Підвищення рухомості важких металів використовують одночасно з промивкою ґрунту. Такі заходи проводять у місцях промислового вироб ництва при рівнях забруднення, небезпечних для здоров'я людини. При використанні протитокового методу екстракції важких металів, який включає видалення карбонатів, кислотну сопюбілізацію, промивку і вап нування, можна вилучити більш як 85% кадмію, 15% міді і свинцю, 25% цинку. Розроблені також технології очистки забрудненого ґрунту, які включають електроосмос, кислотну промивку та ін., проте вони є дуже витратними (50-500$ США/т ґрунту) І вимагають спеціального облад нання. До того ж ці промивки негативно впливають на структуру ґрунту, вміст гумусу та інші його властивості.
- Фітосанація. В природі існують рослини, яким притаманна здат ність витримувати присутність у ґрунті важких металів у великих кілько стях і, більш того, накопичувати їх у зеленій масі. Одним із таких є металостійкий І гілеракумулюючий вид ТТі/аарг саегиіезсепз, який у кислих ґрунтах може накопичувати на 1 кг сухої біомаси до 18455 мг цинку та до 1020 мг кадмію. У разі використання рослин для очищення ґрунту їх біомасу, як правило, захоронюють або спалюють (за умов використання фільтрів, які затримують аерозольні продукти спалювання).
Властивість накопичувати іони важких металів у фітомасі виявля ють і сільськогосподарські культури - зернові, зернобобові, овочеві. Зважаючи на це, на ґрунтах, забруднених важкими металами, вирощу ють переважно технічні культури, що йдуть на переробку, або такі, що слабо накопичують метали.
- Використання мікроорганізмів для оздоровлення фунту. Цей за сіб санації базується на здатності мікроорганізмів вилучати з фунту ва жкі метали, акумулюючи їх усередині клітин. Пом'якшення токсичної д ії важких металів у ґрунті може відбуватись І внаслідок їх взаємодії з про дуктами метаболізму мікроорганізмів. Так, наприклад, біогенний сірко водень, який продукується сульфатвідновлювальними бактеріями, оса джує важкі метали у вигляді нерозчинних сульфідів. Певну роль відігра ють і мікробні екзололісахариди, які можуть зв'язувати метали, видаля ючи їх із середовища. Мікроорганізми можуть впливати на рН ґрунту і таким чином змінювати рухомість катіонів важких металів. Такі продукти життєдіяльності мікроорганізмів як органічні кислоти підвищують роз чинність, а відповідно, і рухомість важких металів.
Мікробну реабілітацію ґрунтів, забруднених важкими металами, можна здійснювати шляхом використання як спеціально селекціонова них і адаптованих культур мікроорганізмів, так і активізацією розвитку аборигенної мікробіоти, яка неспецифічно акумулює важкі метали. Для
249
цього у ґрунт необхідно внести відповідні джерела живлення, напри клад. органічні і мінеральні добрива.
Як бачимо, для оздоровлення ґрунтів, забруднених важкими мета лами, можливе застосування різних заходів. їх вибір залежить від цілей використання земель, крім того, необхідно враховувати тип ґрунту, вид забруднення та можливий вплив того чи іншого заходу на ґрунтову мікробіоту.
12.2.2. Забруднення нафтою та продуктами ї переробки
У зв'язку з Інтенсифікацією споживання енергоносіїв нафта і проду кти її переробки все частіше стають джерелами забруднення фунту, особливо при порушення правил Тх збереження І транспортування, які призводять до аварійних розливів. Підраховано, що при видобутку, транспортуванні і переробці щорічно втрачається біля 50 млн. т нафти. Нафта змінює фізичні властивості ґрунту, особливо зростає гідрофоб ність фунтових часточок. Це викликає зменшення інтенсивності транс пірації, порушення газового режиму при обмеженні проникності кисню, зміну окисно-відновного потенціалу і кислотності шарів ґрунту, що зна ходяться нижче верхнього забрудненого шару. Зміни можуть бути незворотними і призводити до утворення бітумних солончаків, гудронізацм, цементації.
Токсичність нафти для мікробіоти і рослин визначається наявністю в ній летких ароматичних вуглеводнів (толуолу, ксилолу, бензолу), наф талінів та деяких водорозчинних фракцій: вуглеводні, нафтенові кисло ти, феноли. При випаровуванні їх із фунту токсичність нафтозабруднення зменшується. Нелеткі ароматичні сполуки типу крезолів, толуїди ну менш токсичні, але вони довше залишаються у воді і фунті.
