность биовыщелачивания составила 18,16% для Pb, 39,77% для Cd и 58,22% для Zn ⁺², в то время как двухступенчатое биовыщелачивание показало эффективность 16,91% для Pb, 49,66% для Cd и 65,73% для Zn ⁺². В целом, это исследование показывает, что биовыщелачивание тяжелых металлов в загрязненной почве с использованием A. flavus имеет потенциал для восстановления загрязненной почвы.

Введение

Из-за большого промышленного расширения образовались большие количества промышленных отходов, которые неправильно утилизировались без предварительной специальной обработки.Загрязнение почвы тяжелыми металлами в последнее время стало серьезной проблемой в Китае и других частях мира (Vega et al., 1994; Leštan et al., 2008). В отличие от многих других загрязнителей, тяжелые металлы трудно удалить из окружающей среды. Эти металлы не поддаются химическому или биологическому разложению и в конечном итоге не поддаются разрушению. Их транспортировка и накопление в сельскохозяйственных продуктах создают риск для безопасности пищевых продуктов и здоровья человека (Dowdy and Volk, 1983). По некоторым данным, ежегодно загрязнение тяжелыми металлами затрагивает 100 000 км ² возделываемых земель и 12 млн тонн зерна в Китае (Wang and Ma, 2008).Во всем мире загрязнение почвы тяжелыми металлами до сих пор остается нерешенной экологической проблемой, и для удаления токсичных тяжелых металлов требуются надежные методы восстановления.

Для удаления металлов из загрязненных почв были разработаны различные физические и химические методы, такие как электрокинетика, методы затвердевания / стабилизации и экстракции (Gilbert and Wey, 1990; Hong et al., 1999; Walker et al., 2003; Rebele and Леманн, 2011). Хотя эти методы широко применяются на практике, о недостатках этих методов сообщалось в нескольких исследованиях (Ok et al., 2011). При применении метода отверждения в почве происходит осаждение тяжелых металлов с уменьшением их биодоступности и подвижности, но оставшиеся осадки в почве могут растворяться в результате изменения почвенной среды; поэтому затвердевание может быть причиной вторичного загрязнения. В процессах экстракции в основном использовались хелаторы; как и использование синтетических хелаторов, таких как этилендиаминтетрауксусная кислота, в почве, приводит к улучшению как растворимости, так и биодоступности тяжелых металлов.Однако чрезмерное использование химических хелатов привело к загрязнению грунтовых вод и отрицательно сказалось на качестве почвы, поскольку многие необходимые ионы также хелатируются неселективно. Следовательно, требуется простая и экономически целесообразная технология удаления тяжелых металлов из загрязненных почв.

В настоящее время многообещающий рентабельный альтернативный подход к биовыщелачиванию для удаления тяжелых металлов из загрязненных почв может быть более эффективным (Chen and Lin, 2010; Ko et al., 2013; Govarthanan et al., 2014), чем другие физические или химические технологии. Нитчатые грибы проявляют способность выщелачивать металлы из различных веществ путем производства слабых органических кислот, которые образуют водорастворимые комплексы с металлами (More et al., 2010). Сообщалось о нескольких видах грибов, особенно Aspergillus и Penicillium , для биовыщелачивания тяжелых металлов в почвах, таких как Aspergillus niger и Penicillium simplicissimum (Ren et al., 2009; Amiri et al., 2011; Deng et al., 2012). В процессе биовыщелачивания низкомолекулярные метаболиты, включая щавелевую кислоту, янтарную кислоту, лимонную кислоту, яблочную кислоту, глюконовую кислоту и пировиноградную кислоту, могут быть ответственны за механизм биовыщелачивания (Ren et al., 2009), поскольку грибы принимают абсорбционный режим питание путем производства различных видов пищеварительных ферментов, поэтому, когда эти ферменты и органические кислоты производятся грибами, они могут извлекать высокую концентрацию металла в своей биомассе, что приводит к снижению токсичности тяжелых металлов.Кроме того, потенциал грибов, взятых с загрязненных полей, заключается в том, что организм адаптирует ту местную среду, развивая механизмы выживания, и такие организмы могут использоваться в качестве инструментов биоремедиации в будущем. Хотя процесс биовыщелачивания, используемый для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, кажется перспективным, исследований было проведено мало. Таким образом, целями настоящего исследования являются (1) выбор штамма, устойчивого к тяжелым металлам, способного продуцировать множество органических кислот и (2) выбор наилучших оптимальных условий для биовыщелачивания.

Ссылки

Amiri, F .; Yaghmae, I. S .; Мусави, М. Биовыщелачивание отработанного катализатора гидрокрекинга с высоким содержанием вольфрама с использованием Penicillium simplicissimum. Биоресурс Technol 2011, 102, 1567–1573.10.1016 / j.biortech.2010.08.087 Поиск в Google Scholar

Баас, Э. Влияние тяжелых металлов в почве на микробные процессы и популяции (обзор). Water Air Soil Poll 1989, 47, 335–379.10.1007 / BF00279331 Искать в Google Scholar

Battat, E.; Peleg, Y .; Bercovitz, A .; Rokem, J. S .; Гольдберг, И. Оптимизация производства L-яблочной кислоты с помощью Aspergillus flavus в ферментере с перемешиванием. Biotechnol. Bioeng . 1991, 37, 1108–1116.10.1002 / bit.260371117 Искать в Google Scholar

Bosshard, P. B .; Bachafen, R .; Брандл, Х. Выщелачивание металлов из летучей золы при сжигании городских отходов с помощью Aspergillus niger. Environ. Sci. Технол . 1996, 30, 3066–3077.10.1021 / es960151v Поиск в Google Scholar

Chen, Y.; Линь Л. Оптимизация рабочих параметров процесса биовыщелачивания металлов загрязненной почвы. Сентябрь Purif. Технол . 2010, 71, 178–185.10.1016 / j.seppur.2009.11.018 Искать в Google Scholar

Daza, A .; Manjon, J. L .; Камачо, М .; Romero de la Osa, L .; Агилар, А .; Santmaria, C. Влияние источников углерода и азота, pH и температуры на культуры in vitro нескольких изолятов Amanita caesarea (Scop.:Fr.) Pers. Mycorrhiza 2006, 16, 133–136.10.1007 / s00572-005-0025-616292570 Искать в Google Scholar

Deng, X .; Chai, L .; Ян, З .; Tang, C .; Тонг, H .; Юань П. Биовыщелачивание тяжелых металлов из загрязненной почвы с использованием местного штамма Penicillium chrysogenum F1. J. Hazard. Материал . 2012, 233, 25–32.22795840 Искать в Google Scholar

Domsch, K. H .; Gams, W .; Эрсон Т. Компедиум почвенных грибов; Academic Press: Лондон, Великобритания, 1993; Vol. 2. Искать в Google Scholar

Dowdy, R.H .; Волк, В.Движение тяжелых металлов в почвах. Chem. Mobil. Реактив. Soil Syst. Химмобилит 1983, 4, 229–240. Искать в Google Scholar

El-Sayed, M. T. Исследование толерантности и биосорбционного потенциала Aspergillus awamori ZU JQ 965830.1 to Cd (II). Ann. Микробиол . 2015, 65, 69–83.10.1007 / s13213-014-0838-7 Поиск в Google Scholar

Gilbert, R .; Wey, T. E. Процесс восстановления неметаллического абразивно-струйного материала, включая стадию электростатической сепарации: U.С. Патент. 1990, 4 943 368 7–24. Искать в Google Scholar

Govarthanan, M .; Lee, G.W .; Park, J. H .; Kim, J. S .; Lim, S. S .; Seo, S.K .; Чо, М .; Myung, H .; Камала-Каннан, С .; Ох, Б.Т. Характеристики биовыщелачивания, влияющие факторы солюбилизации Cu и выживаемости Herbaspirillum sp. GW103 в шахтной почве, загрязненной медью. Chemosphere 2014, 109, 42–48.10.1016 / j.chemosphere.2014.02.05424873705 Искать в Google Scholar

Hong, P.K.; Li, C .; Banerji, S.K .; Регми Т. Извлечение, восстановление и биостойкость ЭДТА для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами. J. Soil Contam 1999, 8, 81–103.10.1080 / 105883399

243 Искать в Google Scholar

Iram, S .; Заман, А .; Iqbal, Z .; Шаббир Р. Устойчивость к тяжелым металлам грибов, выделенных из почвы, загрязненной сточными водами и промышленными сточными водами. Pol. J. Environ. Stud 2013, 22, 691–697. Искать в Google Scholar

