Формирование ремедиационных биоценозов для снижения антропогенной нагрузки на водные и почвенные экосистемы

• Автор: Янкевич, Марина Ивановна
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Щелково
• Количество страниц: 338 с. : ил

1.1Л .Методы иммобилизации ферментов и клеток.

1.1.2.Природа сил адгезии микроорганизмов.

1Л .3.Факторы, влияющие на сорбцию клеток на носителях

1Л.4. Физиологическое состояние и жизнеспособность иммобилизованных

клеток

1Л .5. Виды сорбентов, применяемых для иммобилизации клеток микроорганизмов.

1Л .6. Иммобилизация клеток и сообществ микроорганизмов в природе как модель формирования искусственных ценозов.
1.2. Экологобиохимический потенциал микроорганизмов и альго бактериальных консорциумов по отношению к биодеструкции нефтяных углеводородов и других ксенобиотиков .

1.2Л. Биодеградация ксенобиотиков общие генетические и биохимические механизмы

1.2.2. Биотехнологический потенциал микроорганизмов для борьбы с загрязнениями нефтяные за1рязнения
1.2.3. Биоселективные препараты как первая ступень создания искусственных ремедиационных биоценозов
1.3. Водные и почвенные экосистемы в условиях техногенного загрязнения
и современные способы их ремедиации.
1.3.1.Влияние загрязнения нефтыо и нефтепродуктами на почвенную микрофлору
1.3.2.Влияние нефтезагрязнений на водную микрофлору.
1.3.3.Биотехнологические основы формирования искусственных ассоциаций и биоценозов микроорганизмовдеструкторов.
1.3.4.Современные методы ремедиации водных и почвенных экосистем
1.4.Заключение по обзору литературы.
Глава 2. Объекты и методы исследования6.
2.1. Характеристика углеводородокисляющих культур микроорганизмов и условий их культивирования.
2.2. Среды и условия культивирования водорослей.
2.3. Методы выделения и очистки водорослевых культур
2.4. Определение устойчивости водорослей и искусственных ассоциаций к мазуту .
2.5.Характеристика носителей.
2.6. Получение иммобилизованных клеток .
2.7. Условия проведения экспериментов по биодеструкции нефтяных УГВ нативными и иммобилизованными клетками.
2.8.0пределенис концентрации ионов аммония, нитратов, фосфатов и маг
ния в почве
2.9. Методы качественного и количественного определения нефтяных уг
леводородов и продуктов их окисления
2Методика проведения 1 гопочвенного эксперимента. 7.
2Методика проведения 2ого почвенного эксперимента
Толевой эксперимент биодеградации сырой нефти
3.Промышленная апробация метода очистки почвы от высоких концентраций мазута.
2 Апробация фитобиотехнологического метода очистки особо загряз
ненных вод накопителя жидких отходов
Глава 3. Исследования и разработка методов иммобилизации клеток алканотрофных бактерий, дрожжей и их ассоциаций.
3.1. Выбор микроорганизмов, окисляющих нефть и нефтепродукты
3.2. Подбор носителей для иммобилизации культур мазутоокисляюших микроорганизмов и их ассоциаций
3.3. Изучение процесса иммобилизации дрожжевых и бактериальных культур на поликапроамидных и ноливинилепиртовых волокнах
3.4.Адгезия дрожжевых и бактериальных клеток на вермикулитах
3.5.Иммобилизация клеток i7X на торфяном носителе.
3.6.Исследование жизнеспособности иммобилизованных бактериальных и
дрожжевых культур.
Глава 4. Изучение процессов деструкции товарной нефти в водных и почвенных экосистемах.
4.1.Деградация товарной нефти культурами, иммобилизованными на вермикулите .
4.1.1. Биодсструкция товарной нефти в водных средах.
4.1.2. Биодеструкция товарной нефти в почве.
4.2. Очистка воды от нефтепродуктов с помощью иммобилизованной на поликапроамидных волокнах ассоциации С.i i 7 и .ii
Глава 5. Исследование процесса биодеструкции тяжелых нефтепродуктов
и разработка методов управления им в условиях сильного загрязнния почв и грунтов
5.1. Выбор и оптимизация питательных сред для микроорганизмовнефтедестру кгоров
5.2. 1ый почвенный эксперимент
5.3. 2ой почвенный эксперимент.
5.3.1. Изменения величины и влажности в эксперименте
5.3.2.Состояние алканотрофной микрофлоры при биодеструкции мазута в почве
5.3.3. Динамика снижения концентрации биогенных ионов
5.3.4.Изменение концентрации нефтяных углеводоро
5.3.5. Изучение окисления тяжелых нефтепродуктов методами ИК и ЯМР
спектроскопии.
5.4.Промышленная апробация биотехнологии очистки сильно загрязненных мазутом грунтов
Глава 6. Разработка методологии формирования многоуровневых ценозов для создания биотехнологий ремедиации водных экосистем, загрязненных нефтяными углеводородами и другими токсикантами
6.1. Изучение устойчивости клеток водорослей к загрязнению среды мазутом.
6.2. Разрушение мазута сформированными альгобактериальными ценозами
6.3. Разработка и апробация фитобиоремедиационной технологии очистки воды, содержащих органические и неорганические токсиканты.
6.3.1.Методология формирования искусственных биоценозов для очистки токсичных вод.
6.3.2. Этапы реализации фитобиотехнологии очистки токсичной воды накопителя жидких отходов
6.4.Результаты работы пилотной установки по очистке токсичных вод
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДС ТВУ
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Работа выполнялась в ВиТИБГ1 ВАСХН в рамках постановлений ЦК КПСС и Совмина СССР 2 и 7 о развитии биотехнологии и программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на годы, а также РК 0. , ИК .9. и РК .9., ИК .
I
ВВЕДЕНИЕ