Дія нафти на мікроорганізми визначається її концентрацією. Низькі концентрації нафти мають стимулюючий вплив на мікроорганізми, оскі льки вони слугують енергетичним субстратом, а також містять речови ни, які стимулюють ріст мікробіоти і рослин. При масованому попаданні у ґрунт значної кількості нафти вона має гостру токсичну дію на мікробні угруповання. Так за даними Д.Г. Звягінцева, В.С. Ґузєва, за концентра ції, яка на перевищує 0,7 мл/кг ґрунту, мікробне угруповання стійке до забруднення; при збільшенні вмісту забруднення до 50 мл/кг в угрупо ваннях відбувається зміна домінуючих видів (переважають стійкі до за бруднення види); в інтервалі концентрацій від 50 до 300 мл/кг видовий склад мікробіоти збіднюється до 2 -3 видів, стійких до забруднень; подальше збільшення вмісту нафти у ґрунті понад 300 мг/кг викликає
250
повну загибель мікроорганізмів. Слід зазначити, що насіння тест-рос- лин (крес-салату) втрачає схожість і гине вже при концентрації нафти
50мл/кг ґрунту.
Уґрунтах, забруднених нафтою та продуктами нафтопереробки, відбуваються зміни чисельності мікроорганізмів основних екологотрофічних груп. Як показали дослідження О.М. Дульгерова, у чорно земному ґрунті (Полтавська область), забрудненому нестабільним бензином (гасовий конденсат) у дозі 600 мг/кг, найбільш чутливими до забруднення нафтою є амоніфікуючі, нітрифікуючі бактерії, целюлозоруйнівні мікроорганізми; більш стійкими виявились оліготрофні і слороугворюючі бактерії. Із ґрунтів, забруднених нафтою, виділені також резистентні штами грибів - Aspergillus flavus, Fusarium moni liforme, РепІсіНіит lanosum, які виявляли здатність рости у рідких по живних середовищах за присутності н-алканів у концентраціях від 0,2 до 20%.
Трансформація нафти І нафтопродуктів мікроорганізмами.
Важливою екологічною властивістю мікроорганізмів є здатність засвою вати вуглеводні як єдине джерело вуглецевого живлення або здійсню вати їх деструкцію шляхом кометаболізму при засвоєнні інших джерел живлення, існують мікроорганізми, здатні окиснювати різні вуглеводні - н-алкани, ароматичні вуглеводні, тверді парафіни. Такі властивості ви явлені у представників бактерій Arihrobacter (A.para№neus, A.simplex), Nocardia (N.peti-oliophila), Pseudomonas (P.aeruglnosa, P.fluorescens, P.oleovorans), Mycobacterium (M.smegmatis), Corynabacterium (C.glutamicum), Bacillus (B.megaterium), Rhodococcus, дріжджів родів Candida, Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces, Tordopsis, грибів родів Cfadosporium, Penidliium, Mortierella, Puliularia. Саме Ці мікроорганізми пе реважають в угрупованнях водойм і (фунту при нафтозабрудненні. За вдяки діяльності вуглеводеньокиснюючих мікроорганізмів нафта транс формується до простих сполук, відбувається накопичення нової органі чної речовини і подальше її включення до кругообігу вуглецю.
Засвоєння мікроорганізмами аліфатичних (ланцюгових) і цикліч них вуглеводнів відбується аеробним і анаеробним шляхами.
Для н-алканів визначені такі шляхи аеробного окиснення:
•монотермінальне окиснення кінцевої метильної групи до первинної спиртової групи за участю монооксигенази з подальшим її окисненням послідовно до альдегіду монокарбонової кислоти, яка підлягає ß-окис- ненню;
•монотермінальне окиснення з утворенням через вторинний спирт відповідного метилкетону;
251
• дитермінальне окислення, копи термінальні групи н-алкану окиснюються одночасно або послідовно з утворенням дикарбонових кислот.
Цикпоалкани (циклопентанол, циклогексан) є більш стійкими сполу ками. Частіше усього їх деструкція відбувається за умов кометаболізму при одночасному окисленні з легкозасвоюваними субстратами або з н-ал- канами. Цикпоалкани не індукують синтез ферментів, які викликають їх окислення.
Ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол, нафталін) транс формуються мікроорганізмами шляхом гідроксилювання, руйнування ароматичного кільця і перетворення дифенолів.
Стосовно анаеробної деструкції вуглеводнів відомостей мало. Є дані про те, що багатоланцюгоеі алкани й алкени можуть використову ватись сульфатвіднолювальними бактеріями, що віднесені до 5-підкла- су протеобакгерій, а також деякими метаногенними бактеріями. Перед бачається, що початковими етапами анаеробної деструкції вуглеводнів
єактивація молекули з наступним відривом Сі -фрагменту,
Уприродних середовищах розрізняють 3 основні стадії деградації
нафти.