Ko, M. S .; Парк, Х.S .; Kim, K. W .; Ли, Дж. У. Роль Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans в биовыщелачивании мышьяка из почвы. Environ. Геохим. Здоровье 2013, 5, 727–733. Искать в Google Scholar

Kurniati, E .; Arfarita, N .; Имаи, Т .; Higuchi, T .; Канно, А .; Ямамото, К .; Секин М. Потенциальная биоремедиация загрязненного ртутью субстрата с использованием нитчатых грибов, выделенных из лесной почвы. J. Environ. Sci 2014, 26, 1223–1231.10.1016 / S1001-0742 (13) 60592-6 Искать в Google Scholar

Leštan, D .; Luo, C .; Ли, X. Использование хелатирующих агентов в ремедиации загрязненных металлами почв: обзор. Environ. Pollut 2008, 153, 3–13.10.1016 / j.envpol.2007.11.01518155817 Искать в Google Scholar

Лу, Р. К. Метод химического анализа сельского хозяйства почвы; Пресса о сельском хозяйстве Китая: Пекин, Китай, 1999. Искать в Google Scholar

Moat, A. G .; Foster, J. W .; Спектор, М. П. Микробная физиология; Джон Уайли и сыновья: Хобокен, Нью-Джерси, США, 2003.Искать в Google Scholar

More, T. T .; Ян, С .; Tyagi, R.D .; Surampalli, R. Y. Возможное использование нитчатых грибов для обработки осадка сточных вод. Bioresource Technol 2010, 101, 7691–7700.10.1016 / j.biortech.2010.05.033 Поиск в Google Scholar

Mulligan, C .; Клотье, Г. Биовосстановление металлических загрязнений. Environ. Монит. Assess 2003, 84, 45–60.1273380810.1023 / A: 1022874727526 Искать в Google Scholar

Ok, Y. S .; Kim, S.C .; Ким, Д.К .; Skousen, J. G .; Lee, J. S .; Cheong, Y.W .; Kim, S.J .; Ян, Дж. Э. Мелиоранты для иммобилизации Cd в почвах рисовых полей, загрязненных заброшенными металлическими шахтами в Корее. Environ. Геохим. Health 2011, 33, 23–30.10.1007 / s10653-010-9364-021052787 Поиск в Google Scholar

Qayyum, S .; Хан, I .; Maqbool, F .; Zhao, Y .; Gu, Q .; Пэн, С. Выделение и характеристика устойчивых к тяжелым металлам грибковых изолятов из промышленных почв в Китае. Пак. J. Zool 2016, 48, 1241–1247.Искать в Google Scholar

Qu, Y .; Lian, B .; Mo, B .; Лю, С. Биовыщелачивание тяжелых металлов из красного шлама с использованием Aspergillus niger. Hydrometallurgy 2013, 136, 71–77.10.1016 / j.hydromet.2013.03.006 Искать в Google Scholar

Rasime, D .; Nalan, Y .; Sariozlu, S. İ. Полимеразная цепная реакция (ПЦР): идентификация тервертициллатных видов пенициллий, выделенных из сельскохозяйственных земель в провинции Эскишехир. Braz. Arch. Биол. Технол . 2013, 56, 980–984.10.1590 / S1516-813005000004 Искать в Google Scholar

Rebele, F.; Lehmann, C. Фитоэкстракция кадмия и фитостабилизация с помощью полыни Artemisia vulgaris Water Air Soil Poll 2011, 216, 93–103.10.1007 / s11270-010-0517-7 Искать в Google Scholar

Ren, W .; Li, J .; Geng, Y .; Ли, X. Дж. Биологическое выщелачивание тяжелых металлов из загрязненной почвы Aspergillus niger. J. Hazard. Mater 2009, 167, 164–169.10.1016 / j.jhazmat.2008.12.10419232463 Искать в Google Scholar

Tamura, K .; Дадли, Дж .; Неи, М.; Кумар, С. MEGA4: программа молекулярно-эволюционного генетического анализа (MEGA), версия 4.0. Mol. Биол. Evol 2007, 24, 1596–1599.1748873810.1093 / molbev / msm092 Искать в Google Scholar

Valix, M .; Usai, F .; Малик Р. Биовыщелачивание низкосортных латеритных руд грибами Miner. Eng . 2001, 14, 197–203.10.1016 / S0892-6875 (00) 00175-8 Искать в Google Scholar

Vega, F. A .; Covelo, E. F .; Andrade, M. L .; Марсет П. Взаимосвязь между содержанием тяжелых металлов и свойствами почвы в горных выработках. Анал. Чим. Acta 1994, 524, 141–150. Искать в Google Scholar

Walid, A .; Ghanem, K. M .; Ehab, R.E.H. Производство лимонной кислоты новым изолятом Aspergillus niger : I. Мутагенез и исследования по снижению затрат. Bioresource Technol 2007, 98, 3464–3469.10.1016 / j.biortech.2006.11.007 Поиск в Google Scholar

Walker, D. J .; Clemente, R .; Roig, A .; Бернал, М. П. Влияние почвенных поправок на биодоступность тяжелых металлов в двух загрязненных средиземноморских почвах. Environ. Pollut 2003, 122, 303–312.10.1016 / S0269-7491 (02) 00287-712531318 Искать в Google Scholar

Wang, X .; Ма, X. Достижения в исследованиях фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами. Subtrop. Agric. Res 2008, 1, 011. Искать в Google Scholar

Zhu, H .; Qu, F .; Zhu, L. Извлечение ДНК грибов для анализа молекулярной биологии с использованием CHCl ₃ Acta Mycol. Грех . 1994, 13, 34–40. Искать в Google Scholar

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Стабилизация феруловой кислоты в составе геля для местного применения посредством наноинкапсулирования и оптимизации pH

Материалы

Феруловая кислота, лимонная кислота, 2-амино-2-метил-1-пропанол (AMP), гидроксид натрия (NaOH), хлорид калия (KCl) ), дигидрофосфат калия 98% (KH ₂ PO ₄), двухосновный фосфат натрия ≥ 99% (Na ₂ HPO ₄) и изопропилмиристат были закуплены у Sigma (США).Compritol 888 ATO, Monosteol, Precirol ATO5, Geleol FPF, Geleol Mono and Diglyceride, Geleol Pastilles, Compritol HD5 ATO, Sedefos 75, Gelot 64, Tefose 63, Gelucire 44/14 и Gelucire 50/13 были подарочными образцами от Gattefossé (Франция. ). Миристиловый спирт был получен от Kokyu Alcohol Kogyo Co. Ltd (Япония). Ацетонитрил и метанол для ВЭЖХ были получены от Duksan (Южная Корея). Тетрагидрофуран приобретен в VWR (США). Уксусная кислота, хлорид натрия (NaCl), цетиловый спирт и мембрана Strat-M были закуплены у Merck (США).Полимер Carbopol Aqua CC и полимер Carbopol Ultrez 21 были получены от Lubrizol (США). Ethomeen O / 12LC был приобретен у Akzo Nobel (Нидерланды). Ксантановая камедь была получена от CP Kelco (США). Смесь феноксиэтанола и этилгексилглицерина была получена от Schülke & Mayr GmbH (Германия). Вода, использованная в этом исследовании, представляла собой сверхчистую воду из системы Milli-Q Gradient A10 (Millipore, Франция).

Измерение растворимости феруловой кислоты в липидных наполнителях

Растворимость феруловой кислоты в твердых липидных наполнителях проверяли по установленному методу ³¹.Вкратце, 50 мг феруловой кислоты и ~ 200 мг липидного наполнителя точно взвешивали в прозрачном стеклянном флаконе с завинчивающейся крышкой. Затем флакон нагревали до 80 ° C для расплавления липидного наполнителя и непрерывно перемешивали на магнитной мешалке для растворения феруловой кислоты в расплавленном липидном наполнителе. Затем добавляли дополнительный липидный эксципиент по частям при непрерывном перемешивании при 80 ° C до тех пор, пока суспензия не превратилась в прозрачный раствор. Количество липидного наполнителя, добавленного для получения этого прозрачного раствора, было записано.Были протестированы Compritol 888 ATO, Monosteol, Precirol ATO5, Geleol FPF, Geleol Mono и диглицерид, Geleol Pastilles, Compritol HD5 ATO, цетиловый спирт, миристиловый спирт, Sedefos 75, Gelot 64, Tefose 63, Gelucire 44/14 и Gelucire 50/13. в качестве липидных вспомогательных веществ.

