CC BY
38УДК628.31:628.35 DOI: 10.35567/1999-4508-2020-6-7
исследование микроорганизмов-деструкторов углеводородных загрязнений как способ интенсификации очистки воды
И.И. Иваненко, А.М. Новикова, Е.Я. Лапатина
E-mail: i5657@mail.ru
ФГБОУВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», Санкт-Петербург, Россия
АННОТАЦИЯ: Повышенное загрязнение углеводородами природной среды и водных объектов в последние десятилетия побуждают искать пути сокращения антропогенного загрязнения. Ряд современных биотехнологий охраны окружающей среды предусматривают процесс микробной интродукции - внесение в естественную среду (почва, водоемы) микроорганизмов с полезной функцией.
В статье представлены результаты лабораторных исследований по анализу скорости усвоения углеводородов различными микроорганизмами, изучению их гидрофильно-гидрофобно-адгезивных свойств, а также результаты поиска корреляции между степенью гидрофобности поверхности клетки и скоростью потребления загрязняющего углеводорода. Опыты по микробному отделению нефтепродуктов от песка и тефлоновой поверхности позволили установить возможность такого рода деструкции и определить ориентировочное время обработки в зависимости от температуры. По показателю степени гидрофобности участвующие в процессе разложения штаммы бактерий размещены в ряд активности, позволяющий более успешно устанавливать соотношения микроорганизмов-деструкторов в пространственных сообществах для биологической очистки сточных вод.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: нефтепродукты, микроорганизмы-деструкторы, азот-фиксация, скорость деструкции, ряд активности деструкторов, антропогенное загрязнение.
Финансирование: Исследования выполнены в СПбГАСУ в рамках гранта №АААА-А19-119092390023-1 «Современные подходы (методы) в системе биологической очистки производственных сточных вод при помощи селекции микроорганизмов-деструкторов. Этап 1. Исследование удаления углеродсодержа-щих загрязнений в технологии биологической очистки промышленных сточных вод и грунтов».
Благодарности: Авторы выражают большую благодарность всему коллективу издания за помощь в подготовке материалов для публикации.
© Иваненко И.И., Новикова А.М., Лапатина Е.Я.
water sector of russia
Нефть и нефтепродукты, содержание которых во многих водоемах мира сегодня превышает нормы ПДК, пагубно влияют на растительные и животные организмы, населяющие водные объекты и экосистему водоема в целом. Особенно токсичны ароматические углеводороды, при этом инги-бирующее действие нефти на водную флору и фауну сохраняется годами. Населяющие загрязненные акватории гидробионты аккумулируют нефтепродукты в тканях, что создает угрозу передачи углеводов по «трофической цепи» в организм человека.
Ряд современных биотехнологий охраны окружающей среды предусматривают процесс микробной интродукции - внесение в естественную среду микроорганизмов с той или иной полезной функцией. Этот подход широко применяется для очистки природных объектов от нефтяных загрязнений, пестицидов и других поллютантов.
Известно более ста родов бактерий, дрожжей и грибов, способных усваивать углеводороды [1, 2]. К наиболее активным деструкторам углеводородов в пресных водоемах относятся такие виды, как Rhodococcus erythropolis, R.luteus, R.rubropertinctus, R.ruber, R.opacus, Micrococcus sp., Acinetobacter calcoaceticus, pseudomonas Fluorescens. Для представителей родов Rhodococcus и Мусоbacterium характерна высокая удельная нефтеокисляю-щая активность. Среди микроорганизмов, которые в условиях азотфикса-ции окисляют углеводороды нефти, есть представители разных физиологических групп, в т. ч. и азотфиксаторы, относящиеся к родам pseudomonas, Arthrobacter, Nocardia, Azotobacter, Xanthomonas, Candida [3-6].
