<< cодержание

ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕМЕДИАЦИИ ТЕРРИТОРИЙ

Украинцев А.Д., Синицин А.Н.* , Крашенинникова Т.К.

Открытое акционерное общество "Биохиммаш"
* Военный Университет РХБЗ

Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды диоксинами, нефтью и нефтепродуктами, общеизвестны. В последние 15-20 лет они стали предметом постоянных научных дискуссий, публикаций, разноплановых исследований, интенсивность которых не снижается. В тоже время накопившийся объем информации (тысячи публикаций), высказанные научные идеи и наметившиеся тенденции могут быть сконцентрированы на следующих основных направлениях.

Определение перечня вредных соединений. Оказалось, что речь необходимо вести о спектре вредных соединений, лишь одним из которых (хотя и наиболее токсичным) является 2,3,7,8-тетрахлордибенздиоксин. В эту группу уверенно включают полихлорированные бифенилы, галогенпроизводные дибензфуранов и т.д. В целом Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) эти вещества объединены в группу СОЗ (стойкие органические загрязнители)

В настоящее время ЮНЕП отобраны двенадцать групп СОЗ, представляющих "глобальную" проблему. К ним относят пестициды, промышленные химические вещества и непреднамеренно произведенные побочные продукты и загрязнители: альдрин, дильдрин, эндрин, токсафен, ДДТ, хлордан, гептахлор, мирекс, ПХБ, гексахлорбензол, диоксины, фураны. Как видно из перечня, обсуждаемая группа соединений может насчитывать сотни индивидуальных веществ, полный (исчерпывающий) перечень которых с указанием характеристик в настоящее время отсутствует.

Ключевым словом в определении является "стойкие", то есть такие, естественная деградация которых в окружающей среде происходит в течение десятков, сотен и, даже, тысяч лет. Поэтому их влияние неизбежно скажется на жизнедеятельности и здоровье многих поколений любых живых организмов, включая человека.

Полное прекращение поступления техногенных СОЗ в природу или хотя бы существенное его сокращение является важным направлением в борьбе с СОЗ, однако оно не представляется реальным в обозримый период.

Другим направлением является разработка высокоэффективных и технологичных методов и средств детоксикации (уничтожения, ликвидации) СОЗ, попавших тем или иным образом в окружающую среду. Направление в целом следует отнести к критически важным, позволяющим при положительном решении в значительной степени снять остроту проблемы.

Из всех СОЗ безусловными лидерами по вредоносности и стойкости в окружающей среде являются полихлорированные дибенздиоксины (далее, диоксины). Можно заключить, что наиболее быстрым и эффективным путем решения проблемы СОЗ является разработка (методов) технологий уничтожения диоксина и других галогенсодержащих вредоносных ксенобиотиков в производственных отходах и в объектах окружающей среды.

Анализ основных направлений исследований, а также научных идей и практических тенденций в данной предметной области показывает, что в основном они носят феноменологический, описательных характер, с явным уклоном к запугиванию несведущих. Это проявляется, например, в активном выходе отдельных ученых в средства массовой информации, многочисленных конференциях, создании специальных и межотраслевых рабочих групп и международных организаций, выпусках специальных материалов и т.д. Интенсивное развитие получили лишь крайне дорогостоящие методы анализа диоксина в сложных природных объектах, которые практически монополизированы узкой группой специализированных компаний. Однако никаких реальных технологий, допускающих масштабную проверку на практике, до сих пор не предложено.

Методы деструкции диоксинов хорошо известны и легко группируются в три основных направлениях:

Эти универсальные методы деструкции, способны "перерабатывать" не только конкретные продукты (например, 2,3,7,8-тетрахлордибенздиоксин), но, скорее, целую гамму ароматических углеводородов, содержащих в ароматическом ядре связи углерод-кислород, углерод-хлор или одновременно оба типа связей.

Методы фотолиза и пиролиза требуют огромных расходов энергии и, по-видимому, применимы только для уничтожения галогенсодержащих ароматических углеводородов в производственных отходах прямым сжиганием или с использованием действующих металлургических процессов.

Поэтому остановимся на методе деструкции молекул хлорорганических соединений под воздействием микроорганизмов. Для простой жизнедеятельности микроорганизмов и тем более для эффективной переработки ими вредных примесей необходимы определенные температура, влажность, состав субстрата. Процесс может быть растянут по времени, может потребовать подавления или активизации аборигенной микрофлоры. Биотехнологический метод прямо неприменим к средам с высоким содержанием вредных веществ (проценты и десятки процентов) или такие процессы потребуют специальных технологических решений.