Наноинкапсуляция

Наноинкапсуляция феруловой кислоты была проведена методом гомогенизации под высоким давлением ³⁸. Вкратце, липидный наполнитель взвешивали в химическом стакане и плавили при 70 ° C (> 5 ° C выше точки плавления липидного наполнителя).Точно взвешенную феруловую кислоту добавляли в расплавленный липидный наполнитель и хорошо перемешивали до полного растворения. В отдельном стакане точно навески сверхчистой воды нагревали до 70 ° C (стакан накрывали алюминиевой фольгой для предотвращения испарения воды). В расплавленный липид, содержащий феруловую кислоту, медленно добавляли горячую воду и гомогенно диспергировали с помощью базового диспергатора Ultra-Turrax IKA T-10 (Германия) при ~ 14 000–15 000 об / мин в течение 5 мин при 70 ° C. Затем дисперсию гомогенизировали в гомогенизаторе высокого давления Avestin EmulsiFlex C5 (Канада) при 800 бар.Гомогенизатор помещали в водяную баню при 70 ° C для поддержания температуры на протяжении всего процесса. Процесс гомогенизации повторяли 5 циклов. Горячую нанодисперсию собирали и помещали на ледяную баню для быстрого охлаждения. В недавнем исследовании мы исследовали эту наноинкапсулированную систему на молекулярном уровне, которая показала успешную инкапсуляцию феруловой кислоты в нанокапсулах, состоящих из Gelucire 50/13 ³⁹.

Измерения размера и распределения частиц по размерам

Размер частиц (z-средний диаметр) и индекс полидисперсности (PdI) были измерены при 25 ° C с помощью Malvern Zetasizer Nano ZS (Malvern Instruments, UK) в соответствии с принципом динамического светорассеяния ⁴⁰.В приборе используется гелий-неоновый лазер мощностью 4 мВт, работающий на длине волны 633 нм. Измерение проводилось при угле обнаружения 173 °. Нанодисперсии измеряли без разбавления водой и с 10-кратным разбавлением водой.

Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии

Лиофилизацию наноинкапсулированной активной (феруловой кислоты) дисперсии и пустой нанокапсульной дисперсии (без феруловой кислоты) проводили в настольном лиофилизаторе Vir Tis (США). Нанокапсулированная феруловая кислота и пустая нанокапсула лиофилизировали для защиты их физического состояния.Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) выполняли в программе TA Instruments SDT-Q600 для одновременного проведения ТГА / ДСК (США). Регистрировали термограммы феруловой кислоты, липидного наполнителя (Gelucire 50/13) и лиофилизированных нанокапсул. Вкратце, образцы (от ~ 4 до 5 мг) запаивали в стандартные алюминиевые поддоны и выдерживали в изотермических условиях при 25 ° C в течение 15 минут. Затем температуру повышали с 25 до 200 ° C при 10 ° C мин. ^-1 в атмосфере азота. В качестве эталона использовали пустой запечатанный лоток.

Рентгеноструктурное исследование

Подобно ДСК, лиофилизацию наноинкапсулированной активной (феруловой кислоты) дисперсии и пустой нанокапсульной дисперсии (без феруловой кислоты) проводили в настольном лиофилизаторе VirTis (США). Измерения порошковой дифракции рентгеновских лучей (PXRD) проводили на порошковом рентгеновском дифрактометре Bruker D8-ADVANCE (Германия) с использованием излучения Cu K α в качестве источника рентгеновских лучей. Регистрировали рентгеновские дифрактограммы феруловой кислоты, липидного наполнителя (Gelucire 50/13) и лиофилизированных нанокапсул.Вкратце, образцы сначала хранили в стеклянных держателях образцов, а затем сканировали от 2 ° до 80 ° с угловой скоростью сканирования 2 ° мин. ^-1 (2 θ мин. ^-1) с шагом 0,02 °. Рабочее напряжение и ток были установлены соответственно на 35 кВ и 40 мА.

Криогенная просвечивающая электронная микроскопия

Криогенная просвечивающая электронная микроскопия (крио-ПЭМ) использовалась для оценки формы и морфологических особенностей нанокапсул. Непосредственно перед приготовлением образца сетку (Quantifoil, R2 / 2, углеродная пленка Holey) подвергали тлеющему разряду при 20 мА в течение 60 с для повышения ее гидрофильности.Образец готовили в витрификационном роботе (FEI Vitrobot Mark IV, США). Вкратце, 5 мкл дисперсии нанокапсул наносили на сетку, и избыток образца удаляли фильтровальной бумагой (время промокания 2 с) при комнатной температуре и влажности 100%. Этот процесс привел к образованию тонкой пленки на сетке. Затем образец погружали и застекловывали в жидком этане, конденсированном жидким азотом. Крио-ТЕМ-исследование образца было проведено с использованием FEI Titan Krios (США), оснащенного автоэмиссионной пушкой, работающей на 300 кВ, а изображения были получены с помощью камеры Falcon II (4 k × 4 k).

Сканирующая электронная микроскопия

Исследование методом полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM) было проведено на порошке феруловой кислоты и Gelucire 50/13 (измельченном). Вкратце, образец помещали на медный стержень с помощью двусторонней липкой ленты. Затем образец был покрыт золотом в течение 120 с при 20 мА и проанализирован в FESEM (JEOL JSM-6700F, Япония) при напряжении возбуждения 5 кВ. Криогенный метод FESEM (крио-FESEM) был использован для исследования морфологии нанокапсул. Ожидается, что Cryo-FESEM проанализирует жидкие образцы, близкие к их исходному состоянию ³².Для этого две – три капли наносуспензии помещали на медную заклепку и помещали в камеру с жидким азотом при −196 ° C для замораживания образца. Замороженный образец быстро перемещали в камеру для криопрепаратов (Alto CT2500, Гатан, Великобритания) под вакуумом и замораживали с помощью ножа при -95 ° C на криостадионе. Образец покрывали распылением платины в течение 180 с и переносили в столик для образцов крио-FESEM (JEOL JSM-6700F, Япония) при -140 ° C. Затем образец анализировали при напряжении возбуждения 5 кВ.

Анализ с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ)

В данном исследовании использовалась ВЭЖХ Agilent (серия Agilent 1,100; США). Использовали колонку C18 с обращенной фазой (ZORBAX Eclipse Plus C18; 5 мкм; 250 мм × 4,6 мм; Agilent, США) ³⁷. Температуру колонки устанавливали на 25 ° C. Тетрагидрофуран (ТГФ): уксусная кислота (CH ₃ COOH): сверхчистая вода при соотношении 13:11:76 использовали в качестве подвижной фазы при скорости потока 1,5 мл мин ^-1 (изократическая). Объем инъекции образцов составлял 10 мкл, а длина волны детектирования была установлена на 318 нм.Пик феруловой кислоты проявился через ~ 6,2 мин. Калибровочная кривая представляла собой лайнер ( r ² = 0,9998) в диапазоне концентраций феруловой кислоты 1–100 мкг / мл ^–1.

Гелевые составы наноинкапсулированной феруловой кислоты

Были приготовлены два типа гелевых составов, содержащих наноинкапсулированную феруловую кислоту: гель A и гель B. Перед приготовлением гелевых составов была приготовлена дисперсия наноинкапсулированной феруловой кислоты, как упомянуто в предыдущем разделе. Состав нанокапсулированной дисперсии феруловой кислоты: 11.70% (мас. / Мас.) Gelucire 50/13 в качестве липидного наполнителя, 0,58% (мас. / Мас.) Феруловой кислоты и 87,72% (мас. / Мас.) Сверхчистой воды. Эта композиция была выбрана таким образом, чтобы конечные гелевые композиции (гель A и гель B) содержали 10% (мас. / Мас.) Gelucire 50/13 и 0,5% (мас. / Мас.) Феруловой кислоты.

Гель A : 0,4% (мас. / Мас.) Полимер Carbopol Ultrez 21 (акрилаты / алкилакрилатный кроссполимер C10-30) добавляли в 13,35% (мас. / Мас.) Сверхчистой воды и выдерживали в течение 30 минут для набухания карбопола. полимер. Затем к полимерной дисперсии медленно добавляли 85,5% (мас. / Мас.) Нанокапсулированной дисперсии феруловой кислоты и перемешивали с использованием подвесного смесителя IKA (Германия) при 100 об / мин до гомогенного смешивания.После этого по каплям при перемешивании добавляли 0,25% АМФ (2-амино-2-метил-1-пропанол). Затем добавляли 0,5% (мас. / Мас.) Консерванта (смесь феноксиэтанола и этилгексилглицерина) и продолжали перемешивание еще 30 мин.