Общим свойством всех микроорганизмов является высокая олигокарбо-фильность. Они могут развиваться при очень низких концентрациях углеводородов [2, 7, 8]. В то же время некоторые бактерии способны переносить высокие концентрации углеводородов - это артробактерии, микобактерии и родственные им формы. Эти бактерии развиваются в каплях нефти. Благодаря наличию липофильной клеточной стенки они способны пассивно поглощать углеводороды [9]. В целом для микроорганизмов наиболее доступными являются алифатические углеводороды. Большинство представителей микробного мира хорошо усваивают н-алканы с длиной цепи С12-С23. Парафины, с большим числом углеродных атомов, хуже поддаются микробному трансформированию. В работе [10] показана способность Candida maltose утилизировать твердые алканы (в частности, С20-С25). В более ранних работах этих авторов, исследована деструкция дрожжами твердых парафинов, растворенных в инертной органической фазе или диспергированных ультразвуком [11].
Углеводороды бензинового ряда С5-С10 утилизируются небольшой группой микроорганизмов, среди которых, в основном, бактерии родов
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
Pseudomonas [12, 13], Brevibacterium и Nocardia [14, 15]. Некоторые авторы объясняют это тем, что жидкие углеводороды растворяют липиды бактериальных клеток [16], другие связывают это явление с токсичностью отдельных углеводородов и неспособностью микроорганизмов использовать продукты их метаболизма [17].
Из литературных источников известно, что бактерии легко трансформируют и обезвреживают алифатическую нефть [18]. При этом установлены отличия в окислении насыщенных и ненасыщенных углеводородов, линейных и разветвленных с двойными или тройными связями. Среди представителей рода Mycobacterium вид Mycobacterium rhodochrous активно окисляет алканы с длинной цепи С13-С16, Mycobacterium fortuitum -метан и С8-С16 алканы, Mycobacterium smegmatis - С3-С5-углеводороды. В окружающей среде выделено много штаммов Pseudomonas, которые способны активно ассимилировать низкомолекулярные н-алканы, но они не ассимилируют твердые парафины. Мезофильные и термофильные бациллы окисляют С10-С14 алканы, а для микрококков характерна способность минерализировать углеводороды С13-С22. Многие виды дрожжей окисляют н-парафины с длиной цепи С12-С22.
Механизм усвоения этих углеводородов микроорганизмами исследован во многих работах. Однако до настоящего времени не полностью изучен механизм отделения нефти микроорганизмами в условиях нефтегазового пласта, нефтешламонакопителей или пропитанной нефтью почвы. Изучение этих принципов позволило бы создать новые, экологически чистые и эффективные методы очистки и извлечения нефти из воды, технологии разрушения нефтешламов в накопителях осадков и очистки почвы при аварийных выбросах нефтепродуктов.
Цель проведенного исследования - изучение скорости усвоения различных нефтепродуктов отдельными штаммами микроорганизмов в условиях нефтегазового пласта, нефтешламонакопителей или пропитанной нефтью почвы, связи гидрофобных и адгезивных свойств выделенных штаммов-деструкторов нефтепродуктов с их способностью удалять нефть с поверхности твердого тела.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
По результатам литературного анализа отобраны штаммы микроорганизмов, которые используют нефть и нефтепродукты как единственный источник углерода и энергии при их концентрации в воде до 20-40 мг/дм3. Для опытов использовали штаммы из различных коллекций микроорганизмов ЗАО «Биоойл» и ФГБУН «Институт биофизики и физиологии микроорганизмов им Г. К. Скрябина Российской академии наук». По совокупности морфолого-культуральных и физиолого-биохимических свойств отобран-
Scientific/practical journal № 6, 2020 г.
water sector of russia
ные культуры отнесены к родам: pseudomonas (5 штаммов), Äcinetobacter (2 штамма), Arthrobacter (2 штамма), Micrococcus (2 штамма), Flavobacterium (1 штамм), Rhodococcus (1 штамм).
Определение степени гидрофобности бактериальных клеток проводили методом солевой агрегации SAT (Salt Aggregation Test) [19]. Для этого готовили растворы (NH4)2SO4 в различных концентрациях. На предметном стекле смешивали в равных количествах раствор сульфата аммония и суспензию штаммов и через 1 мин регистрировали формирующиеся агрегаты методом фазово-контрастной микроскопии. Минимальную концентрацию (NH4)2SO4, при которой наблюдалось образование клеточных агрегатов, принимали за условное значение степени гидрофобности бактериальных клеток. Исходную клеточную суспензию (без добавления (NH4)2SO4 ) применяли в качестве контроля.