В то же время при работе с низкими концентрациями равномерно распределенного в среде субстрата эффективность метода может быть максимальной и несопоставимо выше эффективности фотолиза или термической обработки.

При всем разнообразии метаболизма микроорганизмов можно достаточно уверенно прогнозировать направления биодеградации галогенсодержащих ксенобиотиков. Это биологическое окисление молекулярным кислородом, в ходе которого в атакуемую молекулу включается окси-группа в результате реакций замещения или присоединения. В последующем возможно дальнейшее окисление субстрата до моно или поликарбоновой кислоты с разрывом углеводородной цепи или раскрытием ароматического кольца. В организмах животных эта схема реализуется и в биосинтезе (адреналин) и как способ придания ксенобиотику свойства водорастворимости последующим его удалением из организма (цитохром Р-450). Неспецифичность микросомального окисления (монооксигеназ) по отношению к окисляемым субстратам и каскадный механизм окисления предоставляют микроорганизму широкие возможности по выживанию в условиях воздействия самых разнообразных веществ. Важно также подчеркнуть, что уже на самом первом этапе микросомального окисления (введение окси-группы в ароматическое ядро), токсичность, например, диоксинов снижается в десятки и сотни раз, резко изменяются физико-химические свойства, прежде всего, снижается гидрофобность, повышается химическая активность и ускоряются все деградационные процессы.

В Федеральной Программе "Диоксины суперэкотоксиканты ХХI века" принятой постановлением Правительства РФ в 1997 г., отмечается, что метод бактериального разложения полихлорированных диоксинов на сегодняшний день не нашел практического применения. Это объясняется главным образом малым вниманием к самому методу биодеградации и лишь, во-вторых, длительным временем воздействия микроорганизмов на органические соединения хлора. Действительно, поскольку существуют определенные типы бактерий, под воздействием которых наблюдается деструкция молекул полихлорированных диоксинов, естественно предположить, что при селекции таких бактерий, а также при подборе условий возможно получение штаммов и промышленных препаратов эффективно разлагающих полихлорированные диоксины в приемлемые сроки.

Предварительные исследования по проблеме биодеградации полихлорированных ароматических соединений проведены специалистами ОАО "Биохиммаш" и АНО НТО "ИТИН" с участием Военного Университета РХБ защиты.

Их основные результаты:

  1. Выбраны малоопасные модельные вещества для экспериментальной работы:

    - 2-хлорфенол - для селекции штаммов микроорганизмов на способность к биодеградации полихлорированных ароматических соединений;

    - 2,4,6-трихлорфенол - для оценки биодеградирующей способности отобранных штаммов к стойким загрязнителям.

  2. Отобраны методики заражения модельными веществами проб воды и грунта, обеспечивающие уверенную воспроизводимость результатов. Отобраны методики ГЖХ-определения модельных веществ в этих средах.
  3. Выбран перспективный штамм-деструктор.
  4. Установлено, что выбранный микроорганизм разрушает 2,4,6-трихлорфенол за 60 суток инкубации на 70 %; в отсутствии микроорганизмов в тех же условиях убыль ТХФ составляет 30 %.
  5. Экспериментально установлен факт потребления выбранным штаммом трихлорбенздиоксина.

Кроме того, ОАО "Биохиммаш", АНО НТО "ИТИН" и МГУ им. М. В. Ломоносова разработан препарат "Родарт", который применяется для деградации углеводородов с целью микробиологической очистки грунтов и водной поверхности от загрязнений сырой нефтью и нефтепродуктами, а также комплексной очистке аналогичных объектов после применения механических, адсорбиционных и химических методов. Препарат "Родарт" обеспечивает активизацию процессов естественной селекции загрязненных почв и акваторий.

Препарат работает при уровне загрязнения нефтью и нефтепродуктами до 20 % вес. По своим основным показателям (степени деструкции при высоком 20 %-ном уровне загрязненности почв и акваторий, способности разрушать тяжелые и легкие фракции углеводородов, скорости биодеградации, действии в широком диапазоне температур) препарат не имеет аналогов и конкурирует с лучшими зарубежными препаратами. В табл.1 приведены основные сравнительные характеристики различных отечественных препаратов и препарата "Родарт".