Gel B : 10% (мас. / Мас.) Полимер Carbopol Aqua CC (кроссполимер полиакрилата-1) медленно добавляли в 85,5% (мас. / Мас.) Нанодисперсии и перемешивали с помощью подвесного миксера IKA (Германия) при 100 об / мин до гомогенного состояния. смешанный. Затем при перемешивании медленно добавляли 4% (мас. / Мас.) Исходный раствор лимонной кислоты (25% (мас. / Мас.) Лимонной кислоты в сверхчистой воде).После этого добавляли 0,5% (мас. / Мас.) Консерванта (смесь феноксиэтанола и этилгексилглицерина) и продолжали перемешивание еще 30 мин. Полимер Carbopol Aqua CC находится в жидкой форме, которая содержит 20% активного полимера.

Гель C : Гель C точно такой же, как гель B, за исключением% феруловой кислоты. Состав наноинкапсулированной дисперсии феруловой кислоты, используемой для геля C, был следующим: 11,70% (мас. / Мас.) Gelucire 50/13 в качестве липидного наполнителя, 0,29% (мас. / Мас.) Феруловой кислоты и 88,01% (мас. / Мас.) Сверхчистой воды. Следовательно, гель C содержит 0.25% (мас. / Мас.) Феруловой кислоты вместо 0,5% (мас. / Мас.). Однако процентное содержание Gelucire 50/13 было таким же, как у геля B (т.е. 10% (мас. / Мас.)).

Вязкость гелевых композиций измеряли вискозиметром (Brookfield DV2T; Канада) при 10 об / мин с использованием шпинделя SC4-15 при комнатной температуре (23-25 ° C).

Водный раствор феруловой кислоты и его гелевый состав

Поскольку феруловая кислота имеет плохую растворимость в воде ⁴¹, 0,5% (мас. / Мас.) Водный раствор феруловой кислоты был приготовлен методом нейтрализации (феруловая кислота растворима в воде при щелочном pH) .Вкратце, 0,5 г феруловой кислоты диспергировали в 80 г сверхчистой воды в химическом стакане. Водный раствор гидроксида натрия (1% масс.) Добавляли по каплям при перемешивании на магнитной мешалке до полного растворения феруловой кислоты. Затем добавляли необходимое количество сверхчистой воды, чтобы довести раствор до 100 г, чтобы получить 0,5% (мас. / Мас.) Раствор феруловой кислоты. Для водного гелевого состава феруловой кислоты 0,8 г воды было заменено 0,8 г ксантановой камеди в указанном выше растворе феруловой кислоты. Медленно добавляли ксантановую камедь и хорошо перемешивали.Эти составы были приготовлены в качестве эталонных образцов для исследования стабильности. Водный раствор феруловой кислоты и его гелевая композиция не могут быть приготовлены при низком pH, поскольку феруловая кислота осаждается при кислом pH из-за плохой растворимости.

Кросс-поляризованная световая микроскопия

Водную дисперсию наноинкапсулированной феруловой кислоты и ее гелевые составы исследовали под микроскопом с кросс-поляризованным светом (Olympus, Япония), чтобы исследовать присутствие любых неинкапсулированных кристаллов феруловой кислоты ³¹.Вкратце, небольшое количество образца помещали на предметное стекло и покрывали покровным стеклом с образованием тонкой однородной пленки на предметном стекле. Затем предметное стекло помещали на предметный столик микроскопа, и образец оценивали в кросс-поляризованном свете. Изображения были сняты прилагаемой цифровой камерой (Nikkon, Япония) и обработаны в программе NIS-Elements AR 4.60.00. В дополнение к свежеприготовленным образцам гелевые композиции, хранящиеся при 5 ° C в течение трех месяцев, также исследовали под кросс-поляризованным микроскопом.Образцы, хранящиеся при 5 ° C, были отобраны, поскольку вероятность кристаллизации феруловой кислоты высока при низкой температуре (меньшая растворимость при низкой температуре). С другой стороны, порошок феруловой кислоты непосредственно смешивали с гелем Carbopol Aqua CC (тот же состав, что и гель B, за исключением феруловой кислоты) и исследовали под микроскопом с кросс-поляризованным светом в качестве образца сравнения.

Исследования высвобождения in vitro и проникновения через кожу

Исследования высвобождения in vitro и проникновения через кожу проводили с использованием диффузионной ячейки Франца (Teledyne Hanson Research, 6-ти камерная испытательная система с ручной диффузией, стандартная вертикальная диффузионная ячейка на 7 мл; США).Вкратце, диффузионные ячейки Франца помещали на многоступенчатую магнитную мешалку. Ячейки были соединены с циркуляционным водяным насосом, в котором температура воды была установлена на уровне 37,5 ° C. Смесь забуференного фосфатом физиологического раствора (PBS; pH 7,4) и метанола при объемном соотношении 80:20 использовали в качестве рецепторной жидкости для поддержания условий погружения. Водно-спиртовой раствор обычно используется для исследования высвобождения / проникновения плохо растворимого лекарственного средства для поддержания состояния тонкости ^37,42. Мембрана HT Tuffryn Polysulfone с размером пор 0,45 мкм и диаметром 25 мм (Pall Corporation, США) была использована для теста высвобождения ⁴², а Strat-M использовалась для исследования проницаемости кожи ⁴³.Мембраны помещали между донорской камерой и рецепторной камерой, которая изолирует гелевый состав от рецепторной жидкости. Гелевый состав помещали в донорскую камеру, а рецепторную жидкость помещали в рецепторные камеры. Скорость магнитной мешалки была установлена на 300 об / мин. Циркуляционный насос включали для поддержания температуры приемной жидкости на уровне 37,0 ± 0,5 ° C. Образцы (рецепторная жидкость) отбирали из порта для отбора проб через 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 24 часа для анализа ВЭЖХ. Для отбора пробы через нижний порт вводили 2 мл свежей рецепторной жидкости после выключения магнитной мешалки.Сначала отбрасывали образец объемом 1 мл, а затем образец собирали во флакон для ВЭЖХ из верхнего отверстия для отбора проб. После отбора пробы включали магнитную мешалку. После 24-часового сбора образца мембраны извлекали из диффузионных ячеек Франца и исследовали под микроскопом. Мембраны не имели повреждений и были целы.

Стабильность

Как упоминалось во введении, феруловая кислота имеет огромную проблему стабильности в продуктах для местного применения (особенно в жидких / полутвердых продуктах на водной основе), которые также могут изменять цвет продукта. ^8,13,28.Следовательно, исследование как физической, так и химической стабильности составов при различных условиях стабильности имеет решающее значение, поскольку продукты должны быть стабильными в течение срока их хранения. Наноинкапсулированная дисперсия феруловой кислоты и гелевые составы, содержащие наноинкапсулированную феруловую кислоту, хранили при 5 ± 3 ° C, 25 ° C, 40 ° C / 75% RH (относительной влажности), 50 ° C и в УФ-свете (комбинация 254 нм и Длина волны 365 нм). Стабильность составов оценивали в первый день (т. Е. Свежеприготовленный состав), через две недели (оценивались только цвета продукта), один месяц и три месяца (нанокапсулированная дисперсия феруловой кислоты, а также образцы геля, хранящиеся при 50 ° C, были не оценивался через три месяца).Стабильность исследовали следующим образом: i) цвета продукта проверяли визуально, ii) pH продуктов, хранящихся при 40 ° C / 75% относительной влажности, измеряли с помощью pH-метра (Mettler Toledo, США), и iii) активное содержание всех образцов было анализировали с помощью ВЭЖХ. Для анализа активного содержания составы были точно взвешены и растворены в необходимом количестве метанола в мерной колбе. Затем смесь обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин для полной экстракции феруловой кислоты в метаноле. Затем метанольный раствор фильтровали через 0.Шприцевой фильтр из ПТФЭ 45 мкм (Thermo Scientific, США) и анализировали с помощью ВЭЖХ, как упоминалось ранее. Водный раствор феруловой кислоты и водный гель феруловой кислоты также хранили в аналогичных условиях хранения для контроля стабильности через две недели и один месяц.

Статистический анализ

Все статистические анализы были выполнены в Microscoft Excel 2016. Экспериментальные данные были выражены как среднее значение ± стандартное отклонение (SD). Результаты были проанализированы следующим t-критерием: спарены две выборки среднего анализа (два хвоста).Статистическая значимость была установлена на уровне p <0,05.