На першому етапі домінують фізико-хімічні процеси випаровуван ня, Інтенсивність яких залежить від якості нафти, її щільності, в'язкості, наявності колоїдів, здатних ії зв’язувати, а також від температури сере довища. Завдяки вивітрюванню і випаровуванню видаляються низько молекулярні газові і лепсолеткі компоненти нафти, які зумовлюють гост ру токсичність забруднення.
На другому етапі відбувається мікробна деградація нафти абори генними мікробними популяціями, які використовують нафту як джерело вуглецевого живлення. Цей етап може тривати декілька років. У цей пе ріод відбувається мікробне окиснення нафти, яке веде до спрощення її структури. Завдяки діяльності вуглеводеньокиснюючих мікроорганізмів зменшується вміст низькомолекулярних фракцій - м-алканів (із довжи ною ланцюга С ,5-С 1в) і простих ароматичних вуглеводнів. Більш по вільно розкладаються важкі фракції н-алканів (із довжиною ланцюга С27-С 30) і поліциклічні ароматичні вуглеводні, залишаються нерозкладеними смоли і асфальтени (тритерпени). У той же час накопичуються проміжні продукти деструкції - ароматичні й аліфатичні ефіри, кетони,
альдегіди.
На третьому етапі у середовищі залишаються тільки високомолекупярні І важкодоступні для мікроорганізмів фракції, які руйнуються, переважно, шляхом кометаболізму. а не як ростові субстрати.
Природне самоочищення ґрунту від нафтового забруднення є дов готривалим. Наприклад, У дерново-підзолистому ґрунті при забрудненні дозою 8-24 л нафти на 1 м3 поверхні через рік її запишається до 4 0 -
252
45%. Швидкість деструкції нафти залежить від багатьох факторів: типу фунту, механічного складу, вологості, аерації, pH, вмісту органічної ре човини та ін. Важливу роль в очищенні фунту від нафтозабруднень віді грають мікроорганізми.
Інтенсифікації цього процесу можна досягнути двома шляхами: 1 - створенням оптимальних умов для деструкції нафтозабруднень абори генними угрупованнями; 2 - інтродукцією у середовище селекціонова них культур - активних деструкторів нафти.
Для очищення середовища першим шляхом необхідно у забруднені водойми і ґрунт вносити елементи мінерального живлення (у першу чергу, азот і фосфор). Тоді за умов споживання азоту мікроорганізми вимушені компенсувати потреби у вуглеці з нафтопродуктів. Наприклад, застосування азотних і фосфорних добрив прискорює деградацію наф ти: за 16 місяців вона розкладається на 60-70% .
За умов застосування спеціально селекціонованих бактеріальних культур для підвищення активності деструкції також необхідно забезпе чувати мікроорганізми мінеральними компонентами живлення. Очищен ня середовищ за допомогою мікробних культур-деструкторів нафти від бувається з більшою швидкістю.
Технології рекультивації фунтів, забруднених нафтою, базуються на використанні чистих або змішаних культур, здатних розкладати наф ту, а також на методах стимуляції мікробної деструкції нафти шляхом вапнування кислих ґрунтів, внесення мінеральних і органічних добрив, оранки. Стратегія рекупьтиваційних заходів передбачає таю етапи:
Підготовчий етап безпосередньо після забруднення полягає у ме ханічному збиранні забруднень, після чого проводиться розпушування фунту для інтенсифікації випаровування летких фракцій та окиснення окремих її компонентів.
Етап інтенсифікації мікробно/ деструкціїполягає у створенні умов для стимуляції розвитку аборигенних популяцій вуглеводеньокиснюючих мікроорганізмів. Оскільки ароматичні сполуки використовуються мі кроорганізмами як джерело вуглецю, доцільно вносити у ф унт джерела азотного і фосфорного живлення у ф ірм і мінеральних добрив. Необ хідно також забезпечувати нормальні умови вопогозабезлечення й аерації. В природних умовах самоочищення ґрунтів триває два-три десятиріччя. Процес очищення фунтів від вуглеводнів нафти можна прискорити за рахунок внесення бактерій-двструкторів. Селекціоновані високоактивні деструктори нафти - Mycobacterium ßavescens EX-91, Rhodococcus erythropoiis, R. longus, Arthrobacter ceroformans, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus megaterium, Candida lipolitica. Існує ряд комерційних препаратів, внесення яких у ґрунт значно прискорює процес його очи щення (табл. 12.7).
253