Поэтому дзетапотенциал и электростатическое поведение клеток и адсорбента определяется как их химическими свойствами и степенью ионизации поверхности, так и свойствами среды, где они находятся Звягинцев, Синицин и дЬ. Адсорбция клеток но механизму ионионного взаимодействия, как правило, описывается уравнением Лэнгмюра, характеризующим мономолекулярную адсорбцию, однако, наряду с этим, известны 8образные зависимости Синицин и др. Важной разновидностью адсорбционной иммобилизации клеток является их прикрепление к носителю за счет электростатических сил и сил ВаддерВаальса. Известно, что при взаимодействии заряженных или поляризованных поверхностей клеток и адсорбента между зарядами или диполями, окруженными двойным электрическим слоем ионов, возникают электростатические силы, энергия которых увеличивается со снижением размеров взаимодействующих частиц. Суперпозицией электростатических и вандерваальсовых сил объясняются многие особенности поведения систем клеткасорбент. В общем случае энергию взаимодействия клеток и адсорбента определяют уравнением ДерягинаЛандау в рамках классической стабильности коллоидных систем Дерягин и др. Величина потенциального барьера для бактериальной клетки составляет 4 Дж. Кинетическая энергия клеток, движущихся со скоростью мкмс , недостаточна для его преодоления Дерягин и др. Синицин и др. Потенциальный барьер и силы отталкивания между поверхностями уменьшаются при введении в среду электролитов и экранировании зарядов на поверхности клетки и адсорбента, который увеличивается с ростом концентрации солей Звягинцев, Никовская, Синицин и др. При уменьшении радиуса взаимодействующих частиц уменьшаются силы отталкивания и, соответственно, величина потенциального барьера. Поэтому деформированные клетки или фрагменты клеток, имеющие меньшие, чем клетка размеры, легче преодолевают потенциальный барьер. Это же является причиной прикрепления к адсорбенту палочковидных клеток своим окончанием Звягинцев, Синицин и др. На адсорбцию клеток за счет сил ВандерВаальса влияют гидратационные эффекты. Если вещества, формирующие поверхности контакта адсорбента и клетки гидрофобны, то гидратационная оболочка препятствует агломерации клеток на поверхности. Но при осуществлении контакта происходит дегидратация поверхностей, после чего между ними возникает прочное взаимодействие. Если вещества, формирующие поверхность контакта, гидрофильны, то гидратная оболочка не препятствует взаимодействию и гидратный слой при контакте не вытесняется. Гидратационные эф
фекты также играют роль осмотическогофактора. Прочность адгезионного взаимодействия и количество адсорбированных клеток зависят от соотношения свободной поверхностной энергии адсорбента и клеток, количество адсорбированных клеток возрастает до тех пор, пока свободные энергии взаимодействующих поверхностей не уравняются. При дальнейшем увеличении свободной поверхностной энергии адсорбента число адсорбированных клеток уменьшается Синицин и др. Близость поверхностных энергий адсорбента и клеток является принципом выбора оптимальной пары адсорбентклетка. Если адсорбент характеризуется низкой поверхностной энергией, можно ожидать адсорбции значительного числа клеток, но с небольшой прочностью образующихся связей. На адсорбенте, имеющем высокую поверхностную энергию, будет фиксироваться сравнительно небольшое количество клеток, но прочность их закрепления будет велика , . В нескольких работах по адсорбции клеток показана се аналогия с адсорбцией коллоидов, получена образная изотерма адсорбции и установлено увеличение количества адсорбированных микроорганизмов с понижением температуры, что также указывает на адсорбционный характер процесса Дерягин и др. Кроме того, поверхность бактерий гидрофобна, несет электростатические заряды. Размеры микроорганизмов, как известно, лежат в пределах 0,5 0 мкм, но у большинства микроорганизмов, особенно у самых активных, у бактерий, они составляют в среднем около 1 мкм Шлегель, и их нижняя граница перекрывается с верхней границей размеров коллоидных частиц Дерягин и др.