Многие химически синтезированные поверхностно-активные вещества наносят вред окружающей среде из-за их низкой биоразлагаемости, токсичности и склонности к накоплению в экосистемах. В отличие от них, биологические поверхностно-активные вещества, характеризующиеся высокой биоразлагаемостью и нетоксичностью для экологических систем, лучше подходят для борьбы с загрязнениями в природоохранной инженерии. Например, они могут служить флотационными собирателями в процессах очистки сточных вод, адсорбируясь на заряженных коллоидных частицах для удаления ионов токсичных металлов, или применяться для очистки участков, загрязненных органическими соединениями и тяжелыми металлами.
1. Применение в процессах очистки сточных вод
При биологической очистке сточных вод ионы тяжёлых металлов часто подавляют или отравляют микробные сообщества в активном иле. Поэтому предварительная очистка имеет решающее значение при использовании биологических методов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов. В настоящее время для удаления ионов тяжёлых металлов из сточных вод обычно используется метод осаждения гидроксидами, но его эффективность осаждения ограничена растворимостью гидроксидов, что приводит к неоптимальным практическим результатам. Методы флотации, с другой стороны, часто ограничены из-за использования флотационных собирателей (например, химически синтезированного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия), которые трудно разлагаются на последующих стадиях очистки, что приводит к вторичному загрязнению. Следовательно, существует необходимость в разработке альтернатив, которые были бы одновременно легко биоразлагаемыми и экологически нетоксичными, и биологические поверхностно-активные вещества как раз обладают этими преимуществами.
2. Применение в биоремедиации
В процессе использования микроорганизмов для ускорения разложения органических загрязнителей и, таким образом, для очистки загрязненных сред биологические поверхностно-активные вещества обладают значительным потенциалом для локальной биоремедиации органических загрязнений. Это обусловлено тем, что их можно использовать непосредственно из ферментационных растворов, что исключает затраты, связанные с отделением, экстракцией и очисткой поверхностно-активных веществ.
2.1 Усиление деградации алканов
Алканы являются основными компонентами нефти. В процессе разведки, добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти неизбежны сбросы нефтепродуктов, загрязняющие почву и грунтовые воды. Для ускорения разложения алканов добавление биологических поверхностно-активных веществ может повысить гидрофильность и биоразлагаемость гидрофобных соединений, увеличить популяцию микроорганизмов и, таким образом, ускорить разложение алканов.
2.2 Усиление деградации полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)
ПАУ привлекают всё большее внимание благодаря их «трём канцерогенным эффектам» (канцерогенному, тератогенному и мутагенному). Во многих странах они классифицированы как приоритетные загрязнители. Исследования показали, что микробное разложение является основным путём удаления ПАУ из окружающей среды, а их разлагаемость снижается по мере увеличения числа бензольных колец: ПАУ с тремя или менее кольцами легко разлагаются, в то время как ПАУ с четырьмя или более кольцами разлагаются сложнее.
2.3 Удаление токсичных тяжелых металлов
Процесс загрязнения почвы токсичными тяжелыми металлами характеризуется скрытностью, стабильностью и необратимостью, что делает рекультивацию почвы, загрязненной тяжелыми металлами, давним предметом исследований в академических кругах. Современные методы удаления тяжелых металлов из почвы включают в себя витрификацию, иммобилизацию/стабилизацию и термическую обработку. Хотя витрификация технически осуществима, она требует значительных инженерных работ и высоких затрат. Процессы иммобилизации обратимы, что требует постоянного мониторинга эффективности обработки после применения. Термическая обработка подходит только для летучих тяжелых металлов (например, ртути). В результате этого быстро развиваются недорогие методы биологической очистки. В последние годы исследователи начали использовать экологически нетоксичные биологические поверхностно-активные вещества для рекультивации почвы, загрязненной тяжелыми металлами.
Время публикации: 08 сентября 2025 г.