Микробы

Цель ремедиации как активной формы охраны природы заключается в защите и восстановлении природных ресурсов, включая почвенные. При этом используемые технологии не должны нарушать биологического равновесия в природе, эффективно разлагать загрязнители без образования токсичных продуктов деструкции и восстанавливать плодородие почв.

До недавнего времени проблема обезвреживания земельных участков осуществлялась весьма примитивно: загрязненная почва собиралась бульдозером и транспортировалась на контролируемые свалки. Почва в основном выступала либо в качестве приемника поллютантов, где они разлагались и откуда постепенно перемещались в растения и окружающую среду, либо в качестве хранилища, где некоторые из них могли сохраняться много лет.

Существует два подхода к стандартам на очистку загрязненных почв: многофункциональный (когда ремедиация почв позволяет устранить комплекс токсичных веществ) и по конечному результату (когда очистку почвы осуществляют в отношении определенного токсического соединения).

В последнее десятилетие большее распространение получили способы биоремедиации земель, при которых загрязненную почву собирают экскаватором и загружают в специальные установки различных типов, где ее перемешивают с суспензией микроорганизмов. Почву подвергают периодическому перемешиванию и рыхлению для активизации аэробных и анаэробных процессов очистки.

Более перспективно направление работ, при котором очистку почвы от загрязнений проводят на месте, без снятия грунта – «in situ». Так, по одному из известных способов в очищаемую почву вносят с помощью мобильной буровой установки суспензию микроорганизмов в питательной среде. В ФРГ разработан также способ, при котором используется передвижная установка, с помощью которой одновременно проводится вспашка и введение суспензии микроорганизмов.

Для ремедиации загрязненных территорий биологические технологии являются наиболее предпочтительными вследствие своей экологической безопасности, низкой себестоимости работ и достаточно высокой эффективности, что было неоднократно продемонстрировано при решении различных экологических задач. Поэтому разработка и внедрение в практику эффективных технологий биоремедиации почв, загрязненных токсичными химическими соединениями, крайне актуальна.

При кажущейся простоте решения данной задачи возникает ряд трудностей. Во-первых, необходимо выделить технологичные (пригодные для промышленного использования и безопасные для людей) микроорганизмы; во-вторых, подобрать условия их культивирования; в-третьих, необходимо правильно выбрать время, метод и дозу внесения биодеструкторов в почву. Кроме всего вышеперечисленного, необходим контроль за интегральной токсичностью почвы с целью гарантии безопасности продуктов деструкции поллютантов и достаточной степени очистки почвы.

Наиболее эффективным способом поиска микроорганизмов-деструкторов является выделение микробных изолятов из природных почв, длительное время загрязняемых сельскохозяйственными ядохимикатами или промышленными отходами аналогичного состава. В ходе длительной, многолетней эволюции микроорганизмы, находящиеся в почве, постепенно приспосабливаются к наличию этих токсикантов в их среде обитания. На первом этапе естественной селекции у некоторых микроорганизмов появляются ферменты (оксидазного типа), защищающие микробную клетку от воздействия токсикантов. На втором этапе селекции микроорганизмы начинают утилизировать (разлагать) эти вещества и использовать полученную энергию для обеспечения своей жизнедеятельности. Со временем такие микроорганизмы наследуют приобретенные признаки и передают своему потомству. Признак деградирующей способности в отношении токсичных соединений постепенно закрепляется генетически. Несмотря на высокую скорость размножения микроорганизмов, эти процессы в почве занимают десятилетия. Поэтому методологически наиболее целесообразно исследовать образцы почв на территориях старых складов ядохимикатов, сельскохозяйственных полей (где эти вещества использовались в производстве и затем накапливались в почве), промышленных предприятий по производству пестицидов.

В ходе всесторонних лабораторных исследований проводят селекцию микроорганизмов, способных наиболее активно разлагать в почве и/или воде целевой поллютант. Оценивают неприхотливость микроорганизмов для культивирования, степень и сроки деструкции загрязнителя, интегральную токсичность почвы до и после микробной биоремедиации.

Затем отобранные штаммы микроорганизмов-деструкторов проверяют на безопасность для теплокровных животных. Токсикологические испытания проводят на лабораторных линиях белых мышей и крыс по наиболее строгим критериям, принятым в международной практике для оценки безопасности штаммов микроорганизмов-продуцентов лекарственных препаратов. Этими критериями являются вирулентность, токсичность, токсигенность и диссеминация в органах и тканях лабораторных животных.

Только после комплекса лабораторных исследований приступают к испытаниям микроорганизмов в полевых условиях. По результатам химических анализов и оценки интегральной токсичности почвы до и после биоремедиации судят об эффективности проведенных работ. Это позволяет гарантировать безопасное культивирование и применение в окружающей среде микроорганизмов для биоремедиации почв.

На основании проведенных лабораторных и полевых исследований разрабатывают технологию применения «in situ» микроорганизмов для биоремедиации почв, загрязненных химическими веществами. Полученные штаммы микроорганизмов-деструкторов депонируют в Международной коллекции промышленных микроорганизмов и патентуют.

Таким образом, разработка технологии биоремедиации почвы, загрязненной каким-либо химическим веществом, – длительный, многостадийный процесс, требующий совместной работы специалистов различного профиля: микробиологов, химиков-аналитиков, биохимиков, биотехнологов и токсикологов. Эта работа, несмотря на ее длительность и многопрофильность, позволяет в итоге разрабатывать эффективные, экологически безопасные и малозатратные технологии биоремедиации почв.