Адгезивную активность штаммов в отношении твердых поверхностей устанавливали по модифицированному методу B. Huber [20]. Для этого суспензию бактериальных клеток в фосфатном буфере (200 мкл) инкубировали в микропланшетном шейкере-инкубаторе Titramax 1000 (Heidolph-Instruments, Германия) при 150 об/мин и 28 °С в течение 48 ч. Неадгезированные штаммы отмывали фосфатным буфером, прикрепленные клетки окрашивали 1 % водным раствором кристаллического фиолетового и промывали дважды тем же буфером. Краситель экстрагировали смесью ацетон-этанол (1:4), после чего измеряли оптическую плотность экстракта с помощью фотометра при 630 нм. Количество прикрепленных клеток определяли по калибровочным графикам. Степень адгезии вычисляли как процентное соотношение числа прикрепленных клеток к исходному числу клеток в суспензии.
В качестве полноценной среды использовали среду М9. Культивирование штаммов проводили в колбах Эрленмейера со 100 мл минеральной среды Эванса с добавлением нефти или дизельного топлива до конечной концентрации 2 %, 10 %, 15 %, 20 %, 30 % или 40 % весовых (по объему). Ин-нокулирование колб проводили суспензией микроорганизмов (посевная доза 1-5x107 кл/мл). После засева колбы помещали на круговую качалку (120 об/мин) и выращивали микроорганизмы в течение 5-10 сут при 24 °С и 5-10 сут при 4 °С.
Степень разложения нефти исследуемыми штаммами оценивали по суммарному показателю убыли нефти в жидкой среде, определяемому весовым методом (гравиметрия). Для определения общего содержания углеводородов нефти использовали метод ИК-спектроскопии. Подготовку, анализ и измерение водных и почвенных образцов проводили в соответствии с методическими указаниями «Массовая концентрация нефтепродуктов в водах. Методика выполнения измерений ИК-фотометрическим методом»
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
(ГОСТ Р 8.563-96), «Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии» (МУК 4.1.1956-05).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ходе контактных лабораторных опытов установлено, что скорость усвоения субстрата выбранными штаммами зависела от длины углеродной цепи исследуемого вещества (табл. 1). Субстраты с длиной углеродной цепи С7 и больше (октан C8H18, бензин) усваивались быстрее, чем пентан (C5H12) или гексан (C6H). В психрофильных условиях н-алканы наиболее активно потреблялись штаммами Acinetobacter 1 и Acinetobacter 2. Ароматические углеводороды (бензол и нафталин) лучше всего утилизировались представителями рода Pseudomonas. Скорость деструкции ароматических углеводородов представителями родов Acinetobacter и Arthrobacter была близкой к скорости деструкции штаммами рода Pseudomonas.
