1.2.4. Деградація гетероциклічних сполук

Поряд з аліфатичними і ароматичними вуглеводнями небезпеку довкіллю несуть також гетероциклічні сполуки, в яких один із атомів карбону заміщений на інший елемент.

В дослідженні, здійсненому індійськими вченими [28], було виділено штами Pseudomonas pseudoalcaligenes KPN та Nocardia sp., здатні використовувати піридин та α-піколін (2-метилпіридин) як джерела вуглецю. Піридин та його похідні утворюються у великих кількостях під час газифікації вугілля, обробки сланців, у хімічній промисловості, та становлять високу небезпеку людському здоров’ю та довкіллю через токсичні, канцерогенні, тератогенні властивості. Завдяки гетероциклічній будові піридин добре розчиняється у воді та легко проникає у річки та ґрунтові води, що робить його ще більш небезпечним [28, 29].

Як відомо, біодеградація залежить не лише від ефективності мікроорганізму, але також від складу поживного середовища (джерел вуглецю, нітрогену, вмісту фосфору) та фізичних факторів (значення рН, температури). Тому спочатку були встановлені оптимальні значення для росту штаму на піридині (рН=7-7,5, t=30±2 °C, концентрація фосфору – 0,196 г/л). Особливістю даного є середовища є відсутність необхідності додатково вносити джерело азоту, так як його достатня кількість виділяється у формі амонію під час розкладу піридину.

Було встановлено, що використання P. pseudoalcaligenes KPN є більш ефективним у зв’язку з вищою швидкістю росту на обох субстратах (тривалість подвоєння біомаси становила 4 - 9,5 днів для піридину та 3,8 - 5,82 для α-піколіну, в той час як для Nocardia sp. ці значення склали 8,25 - 16,9 днів та 6,9 - 9,05 днів, відповідно. Швидшу деградацію α-піколіну можна пояснити впливом метальної групи на ароматичне кільце, що робить його менш стійким та, відповідно, більш доступним. Також штам KPN з ефективністю 99 % утилізував хінолін, 2,6-лутидин та β-піколін у концентраціях 100 мг/л, в той час як Nocardia sp. деградувала лише дві останні сполуки з ефективністю більш ніж 50 %. Було встановлено, що Pseudomonas pseudoalcaligenes KPN здатний деградувати піридин у концентрації 300 мг/л з ефективністю 97,6 %. Хоча для штаму Nocardia sp. не проводили визначення ефективності утилізації даних сполук, можна припустити, що воно теж є достатньо високим. Отже, даним штамам притаманний потенціал для біодеградації таких небезпечних сполук, як піридин та його похідні.

Такоє є інформація, про виділення іншого штаму роду Nocardia, ідентифікованого як Novaroides sp. 0S4, здатного деградувати піридин з утворенням 0,3 г клітин/ г піридину [30]. В ході метаболізму в середовище виділявся не ідентифікований пігмент з максимумом поглинання при 400 нм .

Показники деградації складових сполук нафти мікроорганізмами групи Nocardia наведено у табл. 1.1.

1.2.5. Біодеградація складових нафти імобілізованими клітинами бактерій роду Nocardia

Біологічні плівки, утворені імобілізованими клітинами, широко використовуються у очищенні стічних вод та інших процесах. Біореактори з фіксованими клітинами мають ряд переваг перед суспензійними клітинами, зокрема при імобілізації вдається досягти високої концентрації клітин та тривалості їх затримки у середовищі, підвищеною стійкістю клітин до токсичних сполук та вищою об’ємно-пропускною спроможністю завдяки незалежності швидкості росту клітин від швидкості розведення середовища у біореакторі .

У дослідженнях індійських науковців, присвячених можливості біодеградації фенолу імобілізованими клітинами Nocardia hydrocarbonoxydans NCIM 2386 у тарілчастому пульсуючому біореакторі [16] перевага імобілізованих клітин перед суспензійними була значнішою за більш високих швидкостей розведення. Також, імобілізовані клітини

проявили значну стійкість до високих концентрацій фенолу, в той час як для вільних клітин токсичний вплив фенолу проявлявся вже за концентрацій, нижчих 100 мг/л.

Дослідниками були встановлені біокінетичні параметри: μ_m = 0.5397 год^-1 ,K_S = 6,445 мг/л, K_I = 855,7 мг/л. Інгібування субстратом розпочиналося при концентраціях фенолу понад 74,26 мільйонних доль. Кінетику деградації фенолу у початковій концентрації 100 мг/мл наведені на рис. 1.3 [15].

Рис. 1.3. Біодеградація фенолу імобілізованими клітинами Nocardia

hydrocarbonoxydans NCIM 2386

Досить високих результатів біодеградації нафти було досягнуто використанням імобілізованих клітин N. vaccinii К-8 на керамзиті для очистки води від нафти на спеціально-сконструйованій установці (рис.1.4.). При продуктивності 0,68 л/год ефективність установки при концентрації нафти 100 мг/л складала близько 99 % і знижувалася до 90 % при підвищенні концентрації нафти до 250 мг/л [6]. Установка працювала з високою продуктивністю протягом 30 діб з періодичним внесенням диамонійсульфату у концентрації 0,01% спостерігалася ефективна робота установки напротязі 7 діб; на виході кількість залишкової нафти складала 12-16 мг/л. Позитивно впливало на ефективність роботи установки збільшення аерації до 0,1 л/л води на хв. Проте у даному дослідженні вищих результатів вдалося добитися для R. erythropolis EK-1 (2-3 мг/л нафти на виході), що входить у дозволені законодавством межі і дозволяє практично використовувати установку [6].

Рис. 1.4. Схема установки для очистки води від нафтопродуктів імобілізованими мікроорганізмами: 1-колонка з керамзитом; 2-перистальтичний насос; 3-колба з забрудненою водою;4-колба з очищеною водою; 5-мікрокомпресор.