Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
внеклеточное осаждение.
Ниже перечислены основные механизмы иммобилизации, комплексообразования
или других способов удаления металлов из растворов микроорганизмами: 1)
перевод в летучую форму; 2) внеклеточное осаждение; 3) внеклеточное
комплексо-образование и последующее накопление; 4) связывание клеточной
поверхностью; 5) внутриклеточное накопление.
Все эти реакции изображены на рис. 5.3. Понятно, что указанные процессы
могут перекрываться, поскольку один из них способен давать начало другому
или быть его составной частью.
Материалы и биотехнология
207
5.3.1. Перевод в летучую форму
В настоящее время твердо установлено, что многие микроорганизмы способны
метилировать ртуть. Это приводит к превращению ионов Hg(II) из осадка или
раствора в метилртутные •соединения (например, диметилртуть), которые
уходят в атмосферу. Такое превращение может быть важным этапом в
природном круговороте ртути. Возможно также микробиологическое
метилирование других металлов, например мышьяка, теллура и селена,
которые таким способом удаляются из почвы и .воды. Подобные процессы
могут играть важную роль в природных циклах этих металлов и иметь
значение, например, при ¦образовании обедненных селеном почв или при
удалении токсичных металлов при обработке сточных вод. Как бы то ни 'было
биотехнологические исследования, направленные на уменьшение или
увеличение подобной микробной активности, представляются весьма
перспективными.
5.3.2. Внеклеточное осаждение
Металлы могут иммобилизовываться и накапливаться в почвах и в осадочных
породах за счет связывания с продуктами метаболизма микробов или с
накапливающимися органическими •остатками. Эти процессы издавна
использовались человеком при очистке сточных и промышленных вод. При
обычной очистке сточных вод образующийся ил содержит целый набор
металлов, перешедших из воды. Живые клетки и органические остатки,
присутствующие в отстойниках или проточных прудах, будут накапливать эти
металлы, которые впоследствии оказываются в осадках. Для удаления
металлов из промышленных •стоков или из рудничных вод в горнорудной
промышленности используют пруды, в которых "цветут" водоросли (их
усиленный рост стимулируется органическими или минеральными питательными
веществами, которые содержатся в воде).
Один из наиболее удачных примеров внеклеточного осаждения - перевод
металлов в осадок путем осаждения сероводородом, образуемым
сульфатредуцирующими бактериями. Эти бактерии обитают в анаэробных средах
во всех частях земного шара (в озерных, океанических и некоторых речных
осадках, бескислородных почвах, болотах и т. п.), и с их помощью
происходит сопряжение окисления органических веществ с восстановлением
сульфатов до сульфидов:
H2S04+8H = H2S-f 4Н20. (10)
Эта реакция может приводить к осаждению металлов в почвах и осадках,
например в виде пирита (FeS2). В масштабе геоло-.гического времени таким
способом могут накапливаться боль-
208
Глава 5
шие массы сульфидов металлов, например CuS. К образованию сульфидов ведет
разложение биомассы водорослей в осадочных породах. Схематически такой
процесс представлен на рис. 5.4. Оба этих процесса осуществляются в
природе и используются человеком в относительно небольших масштабах, если
говорить об общем количестве загрязненной металлами воды, которая
нуждается в очистке. Потенциальные возможности применения биотехнологии
для бактериального восстановления сульфатов в
Стадия 1: рост и отмирание водорослей и осаждение биомассы Солнечная
энергия
Углекислый газ. 1 t
Стадия 2: отложение и накопление сульфидов металлов в осадках
Поступление воды, содержащей металл
Отток очищенной воды
Металл + Сульфид
Сульфиды металла
HUS'
* Сульфат редуцирующие 1
_ _ бактерии в осадках используют простые" ¦
¦ органические соединения из разлагаемых1 микроорганизмами водорослей
Рис. 5.4. Существующая в природе система осаждения металлов. Отмершие
водоросли оседают на дно водоема (стадия 1) и при их последующем
разложении под действием микроорганизмов образуется сероводород,
осаждающий металлы (стадия 2).
целях очистки вод от металлов, а также для извлечения металлов из
разбавленных растворов совершенно очевидны. На рис. 5.5 показаны две
высокотехнологичные системы такого рода. В одноступенчатой системе в
хемостат с культурой сульфат-редуцирующих бактерий непрерывно поступает
раствор, загрязненный каким-либо металлом и содержащий сульфат и
питательные вещества типа лактата или в зависимости от природы
используемой бактерии углеводород либо органическую кислоту. Для
одновременного разложения сложных органических остатков можно применять
смешанные культуры бактерий.
Материалы и биотехнология
Ш
функционирующих в анаэробных условиях. При более строго контролируемом
процессе для получения сероводорода следует использовать раздельные
культуры сульфатредуцирующих бактерий; при этом сероводород необходимо
прокачивать сквозь загрязненную металлом воду, протекающую через