Таблица 1. Скорость трансформации углеводородов в контактных опытах (температура 4-24 °С)
Table 1. Hydrocarbon transformation rate in contact experiments (temperature 4-24 o C)
Штамм-деструктор Скорость удаления углеводорода, в долях единицы от начального содержания
1ч 6 ч 12 ч 48 ч
Бензин - / Пентан - CR, / Бензол
7 17 5 12
Pseudomonas sp. 1 0,99/0,99/0,99 0,97/0,97/0,97 0,82/ 0,87 /0,87 0,61/ 0,73/0,73
Pseudomonas sp. 2 0,97/0,99/0,99 0,86/-/- 0,75/0,85/0,85 0,54/0,74/0,74
Pseudomonas sp. 3 0,99/-/0,99 0,84/0,86/0,86 0,70/0,82/0,82 0,44/0,69/0,69
Pseudomonas sp. 4 0,91/0,95/0,99 0,83/0,83/0,83 0,75/0,85/0,85 0,51/0,71/0,71
Pseudomonas sp. 5 0,97/0,97/- 0,95/0,97/0,86 -/-/- 0,63/0,73/0,73
Pseudomonas sp. 6 0,96/0,99/0,99 0,84/0,94/0,94 0,84/0,84/0,84 0,72/0,82/0,74
Acinetobacter sp. 1 0,99/0,99/0,99 0,99/0,99/0,99 0,87/0,83/0,83 0,82/0,82/0,74
Acinetobacter sp. 2 0,99/0,99/0,99 0,99/0,85/0,88 0,79/0,86/0,81 0,75/0,78/0,78
Arthrobacter sp. 1 0,97/0,99/0,99 0,99/0,99/0,99 0,85/0, 93/0,92 0,81/0,91/0,91
Arthrobacter sp. 2 0,96/0,96/0,96 0,91/0,91/0,89 0,85/0,85/0,85 0,81/0,81/0,81
Micrococcus sp. 1 0,94/0,94/0,94 0,95/0,95/0,93 0,87/0,87/0,87 0,83/0,83/0,83
Micrococcus sp. 2 0,99/0,99/- 0,96/0,96/0,96 0,94/0,94/0,95 0,90/0,90/0,92
Rhodococcus sp. 1 0,99/0,99/0,99 -/-/0,94 0,97/0,99/0,99 0,96/1,00/0,87
Flavobacterium sp. 1 0,99/0,99/0,99 0,97/0,97/0,96 0,97/0,97/0,93 0,83/0,83/0,69
Scientific/practical journal № 6, 2020 г.
water sector of russia
Принимая во внимание, что скорость трансформации нефти и нефтепродуктов зависит от поверхности клеток бактерии, были изучены гидрофильно-гидрофобные свойства клеток деструкторов. Полученное в ходе эксперимента распределение штаммов по степени гидрофобности клеточной поверхности представлено в табл. 2.
Таблица 2. Распределение штаммов по степени гидрофобности Table 2. Cultures' distribution by the degree of hydrophobity
Наименование микроорганизмов (nh4)2so4, м*
0,2 1,4
Pseudomonas 5 8,6
Acinetobacter 8,2 10,4
Arthrobacter 13 13,6
Rhodococcus 42 43,1
Micrococcus 56,3 78,6
Arthrobacter 86,2 93,4
Примечание: * - минимальная концентрация сульфата аммония, при которой образуются клеточные агрегаты.
При деструкции алканов с длиной углеродной цепи 12 и больше отмечена корреляция между степенью гидрофобности поверхности клетки и скоростью потребления субстрата. Например, н-гексадекан (2 г/дм3) утилизировался штаммом Acinetobacter sp. 1 за 24 ч, в то время как Pseudomonas sp. 3 усваивал его только за 56 ч. При деструкции загрязнения с длиной углеродной цепи С7 и С9 скорость деструкции этими штаммами была равной. Аналогичная закономерность сохранялась и при культивировании штаммов в психрофильных условиях. Среди выделенных бактерий один штамм из рода Acinetobacter и один штамм из рода pseudomonas синтезировали и продуцировали в культуральную среду экзополимеры, которые эмульгировали нефть и нефтепродукты. При выращивании на твердой среде Acinetobacter sp. 1 в психрофильных условиях продуцировал экзополи-мер, при этом его количество увеличивалось с увеличением длины углеродной цепи субстрата.
Экзополимер использовался бактериями-деструкторами как дополнительный источник углерода и энергии. Путем сбора и центрифугирования был выделен неочищенный препарат экзополимера, имеющий поверхностно-активные свойства и уменьшающий поверхностное натяжение воды. При внесении препарата в колбу с покрытым нефтепродуктами водным раствором и перемешивании происходило «растворение» нефте-
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
продуктов в воде (эмульгирование). Неочищенный препарат высушивали при 105 °С, растворяли в воде, при этом экзополимер не терял поверхностно-активных свойств. Экзополимер, продуцированный штаммом Pseudomonas sp.3, при выращивании на твердых средах собирался значительно тяжелее, но также имел поверхностно-активные свойства.