Препарат и продукты биодеструкции нефти не оказывают вредного действия на окружающую среду. При снижении загрязнения ниже уровня предельно-допустимой концентрации (ПДК) биопрепарат теряет свою биологическую активность из-за отсутствия углеводорода как источника питания и энергии.

Микробиологический способ биодеградации нефти и нефтепродуктов выгодно отличается от химических, физических способов и их различных сочетаний небольшими капиталовложениями, низким энергопотреблением, отсутствием вторичных отходов, способностью к самоподдерживанию и саморегуляции, экологической безопасностью.

Биопрепарат "Родарт" полупромышленного производства представляет собой высушенный порошок светло-коричневого цвета со специфическим запахом, в состав которого входят клетки бактерий, не патогенных для людей, животных и растений, остатки питательной среды и компоненты защитной среды. Состав препарата является ноу-хау разработчиков. Препарат характеризуется широким диапазоном резистентности к температурному режиму (от +8 до +35 °С) с температурным оптимумом

15-30 °С и может эффективно применяться в различных климатических условиях. Биопрепарат легко и полностью суспендируется в воде. Расход препарата составляет: 10 кг на 1 га почвогрунтов; 1,0 кг на 1 га водной поверхности. Количество обработок зависит от климатических, геофизических условий, а также от уровня и характера загрязнения.

На последней стадии восстановления почв от загрязнений ксенобиотиками высевают семена растений. Рост растений на очищенных территориях является, как правило, индикатором степени очистки и наличия токсичных полупродуктов распада. Правильный подбор растений позволяет также дополнительно вводить стадию очистки, называемую фиторемедиацией. Для интенсификации процесса роста растений в ОАО "Биохиммаш" разработан препарат - стимулятор роста растений "Мицефит", основу которого составляют биологически активные вещества, вырабатываемые эндомикоризными грибами при суспензионном культивировании в ферментерах. Это уникальная технология, аналогов которой в мире не существует.

На основании изложенного выше, а также на основании результатов многолетних исследований, проведенных в ОАО "Биохиммаш" совместно с Военным химическим университетом можно создать препарат - биодеградант ксенобиотиков широкого спектра действия. В настоящее время на основе коллекции микроорганизмов ОАО "Биохиммаш" возможна разработка такого препарата, включающего ассоциацию микроорганизмов, разрушающих нефть, нефтепродукты, диоксины, ФОВ.

Наши предложения - провести комплексные экспериментальные исследования с конечной целью разработки препарата для биодеструкции загрязненной различными ксенобиотиками местности.

Таблица 1. Сравнительный анализ эффективности степени нефтепотребления различных препаратов-биодеградантов нефти

Наименование препарата Содержание нефти,
%
1 обработка 2 обработка 3 обработка Объект загрязнения Общее время действия,
сут.
    Время, сут. Нефтепотребление,% Время, сут. Нефтепотребление,% Время, сут. Нефтепотребление,%    
Деворойл
(сухой ком.
препарат)
10
10
3
3
12-14
12-14
12-14
12-14
23,7
12,3
36,4
32,3
12-14
12-14
12-14
12-14
42,3
24,5
60,8
54,2
12-14
12-14
12-14
12-14
52,4
35,6
81,2
75,8
Почва
Вода
Почва
Вода
36-42
36-42
36-42
36-42
Путидойл
(сухой ком.
препарат)
10
10
3
3
10
10
10
10
30,4
24,8
40,9
42,4
10
10
10
10
45,8
39,4
52,1
54,7
10
10
10
10
65,3
69,3
75,9
86,4
Почва
Вода
Почва
Вода
30
30
230
30
Родер
(жидкий ком. препарат)
10
10
3
3
10
10
10
10
24,9
32,7
45,8
52,4
10
10
10
10
37,5
40,9
68,3
72,4
10
10
10
10
49,1
52,6
90,5
92,3
Почва
Вода
Почва
Вода
30
30
30
30
Родарт
(жидкий препарат, опытная партия)
10
10
3
3
5-7
5-7
5-7
5-7
43,8
40,2
65,4
63,7
5-7
5-7
5-7
5-7
67,9
62,1
80,6
79,3
5-7
5-7
5-7
5-7
81,9
74,2
99,4
96,5
Почва
Вода
Почва
Вода
15-21
15-21
15-21
15-21

<< cодержание

Сборник докладов I Российского симпозиума по биологической безопасности
Copyright © Комитет ученых за глобальную безопасность и нераспространение оружия массового поражения