Пояснительная записка к проекту

«Разработка и создание технологического комплекса для производства  высокоэффективных композитных биоминеральных сорбентов  и технологий для защиты акваторий и почвенных покровов   при чрезвычайных, стихийных и техногенных катастрофах, связанных  с разливом нефтеорганических и других опасных соединений, а также  создания быстровозводимых геозащитных периметров и защиты  водоносных слоев»

Любые сорбенты при всех их многочисленных достоинствах не в состоянии решать проблему утилизации адсорбируемых ими опасных органических веществ. Для удаления «поглощенного» адсорбентом вещества необходимо изъять из среды «нагруженный» адсорбент, что далеко не всегда возможно. Например, нельзя удалить мелкодисперсный, порошкообразный адсорбент, размеры частичек которого соизмеримы с фракциями песка и ила, из почвы. Невозможно удалить «нагруженный» неплавучий адсорбент из водных и, в первую очередь, морских экосистем.

Решать проблему утилизации опасных органических веществ могут только микроорганизмы. Следовательно, для повышения комплексной эффективности, для достижения целей ликвидации поллютантов в окружающей среде, а не только их концентрирования на адсорбенте необходимо объединить концентрирующие функции сорбента с утилизирующими способностями микроорганизмов. Для этого следует «зарядить» сорбент соответствующими микроорганизмами.

Здесь важно отметить следующий факт. Если многие адсорбенты полифункциональны в смысле широты сорбируемых ими веществ, то микроорганизмы, как и все другие живые объекты, обладают специфичностью функций, условий существования и условий проявления своей максимальной активности в отношении осуществляемых процессов. Микроорганизмы функционируют в соответствии с законами микробной экологии и популяционной биологии. Один из таких законов гласит, что микробиологический процесс только тогда значим (результативен), когда микроорганизмов его осуществляющих достаточно много и они достаточно активны. Т.о., для достижения результата, помимо специфичности микроорганизма в отношении утилизируемого вещества (веществ) требуется выполнить еще несколько условий. Необходимо обеспечить численность микроорганизмов и условия для проявления ими приемлемой активности. Последние два условия будет легче достичь, если специфичные функции микроорганизма в отношении утилизируемого вещества совместить с достоинствами сорбента. Следовательно, необходимо создать композит — «адсорбент – микроорганизм», что позволит усилить функции и адсорбента и микроорганизмов.

Преимущества такого композита достаточно очевидны. Во-первых, будут выполняться сразу два вида очистки экосистемы – физическая и биологическая. Во-вторых, будут выполняться две функции – сбор и концентрирование поллютанта и его утилизации до углекислоты и воды. В-третьих, в экосистеме не будет накапливаться сконцентрированный на адсорбенте поллютант и «нагруженный» поллютантом адсорбент не нужно будет удалять из экосистемы. В-четвертых, микробная биомасса, поступающая в водную или почвенную экосистему станет частью функционирующей в экосистеме пищевой цепи и тем самым усилит общую экологическую активность экосистемы. Перечисленные преимущества композита «сорбент – микроорганизмы» фактически составляют еще научную новизну предлагаемого проекта.

Помимо перечисленных фундаментальных преимуществ можно отметить и другие, не менее значимые. Сорбент будет выполнять для микроорганизмов несколько положительных функций, в том числе защитную от выедания хищниками, концентрировать органический субстрат, стабилизировать перепады физико-мимических факторов внешней среды (рН, температуры, а в почве и влажности) и даже частично обеспечивать минеральными элементами.

Однако такое очень привлекательное решение не является простым и потребует проведения некоторых исследовательско – практических работ. Потребуется селекция, изоляция, определение активности и идентификация микроорганизма для соответствующего условий и поллютанта. Так как проблемой утилизации углеводородов (УВ) занимаются давно, то уже известен список потенциальных представителей УВ-окисляющих микроорганизмов, бактерий и одноклеточных и мицелиальных грибов. Такими вероятными микроорганизмами могут быть представители родов бактерий: Rhodococcus, Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia Pseudomonas, Acinetobacter, одноклеточных грибов: Candida, Rhodotorula, Torulopsis или многоклеточных, например, представители рода Cladosporium и др. Однако это совершенно не означает, что любой штамм этих родов представляет интерес. Мнение, что микробиологическая составляющая может быть решена как и другие проблемы – покупкой какого либо рекламируемого, в том числе запатентованного штамма микроорганизма, является заблуждением. Дело в том, что микроорганизмы специфичны не только по функциям, но и местообитаниям. Повсеместность распространения микроорганизмов привела к созданию ложного представления о космополитизме микроорганизмов. Однако микроорганизмы, принадлежащие таксономически к одному и тому же роду и виду, но обитающие в разных экотопах, а тем более эколого-географических зонах не являются равноценными по их активности. Об этом говорит хорошо известный факт, а именно, ценными продуцентами биологически активных веществ являются именно отдельные, уникальные штаммы какого-то вида и рода, а не все его представители. Т.о. необходима селекция, изоляция и определение активности соответствующего микроорганизма для конкретных условий и определенного поллютанта. Для поддержания выделенного штамма микроорганизма, сертификации изолята(ов) на безопасность потребуются идентификация микроорганизма, определение его физиолого-биохимических свойств, что выполнимо только квалифицированными специалистам – микробиологами.

Помимо этих вопросов необходимо будет решить и другие, более частные вопросы. Например, известно, что как адсорбент, так и микроорганизмы несут электрический заряд. Поэтому необходимо предупредить возможную проблему удерживания микроорганизмов на поверхности неорганического сорбента. Необходимо решить проблему соотношения концентрации клеток соответствующего микроорганизма и доступной площади поверхности адсорбента. Другими словами необходимо оставить часть свободной поверхности на адсорбенте после закрепления на нем клеток бактерий для сорбирования поллютанта. Соотношение численности клеток микроорганизма и свободной площади для органических веществ можно решить только экспериментально.

Перечисленные позитивные преимущества минерально-микробных композитов, осуществляющих адсорбцию и утилизацию опасных веществ, в частности, углеводородов с превращением их в углекислоту и воду, т.е. полное обеззараживание экосистем, безусловно, являются наиболее перспективным способом.

 

Составил, ведущий научный сотрудник,

кафедры микробиологии биологического

факультета Московского государственного

университета имени М.В. Ломоносова,

доктор биологических наук

Семенов Александр Михайлович