Исследована также способность клеток Pseudomonas sp.3, Acinetobacter sp. 1 и Rhodococcus sp. 1 к адгезии на гидрофобных поверхностях. Прилипание клеток этих организмов определяли путем микроскопирования поверхностей из стекла и капрона после недолговременного контакта с суспензией соответствующей культуры. Результаты показали, что клеток Acinetobacter sp. 1 осталось на поверхности значительно больше, чем клеток двух других культур.
Результаты опытов по соотношению гидрофобных и адгезивных свойств выделенных штаммов-деструкторов нефтепродуктов и их способности удалять нефть с поверхности твердого тела представлены в табл. 3.
Таблица 3. Микробное отделение нефти от поверхности твердых тел Table 3. Microbal separation of oil from the solid objects surfaces
Штамм-деструктор Время отслаивания, ч
от речного песка от тефлонового волокна
4 °С 30 °С 4 °С 30 °С
Pseudomonas sp. 1 28 21 48 22
Pseudomonas sp. 2 60 60 32 32
Pseudomonas sp. 3 18 14 16 14
Pseudomonas sp. 4 не отделяет 60 не отделяет 50
Pseudomonas sp. 5 28 28 29 32
Pseudomonas sp. 6 60 28 60 21
Acinetobacter sp. 1 3 3 не отделяет не отделяет
Acinetobacter sp. 2 3 5 не отделяет 5
Arthrobacter sp. 1 7 2 17 1
Arthrobacter sp. 2 10 3 124 1
Micrococcus sp. 1 не отделяет не отделяет не отделяет не отделяет
Micrococcus sp. 2 не отделяет 60 17 60
Rhodococcus sp. 1 28 28 19 27
Flavobacterium sp. 1 не отделяет 60 не отделяет 65
Scientific/practical journal № 6, 2020 г.
water sector of russia
ВЫВОДЫ
По проведенным исследованиям можно сформулировать следующие выводы. Интродукция в загрязненную углеводородами воду прикрепленных ассоциаций микроорганизмов-деструкторов, способных минерализовать алифатические, ароматические углеводороды и их производные, приводит к существенной интенсификации очистки воды. Опыты по микробному отделению нефтепродуктов от песка и тефлоновой поверхности позволили установить возможность такого рода деструкции и ориентировочное время обработки в зависимости от температуры процесса очистки.
По показателю степени гидрофобности штаммы бактерий, участвующих в процессе разложения нефтепродуктов, можно разместить в ряд по деструктивной активности: Pseudomonas < Acinetobacter < Flavobacterium < Rhodococcus < Micrococcus < Arthrobacter. Данная последовательность позволяет более успешно устанавливать соотношения микроорганизмов-деструкторов в пространственных образованиях микроорганизмов, создаваемых для ведения процессов биологической очистки сточных вод.
На последующих этапах работы планируется проведение исследований параметров биотехнологической очистки углеродсодержащих вод природного водоема, производственных и ливневых сточных вод. В процессе их очистки будут использованы исследованные в лабораторных условиях штаммы нефтеокисляющих бактерий. Для стабильной работы комплексов биологического окисления углеродсодержащих стоков разрабатывается метод интенсификации процессов.
список литературы
1. Суржко Л.Ф., Финкельштейн З.И., Баскунов Б.П. Утилизация нефти в почве и воде микробными клетками // Микробиология. 2017. № 3. С. 393-398.
2. Квасников E.K., Клюшникова Т.М. Фиксация атмосферного азота микроорганизмами, окисляющими углеводороды // Докл. АН СССР. 1973. Т. 108. N 3. С. 714-716.
3. Романовская В.А., Людвиченко Е.С., Соколов И.Г., Малашенко Ю.Р. Фиксация молекулярного азота метанокисляющими бактериями // Микробиологический журнал 1980. Т. 42. № 2. С. 683-688.
4. Бабьева И.П., ХасанМоавад, Марченко А.И. Азотфиксация в совместных культурах Lipomyces с бактериями // Микробиология. 1977. Т. 46. № 3. С. 270-272.
5. Калининская Т.А. Использование различных источников углерода азотфиксирую-щими микробными ассоциациями // Микробиология. 1967. Т. 36. № 4. С. 621-627.
