РОЛЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМИРОВАНИИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ И ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ЗОН ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ И ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ ВБЛИЗИ ПОЛИГОНОВ ТКО   

©2021 г. В. С. Путилина^*, Т. И. Юганова^**

Институт геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН,
Уланский пер., 13, стр.2, Москва, 101000 Россия

^*E-mail: vputilina@yandex.ru,
^**E-mail: tigryu@gmail.com

Поступила в редакцию 3.09.2021 г.
После доработки 3.09.2021 г.
Принята к публикации 10.09.2021 г.

В статье проанализирована роль микробиологических процессов в формировании геохимических барьеров и окислительно-восстановительных зон при загрязнении почв и водоносных горизонтов металлами. Значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносят тяжелые металлы в местах захоронения отходов, их миграция с формирующимся фильтратом в зону аэрации и подземные воды. Особое внимание уделено характеристике поведения тяжелых металлов в сменяющихся окислительно-восстановительных условиях, их трансформации и поступлению в водоносные горизонты. Рассмотрены механизмы биологического преобразования металлов и снижения их токсического воздействия на окружающую среду. Отмечено, что биологическая детоксикация природной среды представляет собой совокупность процессов метаболизма и биоконцентрирования за счет комплексообразования, сорбции и биодеградации вещества, зависящую от биологической активности окружающей среды и природы загрязняющих веществ. Биоремедиация загрязненных территорий и водоносных горизонтов - одна из наиболее безопасных, экономически эффективных, экологически чистых технологий для обеззараживания загрязненных участков территорий и водоносных горизонтов.

Ключевые слова: микробиологические процессы, геохимические барьеры, окислительно-восстановительные зоны, загрязнение, почвы, подземные воды, металлы.

