РОЗДІЛ 2
ПРАКТИЧНЕ ВИКОРИСТАННЯ МІКРОБНИХ
ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН
Детальні дослідження поверхнево активних речовин мікробного походження упродовж останніх 20 - 25 років показали можливість їх застосування для очищення довкілля, в нафтовидобувній, хімічній, харчовій промисловостях, а також у сільському господарстві [6, 59, 64, 131, 141]. Широкий спектр сфер використання цих речовин зумовлений їх здатністю суттєво знижувати поверхневий та міжфазний натяг у розчинах, емульгувати різні субстрати, регулювати змочуваність поверхонь та ін. Деякі препарати мікробних ПАР вважаються більш ефективними ніж їх синтетичні аналоги, а така їх перевага як біодеградабельність та нетоксичність роблять їх особливо перспективними для створення нових екологічно безпечних технологій [64, 178].
На території України досі не існує налагодженого виробництва поверхнево-активних речовин, а ґрунтовні дослідження проводяться обмеженим колом дослідників.
2.1. Очистка довкілля
2.1.1. Очистка від нафтових забруднень
Визначну роль в очищенні води і ґрунту від нафтових забруднень відіграють біологічні методи [64, 178]. Видалення нафтових забруднень з застосуванням поверхнево-активних речовин або нафтоокиснювальних мікроорганізмів є порівняно новою технологією. Серед найбільш небезпечних забруднювачів особливе місце займають гідрофобні (неполярні) органічні сполуки (ГОС), серед яких поліциклічні ароматичні вуглеводні (нафталін, пірен, флуорен), нафтові вуглеводні, поліхлоровані біфеніли та широкий діапазон біоцидів [163]. Механізм дії біосурфактантів при очищенні поверхонь від ГОС полягає в десорбції та солюбілізації органічних забруднювачів. ПАР стимулюють активність мікроорганізмів-деструкторів шляхом підвищення доступності забруднюючих речовин
[64, 178].
Відомо, що Rhodococcus erythropolis та Nocardia erythropolis синтезують поверхнево-активні міколати, які використовуються для проведення міцелярної солюбілізації ГОС, зокрема ПАР беруть участь у видаленні нафти з піску та нафтових сланців [58, 141]. B. subtilis MTCC 1427 синтезує біосурфактант, який підвищує розкладання ендосульфану [49, 91, 134]. Використання біоемульгатора аласану (продуцент - Acinetobacter radioresistens KA53) суттєво збільшує солюбілізацію ГОС, зокрема підвищується деградація, відповідно, фенантрену, флюорантену та пірену [112].
Гліколіпіди мікробного походження підвищують видалення вуглеводнів, а також підвищують їх мінералізацію в 2 рази [93]. Виявлено, що мікробні поверхнево-активні речовини ефективніші при деградації поліароматичних вуглеводнів, ніж більшість синтетичних аналогів. Наприклад, ПАР, синтезовані Rhodococcus H13-A, виявляли більшу активність, ніж Triton X-100, Tween-80, Afonic 1412-7 [84, 86, 96, 142]. Також відомо, що при додатковому внесенні софорозоліпідів у забруднені ділянки ґрунту ступінь розпаду вуглеводнів збільшувався вдвічі [111, 127]. Різні методи біоочищення забруднених нафтою ґрунтів стають ефективнішими при внесенні ПАР, синтезованих бактеріями роду Rhodococcus. Доведено, що внесення сурфактантів Rhodococcus у ґрунт приводить не тільки до збільшення ступеня деградації нафти, але й до суттєвого збільшення популяцій бактерій, які здатні окиснювати сиру нафту [48, 61, 73, 141]. Під дією біосурфактантів бактерій роду Rhodococcus також починається розкладання аліфатичних та ароматичних вуглеводнів і прискорюється процес біологічного очищення на 20-25%. Подібні результати були одержані при використанні рамноліпідів, синтезованих представниками роду Pseudomonas. Використання біокомплексу ПАР-полімер, синтезованого Pseudomonas sp. PS-17, стимулювало процеси утилізації нафтопродуктів мікроорганізмами
на 30 - 40 % [6].
Встановлено, що одночасне внесення нафтоокиснювальних мікроорганізмів R. erythropolis та R. rubber у забруднені вуглеводнями ґрунти виявилося найбільш ефективним та привело до зменшення на 75,5 % вмісту нафти за три місяці очищення [80, 179]. Крім цього, Rhodococcus sp. MS11 здатен до розкладання хлорбензену, хлорбензолу та різноманітних н-алканів (від н-гептану до н-тріаконтану) [93, 125].
Найголовнішою перевагою мікробних ПАР є те, що вони не збільшують токсичність нафтопродуктів, а також частково емульгують нафту, чим підвищують її доступність для мікроорганізмів. Їх використання відзначається низькими експлуатаційними витратами, простим обслуговуванням, надійністю очистки, що зумовлює практично повну деградацію органічних сполук до оксидів вуглецю, азоту та ін. На противагу мікробним ПАР, використання хімічних засобів завдає великої шкоди екосистемам та сповільнює відновлення [53, 183]. Пропонують різноманітні варіанти застосування мікробних ПАР у процесах очищення: використання мікроорганізмів-продуцентів ПАР для утилізації забруднюючих речовин; обробка забрудненої зони розчинами ПАР для солюбілізації вуглеводнів, що стимулює розвиток природної мікрофлори; очищення найбільш забруднених ділянок із застосуванням біореакторів, у яких здійснюється пряме очищення ґрунту розчинами ПАР [80, 125].
2.1.2.
Очистка довкілля від важких металів
Для очищення ґрунтів від важких металів використовуються багато методів які можна розділити на біологічні та хімічні (фізико-хімічні). Серед біологічних методів найрозповсюдженішим є використання поверхнево-активних речовин. Вони можуть видаляти метали з забруднених поверхонь різними способами: утворювати комплекси з металами, збільшуючи їх поверхневе видалення або забезпечувати десорбцію металів з поверхонь [131, 140].
У літературі описано формування стійкого комплексу важких металів (кадмій, свинець, цинк, ртуть) з біосурфактантами монорамноліпідами, синтезованими P. аeruginosa ATCC 9072 та P. аeruginosa RL-1 [80, 116, 142]. Утворення такого комплексу дає змогу легко видалити його з води та ґрунту. Крім того доведено, що рамноліпіди суттєво зменшують токсичність кадмію за рахунок утворення комплексу з цим металом та взаємодії рамноліпідів з поверхнею клітини, що приводить до зміни її поглинаю