6. Емцев В.Т. Об источниках углеродного питания для азотфиксирующих микроорганизмов рода Clostridium // Микробиология. 1962. Т. 31. № 1. С. 18-23.
7. Puntus I.F., Sakharovky V.G., Filonov A.E., Boronin A.M. Surface activity and metabolism of hydrocarbon-degrading microorganisms growingon hexadecane and naphthalene // Process Biochemistry. 2005. No. 40. P. 2643-2648.
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
8. Mulligan C.N. Environmental applications for biosurfactants. // Environmental Pollution. 2005. № 133. P. 183-198.
9. Коронелли Т.В., Дермичева С.Г., Коротаева Е.В. Выживаемость углеводородо-кисляющих бактерий в условиях полного голодания // Микробиология. 1938. Т. 57. № 2. С. 298-304.
10. Batista S.B., Mounteer A.H., Amorim F.R., Totola M.R. Isolation and characterization of biosurfactantbioemulsifier-producing bacteria from petroleum contaminated sites // Bioresource Technology. 2006. No. 97. P. 868-875.
11. Коронелли Т.В., Дермичева С.Г., Коротаева Е.В. Выживаемость углеводородо-кисляющих бактерий в условиях полного голодания // Микробиология. 1938. № 2. С. 298-304.
12. Смирнов В.В., Киприанова Е.А. Бактерии рода Pseudomonas. Киев: Наукова думка, 1990. С. 84-111.
13. Коронелли Т.В., Глинский В.В., Янушка М.Ф., Красникова Т.Н. Углеводород окисляющая микрофлора вод Балтийского моря и Курского залива, загрязненных мазутом при аварии танкера // Микробиология. 1997. Т. 56. № 3. С. 472-478.
14. Куличевская И. С., Мшгехина В. И., Борвенков И. А. и др. Окисление углеводородов нефти экстремально галофильными архибактериями // Микробиология. 1991. № 5. С. 866-869.
15. Rueter P., Rabus К., Wilkes Н. et all. Anaerobic oxidation of hydrocarbons in crude oil by new types of sulphate-reducing bacteria // Nature. 2014. No. 1. P. 455-458.
16. Квасников Е.И., Клюшникова T.M. Микроорганизмы-деструкторы нефти в водных бассейнах. Киев: Наукова думка, 1981. 112 с.
17. Kuyukina M.S., Ivshina I.B., Makarov S.O., Litvinenko L.V., Cunnin ham C.J., Philp J.C. Effect of biosurfactants on crude oil desorption and mobilization in a soil system // Environmental International. 2005. No. 131. P.155-161.
18. Коваленко В.В., Фахрутдинов А.И. Вопросы деструкции нефтепродуктов в донных отложениях озер // Сб. статей. Научный диалог. 2018. С.12-18.
19. Sorongon M.L., Bloodgood R.A., Burchard R.P. Hydrophobicity, adhesion, and surface-exposed proteins of gliding bacteria // Appl Environ Microbiol. 1991. Vol. 57. No. 11. P.3193-3199.
20. Huber B., Riedel K., Hentzer M., Heydorn A., Gotschlich A., Givskov M., Molin S., Eberl L. The cep quorum-sensing system of Burkholderia cepacia H111 controls biofilm formation and swarming motility // Microbiology. 2001. Vol. 147. P.251.
Для цитирования: Иваненко И. И., Новикова А. М., Лапатина Е.Я. Исследование микроорганизмов-деструкторов углеводородных загрязнений как способ интенсификации очистки воды//Водное хозяйство России. 2020. № 6. С. 121-132.
Сведения об авторах:
Иваненко Ирина Ивановна, канд. техн. наук, доцент, кафедра водопользования и экологии, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ), Россия, 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4; e-mail: i5657@mail.ru
Scientific/practical journal № 6, 2020 г.
water sector of russia
допользования и экологии, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ), Россия, 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4.
Лапатина Елена Яковлевна, химик-микробиолог, кафедра водопользования и экологии, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ), Россия, 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4.
investigation of hydrocarbon contaminants destructing microorganisms as a method of water purigication intensying
Irina I. Ivanenko I.I., Antonina M. Novikova, Elena Y. Lapatina E.Y.
