Біодеградація вуглеводнів як вирішення проблеми нафтового забруднення

Продукти на основі нафти є основним джерелом енергії для промисловості і повсякденного життя, що зумовлює постійний розвиток та зростання обсягів нафтопереробної галузі. В свою чергу, така ситуація спричинила суттєве забруднення води і ґрунту вуглеводнями різного походження [1]. Технології, що використовуються сьогодні для вирішення цієї проблеми, є дорогими і не можуть призвести до повного очищення, а також призводять до появи ряду побічних продуктів.

Процес біологічного очищення визначається як використання мікроорганізмів для детоксикації або видалення забруднюючих речовин за рахунок їх метаболічних можливостей. Він є перспективним способом видалення і деградації багатьох забруднювачів навколишнього середовища, включаючи продукти нафтової промисловості [2]. Крім того, технологія біологічного очищення, як вважають, є неінвазивним і відносно економічним засобом [3]. Успіх біоремедіації залежить від здатності створювати і підтримувати умови, які сприяють біодеградації у навколишньому середовищі. Однією з важливих вимог є наявність мікроорганізмів з відповідною метаболічною здатністю. Якщо ці мікроорганізми присутні, то їх можливість росту на вуглеводневому середовищі залежить від комбінації двох чинників [4]: біохімічної взаємодоповнюваності організмів і стійкості до токсичної дії вуглеводнів. Очевидно, ці два чинники мають бути оптимальними. Враховуючи характер багатокомпонентних нафтових забруднень, мікроорганізми (асоціації мікроорганізмів) повинні мати можливість рости на більшості компонентів забруднюючих речовин і бути стійкими до їх токсичної дії для повної мінералізації нафтопродуктів.
Оптимальні темпи зростання мікроорганізмів і біодеградації вуглеводнів можливо досягти шляхом забезпечення оптимальних концентрацій поживних речовин і кисню, рН та температури. Фізичні та хімічні характеристики нафтопродуктів, площа поверхні розділу фаз також є важливими детермінантами успіху біологічного очищення. Існують два основні підходи до біологічного очищення розливів нафти:

(a) біоаугментація, коли відомі нафтоокиснюючі бактерії додаються до існуючих природних мікробних популяцій екосистеми, де стався розлив, і (б) біостимуляції, коли зростання нативних деструкторів нафти стимулюється додаванням поживних речовин або інших субстратів для забезпечення оптимальних умов життєдіяльності мікроорганізмів.
Масштаби сучасного розуміння можливостей біоремедіації нафтового забруднення обмежені вузькою специфічністю досліджень в цій галузі, більшість з яких представлена монофакторними лабораторними експериментами, та сконцентрованістю цих досліджень на оцінці технології біоремедіації як вирішення проблеми великомасштабних розливів нафти.
Біодеградація нафтових вуглеводнів являє собою складний процес, який залежить від природи та кількості наявних вуглеводнів. Нафтові вуглеводні можуть бути розділені на чотири класи: насичені, ароматичні вуглеводні, асфальтени (феноли, жирні кислоти, кетони, складні ефіри і порфіріни) і смоли (піридин, хінолін, карбазол, сульфоксиди і аміди). Всі вони мають свої особливості мікробного розкладання [5]. Чутливість вуглеводнів до мікробної деградації в цілому можна ранжувати наступним чином: лінійні алкани> розгалужені алкани> низькомолекулярні ароматичні> циклічні алкани> поліциклічні ароматичні [6]. Проведені в даній галузі дослідження [7] свідчать, що бактеріями, які використовують газоподібні коротколанцюгові вуглеводні, зокрема, пропан, є представники родів Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Rhodococcus. Мікроорганізми, які можуть використовувати бутан в якості єдиного джерела вуглецю і енергії, це Arthrobacter, Brevibacterium, Pseudomonas spp..
Штамами, здатними використовувати поліциклічні ароматичні вуглеводні, є Beijerenckia, Pseudomonas spp. (P. paucimobilis, P. fluorescens, P. putida), Alcaligenes denitrificans WW1, Mycobacterium spp. (e.g. M. flavescens), Rhodococcus spp. (e.g. R. rhodnii), Athrobacter sp., Aeromonas sp., морські Cyanobacteria, Streptomyces flavovirens, Synechococcus sp. [8]. В той час, як дослідження різних видів та родів грибів [9] підтверджують, що представники родів Penicillium, Mortierella і Polisporum можуть рости на живильному середовищі, що містить важкі високомолекулярні фракції сирої нафти.
Найбільш важливими бактеріями в біодеградації вуглеводнів в ґрунтах і морській воді є Achromobacter, Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, Aureobasidium, Candida, Rhodotorula, Sporobolomyces, Trichoderma, Mortierella, Pseudomonas spp. і Corynebacterium sp. [8, 9].
Одним з найважливіших факторів, які обмежують біодеградацію нафтових забруднювачів у навколишньому середовищі, є їх обмежена доступність для мікроорганізмів. Зокрема, здійснення біоочищення ускладнюється сорбцією забруднювачів на ґрунтах, їх високими концентраціями, гідрофобними властивостями нафтопродуктів. Для вирішення цієї проблеми можуть успішно застосовуватися як різноманітні високодисперсні матеріали з сорбційними властивостями, так і поверхнево-активні сполуки [10], пріоритетними серед яких є природні ПАР – продукти мікробного синтезу. Перспективним напрямком, що потребує ретельного дослідження з огляду на підвищення доступності вуглеводнів для мікробної деструкції, є ефект ультразвуку, який здатний стимулювати швидкість протікання біодеградації [11] в результаті наступних властивостей ультразвуку: (а) перемішування рідини в реакційній системи, (б) стимуляції ферментативної діяльності, і (в) інтенсифікації клітинного росту.
 Таким чином, біодеградація вуглеводнів нафти та її похідних є важливим методом вирішення проблеми нафтового забруднення довкілля, який потребує ретельних досліджень в галузі інтенсифікації даного процесу, зокрема, шляхом підвищення доступності наявних в середовищі вуглеводнів для метаболізму нафтоокиснюючими мікроорганізмами.
Список літератури