Оптимизация сбора микроводорослей за счет седиментации, вызванной высоким pH | Наука о воде и технологии

Микроводоросли являются источником широкого спектра биопродуктов с коммерческим применением (например, углеводов, фенолов, белков, липидов, жирных кислот и тонких химикатов) (Patel et al. 2017). Однако высокие затраты, связанные с производством биомассы, не делают биопродукты из микроводорослей коммерчески жизнеспособными.Значительная экономия может быть достигнута за счет правильного выбора метода сбора урожая, поскольку извлечение биомассы составляет 20–60% от общих производственных затрат (Molina Grima et al. 2003). На этом этапе производства требуется большая потребность в энергии из-за низкой концентрации микроводорослей (0,5–5,0 г · л ^–1), небольшого диаметра клеток (5–50 мкм) и отрицательного заряда поверхности (Sukenik & Shelef 1984).

Для извлечения микроводорослей использовались различные методы сбора, такие как фильтрация, центрифугирование, осаждение и флотация (Kadir et al. 2018). Осаждение выделяется как недорогой и технически жизнеспособный метод для крупномасштабных операций, поскольку его можно использовать для предварительного концентрирования суспензии микроводорослей перед методом обезвоживания / сушки (Fasaei et al. 2018). Как и в коммерческих системах, центрифугирование используется в качестве метода сбора, использование седиментации с последующим центрифугированием может значительно снизить затраты (Schlesinger et al. 2012). В этом случае процессы осаждения и центрифугирования будут использоваться как методы сбора и обезвоживания, соответственно.

Среди типов седиментации осаждение микроводорослей, вызванное высоким pH, является эффективным методом и требует дешевой основы (например, гидроксида натрия) вместо коагулянтов (например, солей металлов и полимеров) (Vandamme et al. 2012). В щелочных условиях осаждение происходит из-за соосаждения осадков неорганических солей (например, фосфата кальция, карбоната кальция, гидроксидов магния, струвита и кальцита) (Lei et al. 2018). Эти осадки взаимодействуют с отрицательными клетками микроводорослей по механизму нейтрализации заряда и флокуляции смещения, в результате чего образуются хлопья, осаждающие микроводоросли (Leite et al. 2020).

Седиментация микроводорослей при высоком pH широко исследовалась для микроводорослей, культивируемых в культуральной среде (Wu et al. 2012; Rakesh et al. 2014; Ummalyma et al. 2016; Pérez et al. 2017). Тем не менее, имеется мало информации о применении этого метода для выращивания микроводорослей в сточных водах (Mennaa et al. 2019). Требуется тщательное исследование, чтобы применить этот метод к сложной матрице, которой являются сточные воды, поскольку некоторые соединения могут значительно повлиять на эффективность осаждения микроводорослей (Leite et al. 2019a).

Кроме того, неясны оптимальные рабочие параметры седиментации в щелочных условиях.В предыдущих исследованиях не рассматривалось влияние параметров на эффективность сбора урожая (Wu et al. 2012; Rakesh et al. 2014; Ummalyma et al. 2016; Pérez et al. 2017). Обычно эксперименты проводились в лабораторных стаканах, которые перемешивали с заданной скоростью (в об / мин) механической мешалкой или магнитной мешалкой. Однако информация, представленная в виде оборотов в минуту, не обеспечивает воспроизводимости, поскольку она зависит от оборудования и объема.Информация о перемешивании должна быть представлена в виде градиента скорости, который отражает интенсивность перемешивания с учетом относительной скорости и геометрии емкости (Mhaisalkar et al. 1986). Таким образом, практические рекомендации необходимы для расширения масштабов процесса.

В этом контексте в данной статье исследуется оптимизация седиментации, вызванной высоким pH, для сбора Chlorella sorokiniana из сточных вод.Основными целями данной статьи являются: (1) оптимизация параметров седиментации (pH, градиент скорости и время перемешивания) для сбора урожая Chlorella sorokiniana ; (2) оценить центрифугирование как метод обезвоживания; и (3) проверить воспроизводимость оптимальных параметров седиментации и качества сточных вод после сбора микроводорослей.

Chlorella sorokiniana 211-8 k (Коллекция культур водорослей и простейших, Аргайл, Шотландия) использовалась в качестве модели штамма в этом исследовании и культивировалась в смеси сточных вод, предварительно обработанной в реакторе с восходящим потоком анаэробного осадка (UASB).Неочищенную смесь сточных вод готовили еженедельно с использованием 400 л сточных вод свиноводческой фермы (Бротас, Бразилия) и 1 200 л городских сточных вод с полномасштабной станции очистки сточных вод (Сан-Карлос, Бразилия). Неочищенные сточные воды перекачивались и анаэробно обрабатывались в реакторе UASB, работающем с объемом 650 л и скоростью восходящего потока 220 л · день ^-1. Затем очищенные сточные воды собирали для подачи в три плоских фотобиореактора на 50 л для роста микроводорослей. Сточные воды свиноводческой фермы использовались в качестве дополнительного источника питания для повышения концентрации азота и фосфора в смеси сточных вод.

Периодическое культивирование проводили в соответствии с процедурами, описанными ранее (Leite et al. 2019b). Условия поддерживались при средней интенсивности света 196 мкмоль · м ² · с ^-1, скорости аэрации 0,6 объемных единиц, 10 л микроводорослей, акклиматизированных в сточных водах в качестве инокулята, фотопериод 16: 8 (день: ночь) и 30 ° C температуры. Через 7 дней стоки из фотобиореактора (PBRE) собирали, гомогенизировали и использовали для характеризации и седиментационных тестов.

Концентрация микроводорослей оценивалась путем измерения оптической плотности при 680 нм и сухого веса (DW). DW определяли гравиметрически путем фильтрации 15 мл PBRE через мембрану из стекловолокна 0,45 мкм (Macherey-Nagel, Германия), которую затем сушили в течение 24 часов при 100 ° C. Затем DW определяли количественно по разнице в весе мембраны до и после сушки. PH и щелочность образцов PBRE также были охарактеризованы в соответствии с процедурами, описанными в Стандартные методы исследования воды и сточных вод (APHA 2012).

Сбор микроводорослей при высоком pH исследовали в аппарате для тестирования сосудов с шестью позициями для сосудов объемом 2,5 л (модель 218-6LDB, Nova Ética, Brazil). В процессе оптимизации были оценены и оптимизированы следующие параметры седиментации: pH, градиент скорости (G _V) и время перемешивания (T _M). Как правило, для оседания микроводорослей требуются процессы коагуляции и флокуляции.Тем не менее в этом исследовании высокая эффективность седиментации была достигнута при использовании только коагуляции.

Испытания проводились в определенной среде, где начальный pH PBRE (2 л, 0,5 г L ^-1) был изменен (pH 9-13) добавлением 5 N NaOH (Qhemis, Бразилия). Проверенные значения pH были выбраны на основе предварительных тестов. Процесс коагуляции проводили при быстром смешивании PBRE и NaOH с использованием различных ассоциаций параметров коагуляции (G _V × T _M).Добавляли соответствующее количество NaOH, чтобы получить требуемый pH. После этого флоккулировали в течение 7 мин. Образцы сточных вод при седиментационных испытаниях (STE) отбирали с 7 см ниже уровня жидкости в сосудах.

Каждое условие было проверено в трех экземплярах, и максимальная экспериментальная ошибка составила ± 5%. Концентрацию микроводорослей оценивали по оптической плотности при 680 нм с использованием спектрофотометра UV-vis (модель 5500, Hach, США).Эффективность седиментации (SE,%), то есть процент микроводорослей, удаленных из сточных вод, рассчитывали согласно уравнению (1). (1) где и — значения оптической плотности при 680 нм до и после осаждения соответственно.

Во-первых, биомасса, собранная в оптимизированных условиях, была тщательно собрана, гомогенизирована и помещена в градуированные пробирки объемом 15 ± 0,2 мл. Тесты центрифугирования проводили в лабораторной центрифуге (модель 5810, Eppendorf, Германия) при 25 ° C.Концентрацию микроводорослей оценивали при различных значениях центробежных сил (800; 1000; 1200; 1500, 1750; 2000; и 2250 × g) и времени центрифугирования (5, 10 и 15 мин) в единицах DW.

После испытания центрифугированием отмечали объем, занимаемый биомассой в пробирках, и сливали супернатант. Затем центрифугированную биомассу осторожно переносили в фарфоровый резервуар для определения DW.Этот метод DW был использован из-за сложности фильтрации концентрированной биомассы. Выпущенный супернатант также анализировали по оптической плотности при 680 нм. Все эксперименты проводили в трех повторностях.

