DOI 10.35776/VST.2022.11.06
УДК 628.35

Кофман В. Я., Вишневский М. В., Баурина А. В.

Грибные культуры для биодеградации органических микрозагрязнений в сточных водах (обзор)

Аннотация

В настоящее время ведется активная разработка способов удаления органических микрозагрязнений, присутствующих в сельскохозяйственных, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных водах. Характерными свойствами этих веществ являются химическая стабильность и потенциальная токсичность. Органические микрозагрязнения, как полагают, могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека даже в следовых концентрациях. К веществам такого рода относят фармацевтически активные вещества, средства личной гигиены, вещества, нарушающие работу эндокринной системы, пестициды, промышленные химические вещества и пр. Традиционный биологический процесс на основе бактериальных культур не обеспечивает эффективную био­деградацию данных веществ на очистных сооружениях. В качестве сравнительно нового, но весьма перспективного способа удаления органических микрозагрязнений рассматривают биодеградацию с использованием грибов, вызывающих белую гниль древесины, в основном представленных базидиомицетами, включающими Pleurotus ostreatus, Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, Ganoderma lucidum, Irpex lacteus. В окружающей среде эти грибы эффективно разрушают лигнин для высвобождения более легко метаболизируемых углеводов – гемицеллюлозы и целлюлозы. В данном процессе участвуют внеклеточные лигнинолитические ферменты, органические кислоты, медиаторы и вспомогательные ферменты. Отличительной особенностью ферментативного механизма является его неспецифичность, обусловленная действием через образование свободных радикалов. Благодаря этому свойству внеклеточные ферменты грибов способны трансформировать широкий спектр органических молекул, включая загрязняющие вещества, присутствующие в сточных водах. В проведенных многочисленных исследованиях получены хорошие результаты биодеградации органических микрозагрязнений, в том числе на реальных сточных водах, в непрерывном режиме и широком диапазоне рабочих условий в присутствии автохтонных микроорганизмов.

Ключевые слова

сточные воды , лекарственные препараты , биодеградация , грибы, вызывающие белую гниль древесины , пестициды , эндокринные разрушители

Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку

Список цитируемой литературы

1. Sauvé S., Desrosiers M. A review of what is an emerging contaminant. Chemistry Central Journal, 2014, v. 8 (1), an 15.
2. Barbosa M. O., Moreira N. F. F., Ribeiro A. R., et al. Occurrence and removal of organic micropollutants: An overview of the watch list of EU Decision 2015/495. Water Research, 2016, v. 94, pp. 257–279.
3. Dashtban M., Schraft H., Syed T. A., Qin W. Fungal biodegradation and enzymatic modification of lignin. International Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 2010, v. 1, pp. 36–50.
4. Hofrichter M. Review: Lignin conversion by manganese peroxidase (MnP). Enzyme and Microbial Technology, 2002, v. 30, pp. 454–466.
5. Van Driessel B., Christov L. Decolorization of bleach plant effluent by mucoralean and white-rot fungi in a rotating biological contactor reactor. Journal of Biosciince and Bioengineering, 2001, v. 92, pp. 271–276.
6. Morozova O. V., Shumakovich G. P., Shleev S. V., Yaropolov Y. I. Laccase-mediator systems and their applications: A review. Applied Biochemistry and Microbiology, 2007, v. 43, pp. 523–535.
7. Durairaj P., Hur J.-S. S., Yun H. Versatile biocatalysis of fungal cytochrome P450 monooxygenases. Microbial Cell Factories, 2016, v. 15, pp. 1–16.
8. Mir-Tutusaus J. A., Baccar R., Caminal G., Sarrà M. Can white-rot fungi be a real wastewater treatment alternative for organic micropollutants removal? A review. Water Research, 2018, v. 138, pp. 137–151.
9. Wen J., Gao D., Zhang B., Liang H. Co-metabolic degradation of pyrene by indigenous white-rot fungus Pseudotrametes gibbosa from the northeast China. International Biodeterioration and Biodegradation, 2011, v. 65, pp. 600–604.
10. Badia-Fabregat M., Rosell M., Caminal G., et al. Use of stable isotope probing to assess the fate of emerging contaminants degraded by white-rot fungus. Chemosphere, 2014, v. 103, pp. 336–342.
11. Grandclément C., Seyssiecq I., Piram A., et al. From the conventional biological wastewater treatment to hybrid processes, the evaluation of organic micropollutant removal: A review. Water Research, 2017, v. 111, pp. 297–317.
12. Mir-Tutusaus J. A., Massís-Mora M., Corcellas C., et al. Degradation of selected agrochemicals by the white rot fungus Trametes versicolor. Science of the Total Environment, 2014, v. 500–501, pp. 235–242.
13. Gros M., Cruz-Morato C., Marco-Urrea E., et al. Biodegradation of the X-ray contrast agent iopromide and the fluoroquinolone antibiotic ofloxacin by the white rot fungus Trametes versicolor in hospital wastewaters and identification of degradation products. Water Research, 2014, v. 60, pp. 228–241.
14. Zhuo R., Ma L., Fan F., et al. Decolorization of different dyes by a newly isolated white-rot fungi strain Ganoderma sp. En3 and cloning and functional analysis of its laccase gene. Journal of Hazardous Materials, 2011, v. 192, pp. 855– 873.
15. Margot J., Bennati-Granier C., Maillard J., et al. Bacterial versus fungal laccase: potential for micropollutant degradation. AMB Express, 2013, v. 3 (1), an 63.
16. Palli L., Castellet-Rovira F., Pérez-Trujillo M., et al. Preliminary evaluation of Pleurotus ostreatus for the removal of selected pharmaceuticals from hospital wastewater. Biotechnology Progress, 2017, v. 33 (6), pp. 1529–1536.
17. Torán J., Blánquez P., Caminal G. Comparison between several reactors with Trametes versicolor immobilized on lignocellulosic support for the continuous treatments of hospital wastewater. Bioresource Technology, 2017, v. 243, pp. 966–974.
18. Sitanggang A. B., Wu H.-S., Wang S. S., Ho Y.-C. Effect of pellet size and stimulating factor on the glucosamine production using Aspergillus sp. BCRC 31742. Bioresource Technology, 2010, v. 101, pp. 3595–3601.
19. Espinosa-Ortiz E. J., Rene E. R., Pakshirajan K., et al. Fungal pelleted reactors in wastewater treatment: applications and perspectives. Chemical Engineering Journal, 2015, v. 283, pp. 553–571.
20. Li X., Xu J., de Toledo R. A., Shim H. Enhanced carbamazepine removal by immobilized Phanerochaete chrysosporium in a novel rotating suspension cartridge reactor under non-sterile condition. International Biodeterioration and Biodegradation, 2016, v. 115, pp. 102–109.
21. Ehlers G. A., Rose P. D. Immobilized white-rot fungal biodegradation of phenol and chlorinated phenol in trickling packed-bed reactors by employing sequencing batch operation. Bioresource Technology, 2005, v. 96, pp. 1264–1275.
22. Yang S., Hai F. I., Nghiem L. D., et al. Removal of bisphenol A and diclofenac by a novel fungal membrane bioreactor operated under nonsterile conditions. International Biodeterioration and Biodegradation, 2013, v. 85, pp. 483–490.
23. Mir-Tutusaus J. A., Sarrà M., Caminal G. Continuous treatment of non-sterile hospital wastewater by Trametes versicolor: How to increase fungal viability by means of operational strategies and pretreatments. Journal of Hazardous Materials, 2016, v. 318, pp. 561–570.
24. Blánquez P., Caminal G., Sarrà M., Vicent T. The effect of HRT on the decolourisation of the Grey Lanaset G textile dye by Trametes versicolor. Chemical Engineering Journal, 2007, v. 126, pp. 163–169.
25. Sankaran S., Khanal S. K., Pometto A. L., van Leeuwen J. Ozone as a selective disinfectant for nonaseptic fungal cultivation on corn-processing wastewater. Bioresource Technology, 2008, v. 99, pp. 8265–8272.
26. Cheng Z., Xiang-hua W., Ping N. Continuous Acid Blue 45 decolorization by using a novel open fungal reactor system with ozone as the bactericide. Biochemical Engineering Journal, 2013, v. 79, pp. 246– 252.
27. Yang S., Hai F. I., Nghiem L. D., et al. Removal of bisphenol A and diclofenac by a novel fungal membrane bioreactor operated under nonsterile conditions. International Biodeterioration and Biodegradation, 2013, v. 85, pp. 483–490.
28. Del Alamo A. C., Pariente M. I., Molina R., Martinez F. Advanced bio-oxidation of fungal mixed cultures immobilized on rotating biological contactors for the removal of Pharmaceutical micropollutants in a real hospital wastewater. Journal of Hazardous Materials, 2022, v. 425, an 128002.
29. Nguyen L. N., Hai F. I., Yang S., et al. Removal of trace organic contaminants by an MBR comprising a mixed culture of bacteria and white-rot fungi. Bioresource Technology, 2013, v. 148, pp. 234–241.
30. Kresinová Z., Linhartová L., Filipová A., et al. Biodegradation of endocrine disruptors in urban wastewater using Pleurotus ostreatus bioreactor. New Biotechnology, 2017, v. 43, pp. 53–61.
31. Palli L., Gullotto A., Tilli S., et al. Biodegradation of 2-naphthalensulfonic acid polymers by white-rot fungi: Scale-up into non-sterile packed bed bioreactors. Chemosphere, 2016, v. 164, pp. 120–127.
32. Mir-Tutusaus J. A., Jaen-Gil A., Barcelo D., et al. Prospects on coupling UV/H2O2 with activated sludge or fungal treatment for the removal of pharmaceutically active compounds in real hospital wastewater. Science of the Total Environment, 2021, v. 773, an 145374.
33. Thormo-Budowski R., Cambronero-Heinrichs J. C., Duran J. E., et al. Removal of pharmaceuticals and ecotoxicological changes in wastewater using Trametes versicolor: A comparison of fungal stirred tank and trickle-bed bioreactors. Chemical Engineering Journal, 2021, v. 410, an 128210.
34. Shahid M. K., Kashif A., Fuwad A., Choi Y. Current advances in treatment technoilogies for removal of emerging contaminants from water: A critical review. Coordination Chemistry Review, 2021, v. 442, an 213993.