Микробиологическое и химическое самоочищение

Микробиологическая трансформация загрязняющих веществ считается одним из основных каналов самоочищения природной водной среды. Микробиологические биохимические процессы включают реакции нескольких типов. Это реакции с участием окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов (оксидаз, оксигеназ, дегидрогеназ, гидролаз и др.). Оптимальная температура для протекания процессов биодеградации загрязняющих веществ составляет 25—30 °С.

В природных условиях микробное сообщество получает энергию из различных источников. При этом виды, существующие на следовых количествах того или иного загрязняющего вещества как на единственном источнике углерода, находятся в состоянии конкуренции друг с другом. При наличии в среде нескольких источников углерода предположение о том, что вещество Р лимитирует рост популяции, может нарушаться. При этом понятие выхода клеток (γ) на единицу утилизируемого вещества Р неприменимо. Если вещество Р трансформируется микробиологически без изменения размеров популяции, то величина γ стремится к нулю. Это явление называют кометаболиэмом.

Таким образом, скорость микробиологической трансформации вещества зависит не только от его химических свойств и структуры, но и от метаболической способности микробного сообщества.

В ряде случаев удельная константа скорости биолиза не зависит от фазы роста популяции, от местности и видового состава микробного сообщества. Как правило, константа скорости микробиологической трансформации загрязняющего вещества коррелирует с константой скорости щелочного гидролиза вещества. Это свидетельствует о роли гидролитических процессов в микробиологической трансформации веществ, подверженных щелочному гидролизу.

В естественных условиях средних широт в результате микробиологических процессов наиболее быстро распадаются н-алканы (на 60 — 90% за три недели). Разветвленные алканы и циклоалканы распадаются медленней, чем «-алканы, — за неделю на 40 %. Низкомолекулярные ароматические углеводороды минерализуются быстрее насыщенных углеводородов, однако, полиароматические углеводороды разрушаются медленно. Биодеградация ароматических углеводородов сопровождается раскрытием ароматических колец за счет промежуточного образования орто-диолов. Фенолы и крезолы разрушаются микроорганизмами весьма эффективно. Замещенные ди- и трихлорфенолы разлагаются полностью в донных отложениях в течение 5 — 7 дней, нитрофенолы — в течение 14 — 20 дней.

На процессы биодеградации Загрязняющих веществ оказывают влияние множество факторов — освещение, содержание в воде кислорода, питательных веществ, кофакторов.

Даже если микроорганизмы обладают необходимым для разрушения ЗВ набором ферментов, они могут не проявлять активности из-за отсутствия дополнительных субстратов или кофакторов. Поэтому многие ЗВ могут микробиологически распадаться только в условиях кометаболизма, т.е. при обеспечении соответствующими косубстратами, кофакторами и т.д.

В природных условиях возможна ситуация, когда трансформация того или иного ЗВ, осуществляемая под действием немногочисленных второстепенных представителей микробного сообщества, будет описываться уравнением первого порядка, в то время как ее скорость не будет зависеть от размеров и численности доминантных микробиаль-ных видов.

Фактически, несмотря на высокие потенциальные возможности бактерий в отношении химической трансформации ЗВ, в природных условиях они не всегда могут быть реализованы. Так, внесение активных микроорганизмов в водоем зачастую не оказывает влияния на скорость трансформации ЗВ в природных условиях.

Необходимо остановиться на еще одной особенности микробиологических процессов трансформации ксенобиотиков (от греч. ксейос — чужой, биос — жизнь). Это возможность образования продуктов трансформации, которые оказываются более токсичными, канцерогенными и мутагенными соединениями, чем исходные вещества. Возник даже специальный термин "токсификация", т.е. процесс, при котором исходно малотоксичный ксенобиотик подвергается в организме воздействию ферментов и становится более токсичным. Это касается трансформации некоторых ароматических аминов (гидроксилирование), соединений, содержащих ароматические нитро- и азогруппы (образование нитрозосоединений), ароматических соединений (образование эпокси-дов) и др.

Химическое самоочищение. Процессы перераспределения загрязняющих веществ в водной среде могут сопровождаться их химической трансформацией. При этом трансформация веществ может осуществляться как в растворенном, так и в сорбированном состояниях. Рассмотрим некоторые особенности кинетики трансформации загрязняющих веществ в природных водах в результате процессов гидролиза, фотолиза и окисления.

Дата добавления: 2013-12-14