Чтобы проверить воспроизводимость оптимизированных параметров, были проведены седиментационные тесты с использованием PBRE из трех различных циклов культивирования. Это исследование было проведено для тестирования PBRE с различным качеством и концентрацией микроводорослей.

Качество PBRE и STE также оценивали с помощью физико-химического анализа. Следующие параметры были определены в трех экземплярах в соответствии с процедурами, описанными в стандарте Стандартные методы исследования воды и сточных вод (APHA 2012): видимый цвет, химическая потребность в кислороде (ХПК), растворенный органический углерод (DOC), растворимый ХПК (sCOD). ), общий азот по Кьельдалю (TKN), общий фосфор, общее количество взвешенных веществ (TSS), истинный цвет и мутность.Для анализа DOC, sCOD и истинного цвета образцы предварительно фильтровали через фильтры из стеклянного микроволокна 0,45 мкм (Macherey-Nagel, Германия).

Седиментационные тесты проводились при различных значениях pH (9–13), а эффективность оценивалась по оптической плотности при удалении 680 нм (рис. 1). Статистический анализ результатов показал значительный эффект изменения pH на SE (тест Тьюки, p <0.05). Испытания, проведенные на немодифицированном PBRE (pH 9), показали самый низкий SE (8,6%), в то время как самый высокий SE (97,0%) был получен при pH 13.

Рисунок 1

Влияние значения pH на эффективность седиментации (SE) Chorella sorokiniana (столбцы) и на измерения дзета-потенциала (ZP, красная линия). Тесты проводились с использованием G _V = 500 с ^-1 и T _M = 10 секунд. Измерения ZP проводились сразу после процесса коагуляции для каждого состояния.Чтобы увидеть этот цветной рисунок, обратитесь к онлайн-версии: http://dx.doi.org/10.2166/wst.2020.106.

Рисунок 1

Влияние значения pH на эффективность седиментации (SE) Chorella sorokiniana (столбцы) и на измерения дзета-потенциала (ZP, красная линия). Тесты проводились с использованием G _V = 500 с ^-1 и T _M = 10 секунд. Измерения ZP проводились сразу после процесса коагуляции для каждого состояния. Пожалуйста, обратитесь к онлайн-версии, чтобы увидеть этот рисунок в цвете: http: // dx.doi.org/10.2166/wst.2020.106.

Измерения

ZP были проведены сразу после коагуляции, чтобы понять влияние pH на электростатические взаимодействия (рис. 1). Увеличение pH значительно увеличивало значения ZP (тест Тьюки, p <0,05). Значения ZP оставались отрицательными во всем диапазоне pH (pH 9-13) от -27,9 мВ при pH 9 до -9,7 мВ при pH 13. Это изменение ZP согласуется с предыдущим исследованием с использованием Chlorella sorokiniana (Leite et al. . 2019a).

Осаждение при щелочном pH часто вызывается механизмом нейтрализации заряда и флокуляцией смещением (считается второй формой нейтрализации заряда) (Ghernaout & Ghernaout 2012). Наивысшая эффективность седиментации обычно наблюдается вблизи нейтральности (ZP = 0) (Wu et al. 2012). Здесь самый высокий SE (= 97,0%, pH 13) был достигнут при ZP, равном -9,7 мВ, в котором он не близок к нейтрализации ZP.Это могло быть связано с присутствием в сточных водах ионов и твердых частиц, которые не участвуют в процессе сбора урожая. Этот факт затрудняет определение преобладающего метода по результатам ZP.

Имеется мало информации об осаждении микроводорослей в щелочных условиях для микроводорослей, выращиваемых в сточных водах. Mennaa et al. (2019) изучали сбор местных микроводорослей путем осаждения, вызванного pH.Авторы обнаружили эффективность 70,0% при pH 12 и 94,0% при pH 13, что согласуется с результатами, полученными в этом исследовании. Сообщалось о различных оптимальных значениях pH (10–12) для сбора микроводорослей из культуральной среды при щелочном pH (Wu et al. 2012; Rakesh et al. 2014; Ummalyma et al. 2016; Pérez et al. al. 2017). Различия в результатах показывают, что процесс седиментации также зависит от химических веществ, присутствующих в среде (например,компонент осадков и возможные мешающие соединения). Низкая концентрация осадков и присутствие белковых соединений в растворе могут значительно снизить эффективность осаждения микроводорослей (Leite et al. 2019a). Учитывая полученные результаты, были выбраны лучшие значения pH (12, 12,5 и 13) для оптимизации параметров седиментации.

SE Chlorella sorokiniana с использованием различных значений градиента скорости (G _V) и времени перемешивания (T _M) для каждого pH показана на рисунке 2.Высокий диапазон SE был получен в седиментационных тестах при pH 12 (48,3–91,4%, рис. 2 (a)), pH 12,5 (70,3–94,0%, рис. 2 (b)) и pH 13 (89,4–98,1%, рис. Рисунок 2 (в)). Статистический анализ показал значительное влияние G _V и T _M на SE для трех тестируемых значений pH (тест Тьюки, p <0,05).

Рисунок 2

Изменение эффективности седиментации (SE) Chlorella sorokiniana с использованием различных значений времени перемешивания (T _M) и градиента скорости (G _V) при pH (a) 12, (b) 12.5 и (c) 13. Чтобы увидеть этот цветной рисунок, обратитесь к онлайн-версии: http://dx.doi.org/10.2166/wst.2020.106.

Рисунок 2

Изменение эффективности седиментации (SE) Chlorella sorokiniana с использованием различных значений времени перемешивания (T _M) и градиента скорости (G _V) при pH (a) 12, (b) 12,5 и (c) 13. Пожалуйста, обратитесь к онлайн-версии, чтобы увидеть этот цветной рисунок: http://dx.doi.org/10.2166/wst.2020.106.

Полиномиальное уравнение второго порядка было получено путем множественного регрессионного анализа для каждого pH.Анализ ANOVA показал, что квадратичная модель была значимой ( p p > 0,05) для экспериментальных данных. Была получена хорошая корреляция между экспериментальными ( R ²> 0,97) и прогнозируемыми (при условии R ²> 0,96) данными. Каждый член уравнения также был индивидуально проанализирован, и только значимые члены были сохранены в окончательных уравнениях. Следовательно, окончательные уравнения для pH 12, 12,5, 13, выраженные в терминах фактических значений, показаны в уравнениях (2) — (4) соответственно.(2) (3) (4)

Процесс оптимизации с помощью RSM прошел успешно для трех протестированных значений pH. Эффективность седиментации значительно увеличилась для трех тестируемых значений pH (тест Тьюки, p <0,05) при изменении рабочих параметров. Например, SE при pH 12 увеличился с 64,0% (G _V = 500 с ^-1 и T _M = 30 секунд) до 91,8% (G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд).Этот факт подтверждает важность исследований по оптимизации рабочих параметров для обеспечения эффективного сбора микроводорослей.

Принимая во внимание результаты, оптимальными рабочими значениями были G _V 250 с ^-1 и T _M 10 секунд для трех протестированных значений pH. Наивысшие значения SE составили 91,4, 94,0 и 98,5% для pH 12, 12,5 и 13, что близко к прогнозируемым значениям 91.0, 93,9 и 98,1%, полученные по уравнениям (2) — (4), соответственно.

Во время процесса коагуляции столкновение между частицами, вызванное G _V и T _M, напрямую влияет на диаметр хлопьев микроводорослей, а размер хлопьев может напрямую влиять на эффективность седиментации, как наблюдалось в предыдущем исследовании (Aktas et al. 2013). Исходя из этого, найденные оптимальные значения могут способствовать образованию хлопьев с лучшим размером для процесса седиментации.

Разница между наивысшими значениями SE, полученными с использованием трех значений pH, была значительной (тест Тьюки, p <0,05). Помимо эффективности, при выборе оптимального pH необходимо также учитывать концентрацию NaOH, используемую для достижения тестируемого pH. В испытаниях концентрации NaOH 0,6, 2,8 и 6,4 г л ^-1 использовали для изменения значений pH до 12, 12,5 и 13 соответственно. Учитывая это, pH 12 считался оптимальным, поскольку концентрация NaOH была значительно ниже, чем другие значения pH (12.5 и 13), а также способствовали эффективному сбору микроводорослей (SE = 91,8%).

