Новая технология производства бактерий для очистки промышленных стоков от токсичных веществ

Российские ученые предложили использовать живые бактерии для очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Полученный сорбент представляет собой полисахарид, синтезированный почвенными бактериями, и позволяет эффективно очищать стоки от ряда тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Такой биофильтр может быть использован повторно, а его синтез не представляет технологических сложностей. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Immunology.

Сточные воды атомных электростанций и предприятий по производству и обогащению ядерной руды, содержащие тяжелые металлы и радионуклиды, требуют очищения для повторного использования или возврата во внешнюю среду. Наиболее эффективным сегодня считается использование биоматериалов в качестве основы для сорбентов.

Такие биоматериалы, предназначенные для адсорбции ионов тяжелых металлов и радионуклидов, должны обладать высокой способностью их связывания и стабильной трехмерной структурой, которая позволит очищать воду и использовать фильтры в течение долгого времени. Все эти свойства присущи гидрогелям на основе полисахаридов. Однако синтез полисахаридов с необходимой структурой — сложный и дорогостоящий процесс. Одним из способов сократить расходы, не теряя при этом эффективности, может стать использование бактерий, способных синтезировать полисахариды с заданными свойствами, и вторичных продуктов пищевой промышленности (например, сахарозы и различных желирующих субстанций)ля их культивации.

Сотрудники НИТУ «МИСиС», Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева, МГУ имени М.В. Ломоносова и Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН предложили использовать полисахариды, синтезированные почвенными бактериями вида Azotobacter vinelandii, в качестве сорбента для очистки сточных вод промышленных предприятий.

Исследование показало, что гидрогели, содержащие полисахарид-леван, синтезированный при культивировании бактерий в среде, модифицированной мелассой (кормовая патока, побочный продукт сахарного производства), способны эффективно адсорбировать высокотоксичные металлы и радионуклиды. Бактерии выращивались на протяжении 72 часов при температуре 28°C в среде с содержанием монокалийфосфата, фосфорнокислого калия, сульфата магния, отходов дистилляции, сульфата кальция, хлорида железа, молибдата натрия, дрожжевого эсктракта, сахарозы и агар-агара.

«Доказано, что наиболее эффективный синтез полисахарида-левана достигается при содержании в среде 5% мелассы и 2-15% отходов дистилляции. Бактерии, выращенные таким образом, производят леван, обладающий высоким молекулярным весом и стабильной молекулярной структурой, которая позволяет эффективно связывать натрий, магний, серу, кальций и железо. Гидрогели на основе левана и поливинилового спирта продемонстрировали высокую степень сорбции ионов тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий) и и радионуклидов (плутоний, уран)», — поясняет один из авторов исследования д.б.н., профессор кафедры физического материаловедения НИТУ «МИСиС» Георгий Максимов.

Важно, что биосинтезированные сорбенты могут быть рекультивированы и использованы повторно. Разработанная российскими учеными оригинальная технология производства данного сорбента, а также использование при этом вторичных продуктов пищевой промышленности создает предпосылки для эффективного и рентабельного направления биотехнологии, как с точки зрения экономики, так и экологии.

Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»