Применение биотехнологий для очистки окружающей среды. Опасные отходы

Удаление химического загрязнения из воды и почвы стоило обществу значительных средств и проходило с относительно ограниченным успехом. Территории, требующие огромных денежных вложений, продолжают существовать десятилетиями после их обнаружения, и бОльшая часть денег, потраченных на эти территории, направляется на разнообразные отчеты, касающиеся детального изучения степени загрязнения и рисков, возникающих при использовании и очистке таких территорий. Существует несколько способов удаления химических загрязнителей. Во-первых, физическое перемещение загрязнителя, обычно просто с одного места на другое. Во-вторых, перенос загрязнителей из одной среды, например почвы или воды, в другую, обычно воздух. Действительно, результатом многих технологий является удаление загрязнителей из воды и высвобождение их в воздух. Даже если загрязненная вода проходит через активированный уголь, токсичность загрязнителей в абсолютном выражении не уменьшается, так как происходит лишь концентрирование загрязняющих веществ. Сжигание отходов при высокой температуре приводит к разрушению загрязнителей, но эта технология очень дорога и может быть связана с выбросом токсичных соединений в атмосферу.

Биоремедиация предлагает другой подход: использование микроорганизмов на загрязненных территориях или мусороперерабатывающих заводах для превращения потенциально опасных химических соединений в безопасные или менее опасные. Технология биоремедиации получает высокие оценки в популярной прессе и поощряется за хорошие результаты экологическими службами. Однако предстоит еще преодолеть целый ряд технических затруднений. Поэтому мусороперерабатывающая промышленность продолжает идти по пути наименьшего сопротивления: собирает отходы, которые затем захораниваются на полигонах или сжигаются. Некоторые из последних разработок обещают сделать биоремедиацию более привлекательной.

К наиболее успешным технологиям биоремедиации относятся те, в которых используются микроорганизмы, в естественных условиях присутствующие в загрязненной среде. Многие встречающиеся в природе бактерии и грибы способны разрушать химические загрязнители. К ним относятся, например, микроорганизмы, разрушающие пестициды и полихлорированные бифенилы, а также способные к детоксикации тяжелых металлов. Другой подход заключается в интродукции специально выведенных или ГМ-микроорганизмов. Однако использование природных видов микроорганизмов в настоящее время является более привлекательным.

Совершенно очевидно, что использование естественных процессов для очистки среды от опасных соединений — процесс длительный. Поэтому мы должны обдумать пути повышения его скорости. Методы биостимуляции предполагают внесение азотсодержащих и других питательных соединений на территориях, где уже существуют необходимые микроорганизмы, что создает благоприятные условия для их размножения. Например, загрязненные водоемы обогащают метаном в качестве источника питательных веществ для постоянно живущих там бактерий.

Еще одна изобретенная технология подразумевает повышение биодоступности таких нерастворимых загрязняющих веществ, как полихлорированные бифенилы. Биодоступность является показателем, который определяет, насколько конкретное вещество доступно растениям или микроорганизмам на данной территории. Высокая биодоступность является негативным фактором в отношении загрязнителей, так как такие вещества легко поступают в пищевые цепи. Однако, если вы пытаетесь увеличить доступность химических веществ для микроорганизмов с целью повышения эффективности биоремедиации, необходимо придумать методы, позволяющие увеличить растворимость этих соединений, а также уменьшить вероятность их абсорбции почвенными частицами. Действия, которые в данном случае могут быть полезными, включают нагревание, применение сурфактантов (поверхностно активных веществ), вентиляцию компоста влажным воздухом для поддержания оптимальной влажности реакционной среды, использование химических восстанавливающих агентов. Недавно были получены патенты на применение в компосте целлюлозосодержащего материала, бобовых растений или микроорганизмов. Загрязнители удерживаются волокнами целлюлозы и становятся более доступными. Очень важно поддержание анаэробных (отсутствие кислорода) условий либо in situ, либо в процессе обработки. Анаэробные условия благоприятствуют процессу детоксикации многих органических и неорганических загрязнителей.

Биоремедиация представляет интерес даже при загрязнении тяжелыми металлами. Бактерии, «питающиеся» металлами, присутствуют в почве в естественных условиях 1.