После процесса седиментации в оптимальных условиях (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд) собранную биомассу центрифугировали. Концентрация микроводорослей оценивалась при различных значениях центробежных сил (800; 1000; 1200; 1500, 1750; 2000 и 2250 × g) и времени центрифугирования (5, 10 и 15 мин) в единицах DW (рис. 3).Статистический анализ результатов показал значительное влияние центробежной силы и времени центрифугирования на DW (тест Тьюки, p <0,05). Однако значения центробежной силы выше 2000 × g не способствовали значительному улучшению DW за три испытанных периода центрифугирования (тест Тьюки, p <0,05). Принимая во внимание эти результаты, самая высокая концентрация микроводорослей (DW = 64,5 г · л ^-1) была получена при использовании центробежной силы 2000 × g и времени центрифугирования 15 мин.

Рисунок 3

Оценка концентрации микроводорослей, выраженная в виде сухого веса (DW), с использованием различных центробежных сил и времени центрифугирования. Начальная DW 11,8 ± 0,2 г · л ^-1 была получена в седиментационных тестах при оптимальных условиях (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд).

Рисунок 3

Оценка концентрации микроводорослей, выраженная в виде сухого веса (DW), с использованием различных центробежных сил и времени центрифугирования.Начальная DW 11,8 ± 0,2 г · л ^-1 была получена в седиментационных тестах при оптимальных условиях (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд).

Центрифугирование как метод обезвоживания требует осторожности из-за высоких сил сдвига и гравитации, которые могут вызвать повреждение клеточной структуры микроводорослей во время процесса (Molina Grima et al. 2003). Повреждение клеток нежелательно, поскольку оно может привести к потере биопродуктов из биомассы микроводорослей. Heasman et al. (2000) изучал влияние центрифугирования на жизнеспособность клеток 10 видов микроводорослей. Большинство видов микроводорослей демонстрировали очень низкое видимое повреждение клеток (0–3%) при воздействии высокой центробежной силы 13 000 × g. Таким образом, ожидается, что повреждение клеток будет еще меньше в этом исследовании, учитывая более низкие значения испытанной центробежной силы (800–2 250 × g).

Обычно абсорбция используется для определения эффективности центрифугирования для сбора микроводорослей (Schlesinger et al. 2012; Dassey & Theegala 2013). Для сравнения результатов, полученных методом DW, оптическую плотность супернатанта определяли при 680 нм. Однако абсорбция не подходит для оценки реальных последствий процесса центрифугирования, поскольку все испытанные условия центрифугирования привели к эффективности выше 91.3% на основе поглощения при удалении 680 нм. Таким образом, различия между результатами показали, что центробежные силы и время центрифугирования не являются значимыми (тест Тьюки, p > 0,05), что не согласуется с концентрацией микроводорослей, определенной методом DW (рис. 3). Это происходит из-за того, что начальная абсорбция биомассы, собранной путем седиментации, слишком высока (3,90), и этот метод измеряет эффективность на основе абсорбции надосадочной жидкости. Учитывая это, также важно измерить конечный объем, занимаемый собранной биомассой, чтобы точно определить влияние центрифугирования на концентрацию биомассы микроводорослей.

Резюме оценки концентрации микроводорослей с использованием оптимальных условий для седиментации (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд) и центрифугирования (центробежная сила = 2000 × g и центрифугирование time = 15 мин) показано на рисунке 4. Седиментация увеличивает исходную концентрацию микроводорослей примерно в 23 раза, тогда как центрифугирование увеличивает концентрацию, полученную в результате седиментационного теста, в 99 раз.Таким образом, изученная последовательность сбора увеличивает исходную концентрацию микроводорослей примерно в 123 раза, с 0,5 до 61,3 г · л ^-1.

Рисунок 4

Оценка концентрации микроводорослей во время сбора урожая, изученных в этой работе.

Рисунок 4

Оценка концентрации микроводорослей во время процессов сбора, изученных в этой работе.

Полученные здесь результаты согласуются с данными, приведенными в литературе по процессам сбора и обезвоживания.Schlesinger et al. (2012) изучали щелочную седиментацию в культуральной среде с последующим центрифугированием (50 × g, 10 мин) и обнаружили фактор концентрации 10 по количеству клеток. Таким образом, коэффициент концентрации 4–250 обычно определяется различными типами центрифугирования в отношении взвешенных твердых частиц (Molina Grima et al. 2003). Более сравнительное обсуждение невозможно, потому что в исследованиях сбора урожая обычно указывается только эффективность, основанная на анализе супернатанта.

Состав сточных вод, используемых для выращивания микроводорослей, может меняться в каждом цикле выращивания, поскольку это в основном городские сточные воды. Это изменение происходит потому, что качество сточных вод зависит от погодных условий, режима дня и возможного сброса промышленных сточных вод (Chys et al. 2018). Этот факт может повлиять на производство микроводорослей, удаление питательных веществ и окончательный состав сточных вод.Поэтому очень важно проверять воспроизводимость и устойчивость осаждения микроводорослей, используя оптимальные параметры во всех вариациях качества сточных вод.

С учетом всей этой информации, седиментационные тесты были проведены с использованием трех разных стоков фотобиореактора, каждый в течение недели (рис. 5). Результаты показывают, что оптимизация параметров седиментации была успешной и воспроизводимой.SE выше 97,8% были получены для каждого протестированного pH (12, 12,5 и 13) в трех проанализированных PBRE. Более того, не было обнаружено значительных различий между SE, полученными при тестировании pH (тест Тьюки, p <0,05). Интересно то, что полученные значения эффективности выше, чем в процессе оптимизации.

Рисунок 5

Эффективность седиментации (SE) Chlorella sorokiniana с использованием трех различных стоков фотобиореактора (PBRE).Испытания проводились с использованием оптимизированных параметров (G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд).

Рисунок 5

Эффективность седиментации (SE) Chlorella sorokiniana с использованием трех разных стоков фотобиореактора (PBRE). Испытания проводились с использованием оптимизированных параметров (G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд).

Найденные SE (97.8–99,1%) выше, чем сообщается в литературе для осаждения микроводорослей при щелочном pH в культуральной среде (Wu et al. 2012; Rakesh et al. 2014; Ummalyma et al. 2016; Pérez ). и др., , 2017 г.). Это доказывает, что очень хорошие результаты были достигнуты даже при работе с микроводорослями, выращиваемыми в сложной матрице, такой как сточные воды. Кроме того, эта работа показывает отличный потенциал седиментации при высоком pH в качестве метода сбора урожая.

Высокий pH, необходимый для осаждения микроводорослей в оптимальных условиях (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд), не ухудшает результатов, полученных в этом исследовании.Анализ жизнеспособности клеток показал минимальное повреждение клеточной структуры микроводорослей в процессе сбора урожая при pH 12 (Vandamme et al. 2012; Ummalyma et al. 2016). Метод сбора урожая также имеет преимущество при очистке сточных вод: высокий pH (10–12) оказывает бактерицидное действие на патогенные бактерии (Starliper & Watten 2013).

Рост микроводорослей в сочетании с очисткой сточных вод улучшает качество сточных вод, а также способствует производству ценной биомассы (Щеголкова и др. 2018). Микроводоросли поглощают загрязнители сточных вод (углерод, азот и фосфор) во время выращивания, в то время как аэробные бактерии разрушают органическое вещество (Foladori et al. 2018). По этим причинам было проанализировано качество PBRE и STE после осаждения микроводорослей при оптимальных параметрах (pH 12, G _V = 250 с ^-1 и T _M = 10 секунд) (Таблица 2). Были использованы анализы, широко используемые для определения характеристик сточных вод, которые позволяют количественно определять физические (видимый цвет, истинный цвет, мутность, ХПК, sCOD и TSS) и химические (DOC, TKN и общий фосфор) параметры образцов.

