Термодинамічне прогнозування ефективності вилучення із розчину токсичних металів мікроорганізмами та їх генетичний потенціал

  • V. M. Hovorukha
  • O. B. Tashyrev
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v23.1041

Анотація

Мета. Термодинамічне обґрунтування шляхів взаємодії мікроорганізмів з металами та розробка теоретичних основ нових біотехнологій для очищення промислових стічних вод від екологічно небезпечних металів-окиснювачів (CrО42-, MoО42-, WО42-). Методи. Поля стійкості сполук металів у водних розчинах у координатах рН-Ех були розраховані, використовуючи класичні діаграми Пурбе. Ефективність вилучення металів з розчинів оцінювалася відповідно до зміни вільної енергії Гіббса. Результати. На основі термодинамічних розрахунків показано умови та ефективність вилучення металів мікроорганізмами. Найбільш ефективним було відновлення мікроорганізмами CrO42- до нерозчинного гідроксиду Cr(III). Додаткові джерела вуглецю та енергії потрібні для ефективного відновлення молібдату. Вилучення вольфраму не може бути здійснено мікроорганізмами. Висновки. Термодинамічний прогноз є ефективним методом для розробки нових природоохоронних біотехнологій для очищення екологічно небезпечних металовмісних стічних вод та одночасного знешкодження органічних відходів.

Ключові слова: термодинамічний прогноз, взаємодія мікроорганізмів з металами, екстракція металів, очищення металовмісних стічних вод, природоохоронні біотехнології.

Посилання

Lloyd J.R., Lovley D.R. Microbial detoxification of metals and radionuclides. Environmental biotechnology. 2001. Vol. 12 (3). P. 248–253. doi: 10.1016/S0958-1669(00)00207-X.

Zafar S., Aqil F., Ahmad I. Metal tolerance and biosorption potential of filamentous fungi isolated from metal contaminated agricultural soil. Bioresource Technology. 2007. Vol. 98 (13). P. 2557–2561. doi: 10.1016/j.biortech.2006.09.051.

Cheung K.H., Gu J.-D. Mechanism of hexavalent chromium detoxification by microorganisms and bioremediation application potential: A review. International Biodeterioration & Biodegradation. 2007. Vol. 59 (1). P. 8–15. doi: 10.1016/j.ibiod.2006.05.002.

Congeevaram S., Dhanarani S., Park J., Dexilin M., Thamaraiselvi K. Biosorption of chromium and nickel by heavy metal resistant fungal and bacterial isolates. Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 146 (1–2). P. 270–277. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.12.017.

Sturm G., Dolch K., Richter K., Rautenberg M., Gescher J. Metal Reducers and Reduction Targets. A Short Survey About the Distribution of Dissimilatory Metal Reducers and the Multitude of Terminal Electron Acceptors. Microbial Metal Respiration. 2013. P. 129–159. doi: 10.1007/978-3-642-32867-1_6.

Tashyrev O.B., Galinker E.V., Andreyuk E.I. Thermodynamic prognosis of redox-interaction of microorganisms with metals-oxidizers. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2008. P. 166–172. (In Russian).

Pourbaix M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions. Oxford: Pergamon Press, 1963. 320 p.

Shlegel G. General microbiology. M.: Mir, 1987. 567 p. (In Russian).

Lehninger A., Nelson D., Cox M. Principles of Biochemistry, 2nd ed. New York: Worth, 1993.

Lurie Y.Y. Handbook of Analytical Chemistry. M.: Himiya, 1979. 480 p. (In Russian).

Kondratieva E.N. Role of microorganisms in the cycle of gases in nature. M.: Nauka, 1979. 288 p. (In Russian).

Tashyreva A., Tashyrev O., Prytula I. The novel comprehensive approach for non-food agricultural and landfill biomass microbial fermentation and biogas production. Biotechnology and Plant Breeding Perspectives. 2014. P. 347–356.

Lloyd J.R. Microbial reduction of metals and radionuclides. FEMS Microbiology Reviews. 2003. Vol. 27. P. 411–425.