1 Для очистки окружающей среды от тяжелых металлов предлагается использовать и растения. Эта технология получила название фиторемедиации и основана на том, что многие виды растений способны накапливать тяжелые металлы, причем их содержание в тканях и органах растений может в десятки и даже сотни раз превышать содержание в окружающей среде. В настоящее время активно разрабатываются несколько областей фиторемедиации — «зеленой технологии» очистки окружающей среды. (1) Фитоэкстракция — использование естественных растений-аккумуляторов, способных накапливать металлы в надземных органах специально выведенных сортов растений, и определенных обработок почвы для переноса элемента-загрязнителя в надземные части растения, которые затем утилизируются. (2) Фитодеградация — использование растений и специально отобранных штаммов микроорганизмов для разрушения органических загрязнителей. (3) Фитофильтрация — использование корней взрослых растений (ризофильтрация) и проростков (бластофильтрация) для поглощения загрязнителя, главным образом тяжелых металлов, из водных растворов. (4) Фитоволитализация — использование растений для экстрагирования летучих веществ из почвы. (5) Фитостабилизация — использование растений для перевода веществ-загрязнителей в малодоступную форму. Технология фиторемедиации имеет как преимущества, так и недостатки. Последние связаны с небольшой биомассой растений-аккумуляторов, их низкой скоростью роста, а также с проблемами утилизации полученной биомассы. — Прим. перев.

К тяжелым металлам относятся мышьяк, сурьма, бериллий, кадмий, хром, медь, свинец, ртуть, железо, марганец, радий, никель, селен, серебро, таллий и цинк. Примеры применения биоремедиации включают очистку от тяжелых металлов, очистку поверхностных вод, подземных вод и (или) почвы от мышьяка, обработку отработанных металлсодержащих растворов. Очевидно, что металл не исчезает вообще, а переходит в менее токсичную форму.

Среди наиболее известных металлпотребляющих бактерий можно отметить анаэробные бактерии, которые восстанавливают шестивалентный хром до трехвалентного хрома. Шестивалентный хром вызывает рак у человека, в то время как трехвалентный не оказывает подобного действия. Обычно хромсодержащие почвы проходят обработку в биореакторе, где создаются условия, оптимальные для воздействия микроорганизмов. Некоторые из недавно разработанных технологий предлагают оставлять загрязненные хромом почвы на месте, добавляя в них восстанавливающие агенты и определенные питательные вещества, которые благоприятны для хром-восстанавливающих бактерий. Это всегда способствует увлажнению почвы.

Однако технология биоремедиации имеет свои трудности и недостатки, особенно в случае очистки водоемов. Условия в водоемах подвержены изменению (например, может меняться рН, доступность кислорода или питательных веществ), создавая сложности для роста и развития культуры микроорганизмов. Другой недостаток данной технологии — существующая вероятность «бегства» несвойственных данной среде микроорганизмов за пределы обрабатываемой территории, что может создать серьезные проблемы. Кроме того, может быть нежелательным проникновение микроорганизмов в подземные воды, особенно если эта вода используется для питья. Например, приходится проводить многочисленные манипуляции во избежание попадания метана в питьевую воду.

Некоторые загрязнители требуют наличия целого консорциума микроорганизмов. К таким загрязнителям относят, например, полиароматические гидрокарбонаты и полихлорированные бифенилы. Очистка подобных территорий требует интродукции новых микроорганизмов. Некоторые встречающиеся в естественных условиях или генетически модифицированные микроорганизмы созданы для очистки среды от специфических загрязнителей. Генетически модифицированные микроорганизмы должны быть интродуцированы в новые условия окружающей среды, где им необходимо предоставить возможность расти и питаться. Проблемы интродукции новых популяций микроорганизмов в определенное местообитание были уже рассмотрены ранее.

Сможет ли биоремедиация изменить наш склад ума, в котором прочно поселилось представление «выкопай и сожги»? Многое будет зависеть от принятия этой технологии широкой общественностью. Несмотря на то что концепция биоремедиации базируется на невмешательстве и дружеском отношении к окружающей среде, отдельные влиятельные деятели на местах придерживаются старых методов и стараются вставить палки в колеса комплексной очистки окружающей среды от загрязнения. Использование биологических методов очистки потребует терпимости и настойчивости со стороны общественности.


Comments (1)

ЖадыраJanuary 31st, 2012 at 6:46 am

здравствуйте! у меня есть к вам вопрос теперь как можно утилизировать фиторемедиации? есть какие то способы утилизации фиторемедиации или методы ?

Оставить комментарий

Ваш комментарий