Таблица 2

Качество сточных вод фотобиореактора (PBRE) и седиментационных тестов (STE) в трех различных циклах культивирования

0.849 1

Цикл культивирования .	Образец .	Параметр .
		Мутность .	Основной цвет .	Настоящий цвет .	ТСС .	ХПК .	sCOD .	ДОК. .	ткн .	Фосфор общий .
		(NTU) .	(Pt-Co) .	(Pt-Co) .	(мг · л ^-1) .	(мг O ₂ · л ^-1) .	(мг O ₂ · л ^-1) .	(мг · л ^-1) .	(мг Н · л ^-1) .	(мг P · л ^-1) .
1	PBRE	175	4,564	258	454 ± 30	778 ± 2	136 ± 1	35.9 ± 0.2	42950
1	STE	3 ± 0 (98,3)	130 ± 2 (97.2)	151 ± 4 (41,5)	5 ± 1 (98,9)	98 ± 1 (87,4)	78 ± 2 (42,6)	28,2 ± 0,9 (21,4)	2,4 ± 0,4 (94,4)	0,5 ± 0,0 (98,6)
2	PBRE	196	6,740	214	409 ± 6	774 ± 2	211 ± 1	1,1	38,3 ± 1,2
2	STE	5 ± 0 (97.4)	325 ± 8 (95,2)	138 ± 10 (35,5)	40 ± 4 (90,3)	107 ± 5 (86,2)	94 ± 13 (55,4)	40,6 ± 0,3 (21,5)	3,4 ± 0,3 (91,0)	1,7 ± 0,5 (95,6)
3	PBRE	284	10,430	296	563 ± 6	1,000 ± 3		62,2 ± 0,2	99,8 ± 1,4	71,0 ± 1,6
3	STE	6 ± 1 (97.9)	440 ± 5 (92,2)	183 ± 6 (38,2)	34 ± 2 (94,0)	173 ± 7 (82,7)	164 ± 13 (43,2)	46,8 ± 1,1 (24,8)	8,9 ± 0,15 (91,1)	5,1 ± 1,4 (92,8)

0,8 35950 429505

Цикл культивирования .	Образец .	Параметр .
		Мутность .	Основной цвет .	Настоящий цвет .	ТСС .	ХПК .	sCOD .	ДОК. .	ткн .	Фосфор общий .
		(NTU) .	(Pt-Co) .	(Pt-Co) .	(мг · л ^-1) .	(мг O ₂ · л ^-1) .	(мг O ₂ · л ^-1) .	(мг · л ^-1) .	(мг Н · л ^-1) .	(мг P · л ^-1) .
1	PBRE	175	4,564	258	454 ± 30	778 ± 2	136 ± 1	35.9 ± 0.2
1	STE	3 ± 0 (98,3)	130 ± 2 (97,2)	151 ± 4 (41,5)	5 ± 1 (98,9)	98 ± 1 (87,4)	78 ± 2 (42,6)	28,2 ± 0,9 (21,4)	2,4 ± 0,4 (94,4)	0,5 ± 0,0 (98,6)
2	PBRE	196	6,740	214 40949 6,740	214		774 ± 2	211 ± 1	48,6 ± 0,1	37.6 ± 1,1	38,3 ± 1,2
2	STE	5 ± 0 (97,4)	325 ± 8 (95,2)	138 ± 10 (35,5)	40 ± 4 (90,3)	107 ± 5 (86,2)	94 ± 13 (55,4)	40,6 ± 0,3 (21,5)	3,4 ± 0,3 (91,0)	1,7 ± 0,5 (95,6)
3	PBRE	284	10,430	296	563 ± 6	1000 ± 3	289 ± 1	62.2 ± 0,2	99,8 ± 1,4	71,0 ± 1,6
3	STE	6 ± 1 (97,9)	440 ± 5 (92,2)	183 ± 6 (38,2)	34 ± 2 (94,0)	173 ± 7 (82,7)	164 ± 13 (43,2)	46,8 ± 1,1 (24,8)	8,9 ± 0,15 (91,1)	5,1 ± 1,4 (92,8)

Проведены седиментационные тесты с использованием оптимизированных параметров (G _V = 250 с ^-1, T _M = 10 секунд и pH 12).Исходная концентрация микроводорослей составляла 0,4, 0,5 и 0,7 г · л ^-1 в PBRE 1, 2 и 3 соответственно. Средние значения удаления указаны в скобках.

Качество сточных вод значительно улучшилось после испытаний на осаждение микроводорослей (тест Тьюки, p <0,05). Высокое удаление было обнаружено для мутности (97,9–98,3%), видимого цвета (92,2–97,2%), ХПК (82,7–87,4%), TSS (90,3–98,9%), TKN (91,0–94.4%) и общего фосфора (92,8–98,6%). Эти результаты были получены потому, что параметры напрямую связаны с биомассой микроводорослей и твердыми частицами сточных вод, удаленными во время испытаний на осаждение. Cassini et al. (2017) обнаружил аналогичные удаления в результате анализа (85,5–95,2% общего азота, 85,7–90,8% общего фосфора и 80,0–90,0% ХПК) после осаждения микроводорослей с использованием природных и неорганических коагулянтов. В целом, эффективность, полученная здесь, была выше, чем эффективность, полученная в нашем предыдущем исследовании с использованием высокого pH с последующей флотацией растворенным воздухом с тем же PBRE (Leite et al. 2020).

Седиментационный тест показал низкую способность удалять растворенные органические вещества из сточных вод, что согласуется с результатами предыдущего исследования (Katsoyiannis & Samara 2007). Эффективность удаления 35,5–41,5%, 42,6–55,4% и 21,4–24,8% была получена для истинного цвета, sCOD и DOC, соответственно.

Эти результаты подтверждают использование седиментации в щелочных условиях для сбора микроводорослей, а также эффективную интеграцию производства микроводорослей с очисткой сточных вод.Рекомендуются дальнейшие исследования для оценки стоимости и энергопотребления этого оптимизированного процесса в крупном масштабе. Кроме того, рекомендуется проверить возможность изменения NaOH, необходимого для процесса.

В настоящем исследовании изучалась оптимизация параметров седиментации для Chlorella sorokiniana , собираемого из сточных вод. Оптимизация параметров была успешно определена RSM, которая обнаружила эффективность выше 97.8%. Оптимальными рабочими значениями были градиент скорости 250 с ^-1, время перемешивания 10 секунд и pH 12. В качестве метода обезвоживания использовали центрифугирование для получения конечной концентрации 61,3 г · л ^-1, что соответствует увеличение в 123 раза от начальной концентрации микроводорослей. Оптимальные параметры седиментации также были эффективны при физико-химическом изменении стока фотобиореактора. Кроме того, качество сточных вод также значительно улучшилось после сбора микроводорослей.Высокое удаление было обнаружено для мутности (97,9–98,3%), видимого цвета (92,2–97,2%), ХПК (82,7–87,4%), TKN (91,0–94,4%) и общего фосфора (92,8–98,6%). Это исследование показало важность оперативной оптимизации, и результаты могут быть использованы в качестве практических рекомендаций для крупномасштабного сбора микроводорослей.

Комбинаторика и оптимизация алгоритмов — Тепперская школа бизнеса

, относящийся к Ph.D. Программа исследования операций, Карнеги-Меллон предлагает междисциплинарную докторскую степень. программа по алгоритмам, комбинаторике и оптимизации. Эта программа осуществляется совместно Тепперской школой бизнеса (группа исследования операций), кафедрой информатики (группа алгоритмов) и кафедрой математики (группа дискретной математики).

Междисциплинарный подход

В значительной степени математика, используемая учеными-компьютерщиками и исследователями операций, частично совпадает.Границы между исследованиями операций и информатикой стали размытыми. Важные новые теории и целые области, такие как многогранная комбинаторика, разрабатывались и разрабатываются совместно компьютерщиками, исследователями операций и прикладными математиками (которые считают себя частичками обоих). Презентации новых результатов по графам и теории матроидов можно услышать на конференциях по исследованию операций, в то время как доклады о линейном программировании, сетевых потоках и сопоставлении в графах часто представляются на конференциях по информатике.Математическое содержание статей стало больше и разнообразнее. Тем не менее, несмотря на это, мало кто из докторов философии. студенты заканчивают учебу с одинаково прочными знаниями во всех трех областях.

Доктор философии. Программа по алгоритмам, комбинаторике и оптимизации призвана восполнить этот пробел. Он объединяет изучение математической структуры дискретных объектов и разработку и анализ алгоритмов в таких областях, как:

Теория графов
Комбинаторная оптимизация
Целочисленное программирование
Теория многогранников
Вычислительная алгебра
Выпуклая и дискретная геометрия
Теория чисел

Учебный курс

Координационный комитет разработал сложную базовую учебную программу по анализу, алгебре, теории вероятностей, комбинаторике, линейному и целочисленному программированию, теории графов, выпуклой оптимизации, алгоритмам и теории сложности.Для получения дополнительной информации см. Отдельную брошюру по программе «Алгоритмы, комбинаторика и оптимизация» или перейдите на домашнюю страницу ACO.

P аренда посетите нашего Ph.D. Страница профилей студентов t o просмотреть профили наших текущих докторантов.

Оптимизация фот: Как сократить затраты ФОТ и не потерять команду