«Water use and ecology» Department, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint Petersburg, Russia
Abstract: Increased hydrocarbon pollution of the natural environment and water bodies in recent decades has prompted the search for ways to reduce anthropogenic pollution. A number of modern environmental biotechnologies provide for the process of microbial introduction that is introduction of microorganisms with a useful function into the natural environment (soil and water bodies).
The paper presents the results of laboratory studies on the rate of absorption of hydrocarbons by various microorganisms, the study of their hydrophilic/hydrophobic/ adhesive properties, as well as the results of the search for a correlation between the degree of hydro/repellence of the cell surface and the rate of consumption of polluting hydrocarbon. Experiments on microbial separation of petroleum products from sand and Teflon surface made it possible to establish the possibility of this kind of destruction and determine the approximate treatment time depending on temperature. In terms of the degree of hydrophobicity, the bacteria strains involved in the decomposition process are placed in a series of activities that allows more successfully establishing the ratios of microorganisms-destructors in spatial communities for biological treatment of wastewater.
Key words: petroleum products, destructive microorganisms, nitrogen fixation, hydrophilic-hydrophobic properties, adhesive properties, sand, teflon, rate of destruction, temperature, range of destructive activity, spatial structures. About the authors:
Irina I. Ivanenko, Candidate of Technological Sciences, Associate Professor "Water Use and Ecology" Department, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2nd Krasnoarmeyskaya, 4, St. Petersburg, 190005, Russia; e-mail: i5657@mail.ru
| Antonina M. Novikova, Head of Laboratory of the «Water Use and Ecology» Department, «Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2nd Krasnoarmeyskaya, 4, St. Petersburg, 190005, Russia
Elena Y. Lapatina, Microbiological Chemist of the "Water Use and Ecology" Department, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2nd Krasnoarmeyskaya, 4, St. Petersburg, 190005, Russia
For citation: Ivanenko I.I., Novikova A.M., Lapatina E.Y. Investigation of Hydrocarbon Contaminants DestructingMicroorganisms as a Method of Water Purification Intensifying// Water Sector of Russia. 2020. No. 6. P. 121-132.
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
REFERENCES
1. Surzhko L.F., Finkel'shtein Z.I., Baskunov B.P. Utilizatsiia nefti v pochve i vode mikrob-nymi kletkami[Oil recycling in soil and water by microbial cells ] // Mikrobiologiya. 2017. No. P. 393.
2. KvasnikovE.K., Kliushnikova T.M. Fiksatsiya atmosfernogo azota mikroorganizmami, ok-isliaiushchimi uglevodorody [Fixation of atmospheric nitrogen by microorganisms oxidizing hydrocarbons] // Dokl. AN SSSR. 1973. T. 108. No. 3. P. 714-716.
3. Romanovskaia V.A., Liudvichenko E.S., SokolovI.G., Malashenko Iu.R. Fiksatsiya moleku-liarnogo azota metanokisliaiushchimi bakteriiami [Fixing molecular nitrogen with meth-anoxidation bacteria] // Mikrobiologicheskii zhurnal .1980. T. 42. № 2. P. 683-688.
4. Bab'eva I.P., Khasan Moavad, Marchenko A.I. Azotfiksatsiia v sovmestnykh kul'turakh Lipomyces s bakteriyami [Nitrogen fixation in joint cultures Lipomyces with bacteria] // Mikrobiologiia. 1977. T. 46. № 3. P.270-272.
5. Kalininskaia T.A. Ispol'zovanie razlichnykh istochnikov ugleroda azotfiksiruiushchimi mikrobnymi assotsiatsiiami [Use of different carbon sources by nitrogen-fixing microbial associations ]// Mikrobiologiia. 1967. T. 36. № 4. P. 621-627.
6. Emtsev V.T. Ob istochnikakh uglerodnogo pitaniya dlia azotfiksiruiushchikh mikroorga-nizmov roda Clostridium[ On sources of carbon nutrition for nitrogen-fixing microorganisms of genus Clostridium ] // Mikrobiologiia. 1962. T. 31. № 1. P.18-23.
