Введение

Понятие в микробиологии. Биологическая аугментация – это добавление архей или бактериальных культур, необходимых для ускорения скорости разложения загрязняющего вещества. Организмы, происходящие из загрязненных районов, могут уже разлагать отходы, но, возможно, неэффективно и медленно. Биоаугментация – это вид биоремедиации, требующий изучения местных штаммов, присутствующих на участке, для определения возможности биостимуляции. После обнаружения местных бактерий, если они способны метаболизировать загрязнители, на участок вводят большее количество этих бактериальных культур для повышения скорости разложения загрязнителей. Биоаугментация заключается во введении дополнительных архей или бактериальных культур для усиления разложения загрязняющих веществ, в то время как биостимуляция – это добавление питательных веществ для стимулирования метаболизма местных бактерий. Если местные штаммы не обладают метаболической способностью к проведению процесса ремедиации, вводят экзогенные штаммы, обладающие соответствующими метаболическими путями. Использование биоаугментации способствует развитию в области микробиологической экологии и биологии, иммобилизации и проектирования биореакторов. Биоаугментация широко применяется в муниципальной очистке сточных вод для перезапуска биореакторов с активированным илом. Большинство доступных культур содержат микроорганизмы, уже включающие все необходимые микроорганизмы (B. licheniformis, B. thuringiensis, P. polymyxa, B. stearothermophilus, Penicillium sp., Aspergillus sp., Flavobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas, Streptomyces, Saccharomyces и т.д.). Системы активированного ила обычно основаны на микроорганизмах, таких как бактерии, простейшие, нематоды, ротиферы и грибы, способных разлагать биоразлагаемые органические вещества. Использование биоаугментации дает множество положительных результатов, таких как повышение эффективности и скорости процесса разложения веществ и снижение концентрации токсичных частиц в окружающей среде.

Биоагментация хлорированных растворителей

На участках, где почва и грунтовые воды загрязнены хлорированными этиленами, такими как тетрахлорэтилен и трихлорэтилен, можно использовать биоаугментацию для обеспечения полной деградации этих загрязнителей местными микроорганизмами до этилена и хлорида, которые не токсичны. Биоаугментация обычно применяется только для биоремедиации хлорированных этиленов, хотя появляются новые культуры, способные к биоразложению и других соединений, включая BTEX, хлорэтаны, хлорметаны и MTBE. Первое задокументированное применение биоаугментации для хлорированных этиленов было осуществлено на авиабазе Келли, штат Техас. Биоаугментация обычно проводится совместно с добавлением донора электронов (биостимуляция) для создания геохимических условий в грунтовых водах, благоприятствующих росту дехлорирующих микроорганизмов в культуре для биоаугментации.

Нишевая пригодность

Включение большего количества микробов в среду благоприятно влияет на скорость и продолжительность очистки. Взаимодействие и конкуренция между соединениями оказывают влияние на эффективность работы микроорганизма, как исходного, так и нового. Это можно проверить, поместив в загрязненную область почву, благоприятную для новых микробов, и затем оценив результаты очистки. Полученные данные покажут, насколько эффективно новый микроорганизм функционирует в этой почве в присутствии других микроорганизмов. Это помогает определить оптимальное количество микробов и местных веществ, необходимых для повышения эффективности и создания совместного метаболизма.

Очистка нефти

В нефтяной промышленности существует серьезная проблема утилизации отходов буровых растворов и шлама. Ранее многие просто засыпали отработанные буровые ямы землей, однако гораздо эффективнее и экономически выгоднее использовать биоаугментацию. С применением современных микроорганизмов буровые компании могут непосредственно очищать отходы в буровой яме, вместо их транспортировки. В частности, некоторые бактерии способны метаболизировать полициклические ароматические углеводороды, что значительно снижает негативное воздействие буровой деятельности на окружающую среду. При создании подходящих условий в буровую яму добавляют микроорганизмы для разложения углеводородов, а также необходимые питательные вещества. До начала обработки содержание общего количества углеводородов (TPH) составляло 44 880 ppm, которое всего за 47 дней снизилось до 10 000 – 6 486 ppm.

Неудачи и возможные решения

Было много случаев, когда биоаугментация демонстрировала недостатки в процессе, включая использование неподходящего организма. Внедрение биоаугментации в окружающую среду может вызвать проблемы, связанные с хищничеством, конкуренцией за питательные вещества между местными и внедрёнными бактериями, недостаточной концентрацией инокулята и нарушением экологического баланса из-за избыточного инокулята. Каждую из этих проблем можно решить, используя различные методы для минимизации вероятности их возникновения. Предотвратить хищничество можно, применяя высокие начальные дозы инокулята или термическую обработку перед внесением, а конкуренцию за питательные вещества – с помощью биостимуляции. Недостаточную концентрацию инокулята можно скорректировать повторными или непрерывными внесениями, а избыточную – тщательно контролируемыми дозами бактерий. Примеры включают случаи, когда внесённые бактерии не усиливают разложение в почве, а также когда испытания по биоаугментации оказываются неудачными в лабораторном масштабе, но успешными в промышленных масштабах. Многие из этих проблем возникали из-за того, что вопросы микробиологической экологии не принимались во внимание при оценке эффективности биоаугментации. Важно учитывать способность микроорганизмов выдерживать условия в микробиологическом сообществе, в которое они будут внедрены. Во многих неудачных случаях учитывалась только способность микроорганизмов разлагать соединения, а не их приспособленность к существующим сообществам и возникающий в результате конкурентный стресс. Прежде чем выбирать штаммы, необходимые для разложения загрязняющих веществ, лучше определить состав существующих сообществ.