Криобиологические сосуды > Материалы и биотехнология > Превращение, накопление и иммобилизация металлов микроорганизмами

Превращение, накопление и иммобилизация металлов микроорганизмами


Побуждаемая строгими законами об охране окружающей сре­ды, необходимостью извлечения ценных металлов и очистки промышленных вод для их повторного использования, горно­рудная промышленность все шире применяет новые физико-хи­мические технологии для очистки сточных вод. Слишком часто эти технологии оказываются крайне дорогостоящими и неэф­фективными. Все больше фирм приходят к убеждению, что для очистки сточных вод можно использовать биологические про­цессы, причем эти процессы могут быть более экономичными и эффективными, чем обычно применяемые методы. Некоторые промышленные предприятия широко используют эти процессы для удаления из рудничных сточных вод примесей неорганиче­ских ионов. Применяемые системы обычно представляют собой большие отстойники или проточные пруды с медленным тече­нием, в которых растут водоросли и микроорганизмы. Эти ор­ганизмы накапливают растворенные металлы и их частицы или образуют продукты, переводящие примеси в нерастворимую форму. Обычно используемые процессы биологической очистки сточных вод мало подвержены прогрессу, эту технологию мож­но рассматривать как несложную. Исследования последних лет показывают, что многие микроорганизмы способны накапливать металлы в больших концентрациях и содержат структурные компоненты, которые могут избирательно связывать специфи­ческие ионы. Селекция микроорганизмов, способных накапли­вать металлы, и создание технически более совершенных систем в целях использования этих организмов для удаления всех или отдельных загрязняющих ионов, присутствующих в малых ко­личествах в больших объемах сточных вод, могли бы получить широкое применение в горнодобывающей промышленности и в других отраслях индустрии, где образуются сточные воды.
Извлекать металлы из окружающей среды способны все микроорганизмы, поскольку такие металлы, как железо, магий, цинк, медь, молибден и многие другие входят в состав ферментов или пигментов, подобных цитохромам или хлорофиллам. В ряде случаев металлы накапливаются микроорга­низмами в значительных количествах в бактериальной клетке могут содержаться ионы калия в концентрации 0,2 М, даже если в среде калий присутствует в концентрациях 0,0001 М и ниже. В ходе эволюции у микроорганизмов сформировались системы поглощения, специфичные к определенным металлам и способные к значительному их концентрированию. В резуль­тате метаболических реакций, протекающих у микроорганизмов, могут происходит различные превращения металлов: выделяемне в окружающую среду продукты метаболизма способны образовывать комплексы с металлами или осаждать их из рас­творов некоторые металлы могут переводиться с их помощью в летучие формы и удаляться из раствора; металлы могут окис­ляться или восстанавливаться. Так, в разделе, посвященном выщелачиванию металлов, мы уже рассматривали окисление железа [Fe(II)—>Fe(III) +e-]. Fe(III) может также восста­навливаться до Fe(II) при дыхании ряда бактерий. За счет использования восстановительных эквивалентов дыхания может происходить восстановление селената, селенита, теллурата и теллурита до свободных металлоидов таким путем осуществля­ется иммобилизация этих металлоидов.
 Возможные взаимодействия между металлами и микробной клеткой

Рис. 5.3. Возможные взаимодействия между металлами и микробной клеткой: поверхностная адсорбция, внутриклеточное накопление, перевод в летучую форму, комплексообразование с выделяемыми органическими соединениями и 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 комплексо­образование 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.