7. PuntusI.F., Sakharovky V.G., FilonovA.E., Boronin A.M. Surface activity and metabolism of hydrocarbon-degrading microorganisms growingon hexadecane and naphthalene // Process Biochemistry. 2005. № 40. P. 2643-2648.
8. Mulligan C.N. Environmental applications for biosurfactants // Environmental Pollution. 2005. № 133. P. 183-198.
9. Koronelli T.V., Dermicheva S.G., Korotaeva E.V. Vyzhivaemost' uglevodorodokisliaiush-chikh bakterii v usloviiakh polnogo golodaniia[Survival of hydrocarbon-oxidizing bacteria in conditions of complete starvation ] // Mikrobiologiia. 1938. T. 57. № 2. P. 298-304.
10. Batista S.B., Mounteer A.H., Amorim F.R., Totola M.R. Isolation and characterization of biosurfactant bioemulsifier-producing bacteria from petroleum contaminated sites. // Bioresource Technology. 2006. № 97. P. 868-875.
11. Koronelli T.V., Dermicheva S.G., Korotaeva E.V. Vyzhivaemost' uglevodorodokisliaiush-chikh bakteriy v usloviyakh polnogo golodaniya [Survival of hydrocarbon-oxidizing bacteria in conditions of complete starvation] // Mikrobiologiia. 1938. № 2. P. 298-304.
12. Smirnov V.V., Kiprianova E.A. Bakterii roda Pseudomonas[ Bacteria of the genus Pseudomonas]. Kiev: Naukova dumka. 1990. P. 84-111.
13. Koronelli T.V., Glinskii V.V., Ianushka M.F., Krasnikova T.N. Uglevodorod okisliaiush-chaia mikroflora vod Baltiiskogo moria i Kurskogo zaliva, zagryaznennykh mazutom pri avariyi tankera [ Hydrocarbon oxidizing micro/flora of waters of the Baltic Sea and the Gulf of Kursk contaminated with fuel oil in the accident of tanker] // Mikrobiologiia. 1997. T. 56. № 3. P. 472-478.
14. Kulichevskaia I.S., Mshgekhina V.I., Borvenkov I.A. et al. Okislenie uglevodorodov nefti ekstremal'no galofil'nymi arkhibakteriiami [Oxidation of petroleum hydrocarbons by extreme halophilic archibacteria] // Mikrobiologiia. 1991. № 5. P. 866-869.
15. Rueter P., Rabus K., Wilkes N. et all. Anaerobic oxidation of hydrocarbons in crude oil by new types of sulphate-reducing bacteria // Nature. 2014. № 1. P. 455-458.
16. Kvasnikov E.I., Kliushnikova T.M. Mikroorganizmy - destruktory nefti v vodnykh basseinakh [Microorganisms - oil destructors in water basins]. Kiev: Naukova dumka, 1981. 112 p.
Scientific/practical journal № 6, 2020 n
water sector of russia
17. Kuyukina M.S., Ivshina I.B., Makarov S.O., Litvinenko L.V., Cunnin ham C.J., Philp J.C. Effect of bio/surfactants on crude oil desorption and mobilization in a soil system // Environmental International. 2005. № 131. P.155-161.
18. Kovalenko V.V., Fakhrutdinov A.I. Voprosy destruktsii nefteproduktov v donnykh ot-lozheniyakh ozer [Issues of destruction of petroleum products in bottom sediments of lakes] // Sb. statei. Nauchnyi dialog. 2018. P. 12-18.
19. Sorongon M.L., Bloodgood R.A., Burchard R.P. Hydrophobicity, adhesion, and surface-exposed proteins of gliding bacteria // Appl Environ Microbiol. 1991. Vol. 57. № 11. P. 3193-3199.
20. Huber B., Riedel K., Hentzer M., Heydorn A., Gotschlich A., Givskov M., Molin S., Eberl L. The cep quorum-sensing system of Burkholderia cepacia H111 controls biofilm formation and swarming motility // Microbiology. 2001. Vol. 147. P. 251.
Научно-практический журнал № 6, 2020 г.