DOI: 10.31857/S0869780921060084 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Галицкая И.В., Путилина В.С., Юганова Т.И. Роль органического вещества в миграции тяжелых металлов на участках складирования твердых бытовых отходов // Геоэкология. 2005. №5. С. 411–422.
2. Галицкая И.В., Путилина В.С., Юганова Т.И. Формирование зональности окислительно-восстановительных состояний в водоносных горизонтах под влиянием полигонов и свалок ТБО // Геоэкология. 2008. №5. С. 401–410.
3. Галицкая И.В., Путилина В.С., Юганова Т.И. Роль микроорганизмов в поведении урана в системе вода–порода // Геоэкология. 2016. №4. С. 320–334.
4. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: Наука, 2004. 677 с.
5. Никовская Г.Н., Ульберг З.Р., Коваль Л.А. Коллоидно-химические процессы в биотехнологии извлечения тяжелых металлов из почвы // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63. №6. С. 820–824.
6. Огурцова Л.В., Каравайко Г.И., Авакян З.А., Корнеевский А.А. Активность различных микроорганизмов в выносе элементов из боксита // Микробиология. 1989. Т. 58. №6. С. 956–962.
7. Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И. Влияние органического вещества на миграцию тяжелых металлов на участках складирования твердых бытовых отходов: Аналит. обзор. Сер. Экология; Вып. 76. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН; ИГЭ РАН, 2005. 100 с.
8. Abiriga D., Jenkins A., Alfsnes K., Vestgarden L.S., Klempe H. Characterisation of the bacterial microbiota of a landfill-contaminated confined aquifer undergoing intrinsic remediation // Science of the Total Environment. 2021. V. 785. Paper 147349. 12 p.
9. Anderson R.T., Vrionis H.A., Ortiz-Bernad I., Resch C.T., Long P.E., Dayvault R., Karp K., Marutzky S., Metzler D.R., Peacock A., White D.C., Lowe M., Lovley D.R. Stimulating the in situ activity of Geobacter species to remove uranium from the groundwater of a uranium-contaminated aquifer // Applied & Environmental Microbiology. 2003. V. 69. N 10. P. 5884–5891.
10. Burkhardt E.-M., Meißner S., Merten D., Büchel G., Küsel K. Heavy metal retention and microbial activities in geochemical barriers formed in glacial sediments subjacent to a former uranium mining leaching heap // Chemie der Erde – Geochemistry. 2009. V. 69, Suppl. 2. P. 21–34.
11. Calmano W., Hong J., Förstner U. Binding and mobilization of heavy metals in contaminated sediments affected by pH and redox potential // Water Science & Technology. 1993. V. 28. N 8–9. P. 223–235.
12. Edwards L., Kusel K., Drake H., Kostka J.E. Electron flow in acidic subsurface sediments contaminated with nitrate and uranium // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007. V. 71. N 3. P. 643–654.
13. Flyhammar P. Estimation of heavy metal transformations in municipal solid waste // The Science of the Total Environment. 1997. Vol. 198. N 2. P. 123–133.
14. Gadd G.M., Griffiths A.J. Microorganisms and heavy metal toxicity // Microbial Ecology. 1978. V. 4, №4. P. 303–317.
15. Hansel C.M., Benner S.G., Neiss J., Dohnalkova A., Kukkadapu R.K., Fendorf S. Secondary mineralization pathways induced by dissimilatory iron reduction of ferrihydrite under advective flow // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2003. V. 67. N 16. P. 2977–2992.
16. Hyldegaard B.H., Jakobsen R., Weeth E.B., Overheu N.D., Gent D.B., Ottosen L.M. Challenges in electrochemical remediation of chlorinated solvents in natural groundwater aquifer settings // Journal of Hazardous Materials. 2019. V. 368. P. 680–688.
17. Kjeldsen P., Barlaz M.A., Rooker A.P., Baun A., Ledin A., Christensen T.H. Present and long-term composition of MSW landfill leachate: A Review // Critical Reviews in Environmental Science & Technology. 2002. V. 32. N 4. P. 297–336.
18. Knox A.S., Brigmon R.L., Kaplan D.I., Paller M.H. Interactions among phosphate amendments, microbes and uranium mobility in contaminated sediments // The Science of the Total Environment. 2008. V. 395. N 2–3. P. 63–71.
19. Kulshreshtha A., Agrawal R., Barar M., Saxena S. A review on bioremediation of heavy metals in contaminated water // IOSR Journal of Environmental Science, Toxicology & Food Technology. 2014. V. 8. N 7. P. 44–50.
20. Lin B., Braster M., Röling W.F., van Breukelen B.M. Iron-reducing microorganisms in a landfill leachate-polluted aquifer: complementing culture-independent information with enrichments and isolations // Geomicrobiology Journal. 2007. V. 24. N 3–4. P. 283–294.
21. Lloyd J.R., Lovley D.R. Microbial detoxification of metals and radionuclides // Current Opinion in Biotechnology. 2001. V. 12. N 3. P. 248–253.
22. Lloyd J.R., Lovley D.R., Macaskie L.E. Biotechnological application of metal-reducing microorganisms // Advances in Applied Microbiology. 2003. V. 53. P. 85–128.
23. Logeshwaran P., Megharaj M., Chadalavada S., Bowman M., Naidu R. Petroleum hydrocarbons (PH) in groundwater aquifers: an overview of environmental fate, toxicity, microbial degradation and risk-based remediation approaches // Environmental Technology & Innovation. 2018. V. 10. P. 175–193.
24. Lovley D.R. Anaerobes into heavy metal: Dissimilatory metal reduction in anoxic environments // Trends in Ecology & Evolution. 1993. V. 8. N 6. P. 213–217.
25. Lovley D.R. Bioremediation of organic and metal contaminants with dissimilatory metal reduction // Journal of Industrial Microbiology. 1995. V. 14. P. 85–93.
26. Lovley D.R., Fraga J.L., Blunt-Harris E.L., Hayes L.A., Phillips E.J.P., Coates J.D. Humic substances as a mediator for microbially catalysed metal reduction // Acta Hydrochimica et Hydrobiologica. 1998. V. 26. N 3. P. 152–157.
27. Lovley D.R., Anderson R.T. Influence of dissimilatory metal reduction on fate of organic and metal contaminants in the subsurface // Hydrogeology Journal. 2000. V. 8. N 1. P. 77–88.
28. Lovley D.R. Anaerobes to the rescue // Science. 2001. V. 293. N 5534. P. 1444–1446.
29. Lovley D.R. Dissimilatory metal reduction: From early life to bioremediation // ASM News. 2002. V. 68. P. 231–237.
30. Lovley D.R. Extracellular electron transfer: wires, capacitors, iron lungs, and more // Geobiology. 2008. V. 6. N 3. P. 225–231.
31. Lyngkilde J., Christensen T.H. Redox zones of a landfill leachate pollution plume (Vejen, Denmark) // Journal of Contaminant Hydrology. 1992. V. 10. P. 273–289.
32. O’Connor D., Hou D., Ok Y.S., Song Y., Sarmah A.K., Li X., Tack F.M. Sustainable in situ remediation of recalcitrant organic pollutants in groundwater with controlled release materials: a review // Journal of Controlled Release. 2018. V. 283. P. 200–213.
33. Picardal F., Cooper D.G. Microbially mediated changes in the mobility of contaminant metals in soils and sediments // Ahmad I., Hayat S., Pichtel J. (Eds.), Heavy Metal Contamination of Soil: Problems and Remedies. Enfield, NH: Science Publishers, Inc., 2005. P. 43–88.
34. Sitte J., Akob D.M., Kaufmann C., Finster K., Banerjee D., et all. Microbial links between sulfate reduction and metal retention in uranium- and heavy metal-contaminated soil // Applied & Environmental Microbiology. 2010. V. 76. N 10. P. 3143–3152.
35. Stewart B.D., Neiss J., Fendorf S. Quantifying constraints imposed by calcium and iron on bacterial reduction of Uranium(VI) // Journal of Environmental Quality. 2007. V. 36. N 2. P. 363–372.
36. Tarekegn M.M., Salilih F.Z., Ishetu A.I. Microbes used as a tool for bioremediation of heavy metal from the environment // Cogent Food & Agriculture. 2020. V. 6. N 1. Paper 1783174. 19 p.
37. Vodyanitskii Yu N. Biochemical processes in soil and groundwater contaminated by leachates from municipal landfills (Mini review) // Annals of Agrarian Science. 2016. V. 14. N 3. P. 249–256.