  • C. Holliger, S. Gaspard, G. Glod et al., “Contaminated environments in the subsurface and bioremediation: organic contaminants,” FEMS Microbiology Reviews, vol. 20, no. 3-4, pp. 517–523, 1997.
  • J. I.Medina-Bellver, P.Mar´ın, A. Delgado et al., “Evidence for in situ crude oil biodegradation after the Prestige oil spill,” Environmental Microbiology, vol. 7, no. 6, pp. 773–779, 2005.
  • T. M. April, J. M. Foght, and R. S. Currah, “Hydrocarbondegrading filamentous fungi isolated from flare pit soils in northern and western Canada,” Canadian Journal of Microbiology, vol. 46, no. 1, pp. 38–49, 2000.
  • Мельников Д.А. Распределение признаков биодеградации углеводородов и оценка технологически важных свойств нефтеокисляющих бактерий: дис. … канд. биол. наук: 03.00.23 / Мельников Дмитрий Александрович. – Краснодар, 2005. – 131 с.
  • R. R. Colwell, J. D. Walker, and J. J. Cooney, “Ecological aspects of microbial degradation of petroleum in the marine environment,” Critical Reviews in Microbiology, vol. 5, no. 4, pp. 423–445, 1977.
  • Куликова А.К. Микроорганизмы, ассимилирующие газообразные углеводороды (С2-С4) (Обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. – 1995. – T.31, №2. – С. 155-167.
  • Павленко М.І., Сорока Я.М., Гвоздяк П.І., Кухар В.П. Біодеструкція поліциклічних ароматичних вуглеводнів // Катализ и нефтехимия. – 2007. – № 15. – С. 46–62.
  • Шевкопляс В. Н.,. Бойко М. И. Конверсия тяжелых фракций сырой нефти микромицетами родов Mortierella (Coem.), Penicillium (Link ex Fr.), её анализ методиками ИК- и Н-ЯМР спектроскопии. // Проблеми екології та охорони природи техногенного регіону. – 2009. - №1(9). – С. 221–229.
  • Antić M. P., Jovancićević B. S., Ilić M. et al. Petroleum pollutant degradation by surface water microorganisms // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. – 2006. – Vol. 13. – N5. – P. 320-327.
  • Batista S.B., Mounteer A.H., Amorim F.R. et. al. Isolation and characterization of biosurfactant/bioemulsifier-producing bacteria from petroleum contaminated sites // Bioresource Technology. – 2006. – N 97. – P. 868-875.
  •  Pitt W. G. and S. A. Ross (2003) ‘Ultrasound Increases the Rate of Bacterial Cell Growth’ Biotechnol. Prog., Vol. 19, No.3, pp.1038-1044.

Біодеградація вуглеводнів як вирішення проблеми нафтового забруднення [Електронний ресурс]  / [Матвєєва О.Л., Алієва О. Р.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/biodegradaciya-vuglevodniv-yak-vyrishennya-problemy-naftovogo-zabrudnennya

Оцінка: 
0
No votes yet