Содовые шламохранилища: проблема утилизации отходов и поиск микроорганизмов-продуцентов промышленно значимых ферментов

Представлен обзор способов обращения с отходами содовых шламохранилищ, отвечающих схеме "утилизация – получение полезного продукта на основе утилизируемого отхода". Как опосредованное использование антропогенных щелочных сред с высоким уровнем минерализации рассмотрено выделение из них микроорганизмов-продуцентов промышленно значимых ферментов с уникальными свойствами: повышенной устойчивостью к щелочной среде и высокому уровню минерализации. Приведены результаты собственных исследований биоразнообразия действующей и старой карты АО "Березниковский содовый завод" методом метагеномного секвенирования, определены индексы Шеннона и Симпсона, отражающие микробное разнообразие, выравненность и меру доминирования. Выделены бактериальные культуры, обладающие амилолитическими, липолитическими, протеолитическими и целлюлозолитическими активностями, и показано преимущественное доминирование бактерий-липолитиков в содовом шламе и техногенных поверхностных образованиях прибрежной зоны, протеолитиков на поверхности грунта старой карты шламохранилища и целлюлозолитиков на глубине 10 см.

1. Калинина Л.В., Рудакова Л.В. Снижение токсичных свойств шламов содового производства с последующей их утилизацией. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. №6. C. 85—96.

2. Kalwasińska A., Felföldi T., Szab A.J., DejaSikora E., Kosobucki P., Walczak M. Microbial communities associated with the anthropogenic, highly alkaline environment of a saline soda lime. Antonie van Leeuwenhoek. 2017. V. 110. №7. Р. 945—962.

3. Сабитов К.Б., Воронин А.В. Перспективы использования твердых отходов производства кальцинированной соды АО "БСК" в качестве карбонатной составляющей сырья для производства цемента. Вестник Академии наук РБ. 2016. Т. 21. № 3(83). С. 86—95.

4. Крепышева И.В., Рудакова Л.В., Козлов С.Г. Физико-химические и токсикологические свойства шлама содового производства. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №1. С. 335—342.

5. Шатов А.А., Кутырёв А.С., Бадертдинов Р.Н. Некоторые пути утилизации отходов производства соды. Башкирский экологический вестник. 2013. № 3—4(36—37). С. 8—16.

6. Калинина Л.В. Наилучшие доступные технологии утилизации шламов содового производства. Экология и промышленность России. 2013. Ноябрь. С. 43—47.

7. Блинов С.М., Максимович Н.Г., Найданова Н.Ф., Шлыков В.Г., Потапов С.С. Минералогические основы утилизации отходов ОАО "Березниковский содовый завод". Минералогия техногенеза. 2003. С. 51—55.

8. Liu X., Kokare C. Chapter 11. Microbial enzymes of use in industry. In: Biotechnology of microbial enzymes: Production, biocatalysis and industrial applications. G. Brahmachari (Ed.). Elsevier Inc., 2017. P. 267—298.

9. Nogi Y., Takami H., Horikoshi K. Characterization of alkaliphilic Bacillus strains used in industry: Proposal of five novel species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2005. V. 55. P. 2309—2315.

10. Sarethy I.P., Saxena Y., Kapoor A., Sharma M., Sharma S.K., Gupta V., Gupta S. Alkaliphilic bacteria: Applications in industrial biotechnology. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2011. V. 38. P. 769—790.

11. Aino K., Hirota K., Matsuno T., Morita N., Nodasaka Y., Fujiwara T., Matsuyama H., Yoshimune K., Yumoto I. Bacillus polygoni sp. nov., a moderately halophilic, non-motile obligate alkaliphile isolated from indigo balls. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2008. V. 58. P. 120—124.

12. De Graaff M., Bijmans M.F.M., Abbas B., Euverink G.-J.W., Muyzer G., Janssen A.J.H. Biological treatment of refinery spent caustics under halo-alkaline conditions. Bioresource Technology. 2011. V. 102. P. 7257—7264.

13. Borkar S. Chapter 4 Alkaliphilic bacteria: diversity, physiology and industrial applications. In: Bioprospects of Coastal Eubacteria, S. Borkar (ed.). Switzerland: Springer International Publishing, 2015. P. 59—83.

14. Ali S.S., Habib I., Riaz T. Screening and characterization of alkaliphilic bacteria from industrial effluents. Punjab Univ. J. Zool. 2009. V. 24. № 1—2. P. 49—60.

15. Mokashe N., Chaudhari B., Patil U. Operative utility of salt-stable proteases of halophilic and halotolerant bacteria in the biotechnology sector. International Journal of Biological Macromolecules. 2018. V. 117. P. 493—522.

16. Kevbrin V.V. Isolation and cultivation of alkaliphiles. In: Advances in Biochemical Engineering. Biotechnology. Berlin, Heidelberg, Springer, 2019. P. 1—32.

17. Ren L., Han Y., Yang S., Tan X., Wang J., Zhao X., Fan J., Dong T., Zhou Z. Isolation, identification and primary application of bacteria from putrid alkaline silica sol. Front. Chem. Sci. Eng. 2014. V. 8. Р. 330—339.

18. Roadcap G.S., Sanford R.A., Jin Q., Pardinas J.R., Bethke C.M. Extremely alkaline (pH > 12) ground water hosts diverse microbial community. Ground Water. 2006. V. 44. № 4. Р. 511—517.

19. Nishita M., Hirota K., Matsuyama H., Yumoto I. Development of media to accelerate the isolation of indigo-reducing bacteria, which are difficult to isolate using conventional media. World J Microbiol Biotechnol. 2017. 33:133.

20. Aino K., Hirota K., Okamoto T., Tu Z., Matsuyama H., Yumoto I. Microbial communities associated with indigo fermentation that thrive in anaerobic alkaline environments. Front Microbiol. 2018. 9:2196.

21. Шилова А.В., Максимов А.Ю., Максимова Ю.Г. Изменения микробиома как индикатор восстановления природных сред содового шламохранилища АО "Березниковский содовый завод". Вода и экология: проблемы и решения. 2020. № 1 (81). С. 84—94.

22. Чернов Т.И., Тхакахова А.К., Кутовая О.В. Оценка различных индексов разнообразия для характеристики почвенного прокариотного сообщества по данным метагеномного анализа. Почвоведение. 2015. № 4.С. 462—468.