Механизм биоповреждения полиуретана почвенными микроорганизмами. Динамика видового состава микроорганизмов в процессе инкубации полимера в почвах различного зонального ряда. Оценка экологической безопасности утилизации полиуретана путём компостирования.
Аннотация к работе
Экологические проблемы биодеградации полиуретана в различных почвенных условияхТакой прогноз вызывает обоснованную тревогу, так как человечество пока не пришло к однозначному решению вопроса: как утилизировать и перерабатывать полимерные отходы, не причиняя вреда окружающей природной среде. Стоимость полимерных материалов достаточна высока, поэтому полимерные отходы рассматриваются сейчас как ценные синтетические продукты, подлежащие материальному рециклингу, то есть переработка с получением исходных полимеров, наполнителей, армирующих элементов, мономеров, других химических соединений. Создатели этих новых биоразлагаемых полимеров не прогнозируют картину разрушения оставшейся, после биодеструкции природной составляющей композита, синтетической матрицы в результате ее компостирования. Изучить динамику видового состава микроорганизмов в процессе инкубации полимера в почвах различного зонального ряда; определить доминирующие виды почвенных микроорганизмов, развивающихся на поверхности полиуретана. Впервые представлена характеристика микробных сообществ почв (более 100 видов) различного зонального ряда и установлено изменение структурно-фунциональной организации микробных сообществ в почвах в результате компостирования полимеров.Глава содержит анализ современного состояния проблемы утилизации и вторичной переработки полимерных отходов.В главе приведены характеристики использованных в работе объектов исследования, обоснование их выбора, а также методов испытаний. Отбор проб и предварительная обработка почвенных образцов для агрохимического анализа проводились согласно ГОСТ 28168-89 "Почвы. В работе использовали как нативные образцы почв, так и стерильные образцы (в качестве контроля процесса биодеструкции полиуретана). Для исключения влияния гуминовых кислот на процесс разрушения полимера в исследованиях использовали стерильный кварцевый песок. Изучение структуры и видового состава микробиоты почвы проводили методом посева из почвенной суспензии на плотные питательные среды: МПА, сусло-агар и среда Чапека в 5-кратной повторности.Почвенный покров исследуемой территории представлен лесной дерново-подзолистой почвой. Широколиственно-темнохвойный лес (дуб, ель, сосна, береза, липа); в напочвенном покрове преобладает тимофеевка луговая, одуванчик обыкновенный, пастушья сумка. Район исследования (Большое Сотниково Урицкого района Орловской области) расположен в центральной части Среднерусской возвышенности. Почвенный покров исследуемой территории представлен темно-серым пылеватым, средним суглинком. Из суглинистых почв было выделено в чистую культуру около 500 изолятов грибов, принадлежащих к 45 видам из 18 родов, 5 семейств, 3 порядков и 3 классов.Более длительный вегетационный период (190-200 дней), высокая продолжительность периода со средней температурой более 10 0С (~200 дней) способствуют активному росту и развитию микроорганизмов. Сравнивая численности микроорганизмов в естественных (нативных) образах почвы и в контрольных, следует отметить их значительное сокращение в 7-8 раз (Табл. Это закономерно, поскольку в течение 20 мес. инкубации образцов почв в них не поступали какие-либо органические источники питания для микроорганизмов. Динамика численности микроорганизмов в контрольных почвах была идентична и для опытных образцов, в которых проходила экспозиция образцов полиуретана. Инертность к биодеструкции полиуретана привела к снижению численности микроорганизмов в почве, так как скорость поступления доступных для них источников углерода недостаточна для поддержания определенного пула микробного сообщества.Об этом свидетельствует наличие в ИК - спектрах образцов (после выдерживания в почве) полос поглощения, отвечающих валентным колебаниям ассоциированной имино-группы в области 3346 - 3340 см-1 (с.,шир.) и карбонильной группы (амидной) в области 1734 - 1730 см-1 (с., резк.), ? (С-Н в арилах) в области 3010 см-1 (с., резк.), ? (С-Н) в области 2924 - 2920 см-1 (с., резк.), ? (С-Н) в области 2852-2850 см-1 (с., резк.), ? (С=С в аренах) в области 1597 см-1 (с., резк.), деформационным колебаниям d (NH) в области 1526-1524 см-1 (с., резк.) и др. В результате экспозиции полимера в почвенном образце 1 на поверхности полимера через 10 месяцев отмечено усиление пористости, эрозия стенок пор; поры покрыты биопленкой, что свидетельствует о начальном этапе микробиологического повреждения - адгезии микроорганизмов. Экспозиция полиуретановых гранул в почвенном образце 2 в течение 20 месяцев привела к обогащению бактериальной биопленки, сформировавшейся за 10 мес. инкубирования полимера (образец 1 полиуретана), спорами грибов. На образце 1 полиуретана образовалась биопленка как на внутренней, так и на внешней стороне гранулы в результате 20-ти месячной инкубации в почвенном образце 3. Таким образом, полиуретан в почве подвергается микробной деструкции.