Каковы области применения биосурфактантов в природоохранной инженерии?

Многие химически синтезированные поверхностно-активные вещества наносят вред окружающей среде из-за своей плохой биоразлагаемости, токсичности и склонности к накоплению в экосистемах. В отличие от них, биологические поверхностно-активные вещества, характеризующиеся легкой биоразлагаемостью и нетоксичностью для экологических систем, лучше подходят для контроля загрязнения в природоохранной инженерии. Например, они могут служить в качестве флотационных коллекторов в процессах очистки сточных вод, адсорбируясь на заряженных коллоидных частицах для удаления токсичных ионов 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 тяжелых металлов часто подавляют или отравляют микробные сообщества в активном иле. Поэтому предварительная обработка необходима при использовании биологических методов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов. В настоящее время для удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод обычно используется метод осаждения гидроксидами, но его эффективность осаждения ограничена растворимостью гидроксидов, что приводит к неоптимальным практическим результатам. Флотационные методы, с другой стороны, часто ограничены использованием флотационных коллекторов (например, химически синтезированного поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия), которые трудно разлагаются на последующих этапах обработки, 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 обладают именно этими преимуществами.

2. Применение в биоремедиации​

В процессе использования микроорганизмов для катализа разложения органических загрязнителей и, следовательно, очистки загрязненных сред, биологические поверхностно-активные вещества обладают значительным потенциалом для биоремедиации загрязненных органическими веществами участков непосредственно на месте. Это объясняется тем, что их можно использовать непосредственно из ферментационных растворов, что исключает затраты, связанные с отделением, экстракцией и очисткой поверхностно-активных веществ.

2.1 Усиление разложения алканов​

Алканы являются основными компонентами нефти. В процессе разведки, добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти неизбежны выбросы нефтепродуктов в почву и грунтовые воды. Для ускорения разложения алканов добавление биологически активных веществ может повысить гидрофильность и биоразлагаемость гидрофобных соединений, увеличить численность микроорганизмов и тем самым улучшить скорость разложения алканов.

2.2. Усиление разложения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)​​

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) привлекают все больше внимания из-за их «трех канцерогенных эффектов» (канцерогенного, тератогенного и мутагенного). Многие страны классифицируют их как приоритетные загрязнители. Исследования показали, что микробная деградация является основным путем удаления ПАУ из окружающей среды, и их разлагаемость снижается с увеличением числа бензольных колец: ПАУ с тремя или менее кольцами легко разлагаются, тогда как ПАУ с четырьмя и более кольцами разлагаются сложнее.

2.3 Удаление токсичных тяжелых металлов​

Процесс загрязнения почвы токсичными тяжелыми металлами характеризуется скрытностью, стабильностью и необратимостью, что делает очистку загрязненной тяжелыми металлами почвы давним направлением исследований в академической среде. Современные методы удаления тяжелых металлов из почвы включают 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 ее применения. Термическая обработка подходит только для летучих тяжелых металлов (например, ртути). В результате быстро развиваются недорогие биологические методы очистки. В последние годы исследователи начали использовать экологически нетоксичные биологические поверхностно-активные вещества для очистки почвы, загрязненной тяжелыми металлами.