Увеличение в последние годы объемов добычи твердых энергоносителей в связи с экономической целесообразностью ускоренного развития производства вызывает проблемы накопления техногенных ресурсов в виде твердых отходов угледобычи, интенсивно воздействующих на окружающую среду и ухудшающих экологическую обстановку в районах добычи и переработки топлив. Углеотходы – один из видов антропогенных источников, полностью удовлетворяющий требованием их рационального и эффективного освоения, такие, как и природные ресурсы. Вместе с тем в период бурного развития угольной промышленности накоплен достаточный опыт исследования, которые показывают возможность использования различных отходов угольных месторождений в разнообразных сферах хозяйственной деятельности. Однако, большинство существующих способов использования твердых углеотходов обладают минимальной экологичностью. Внедрение в процесс производства биотехнологических процессов соответствует требованиям экологически чистых и устойчивых – «зеленых технологий». Одной из перспективных технологий утилизации твердых углеотходов, которая согласуется с основными экологическими тенденциями, является технология получения энергетических ресурсов путем микробной конверсии отходов угольных шахт и других предприятий.
Достижения биотехнологии с недавних пор начали утилизировать для увеличения добычи и переработки традиционных видов топлив, таких как нефть, мазут, уголь и т.п. [1]. Биотехнологическая конверсия бурого угля может быть направлено на получение из него различных видов продуктов, а также улучшения его специфических потребительских свойств. В зависимости от способа биоконверсии бурого угля и используемых при этом групп микроорганизмов различают два основных технологических методов переработки – аэробный и анаэробный. В первом случае, за счет подачи кислорода происходят окислительные процессы, обеспечивающие фракциональной деструкции, т.е. солюбилизации структуры бурого угля; во втором случае (анаэробная система) протекают процессы, ведущие к формированию метана и углекислого газа в угольной суспензии. Значительный эффект на осуществление процесса биоконверсии органической и минеральной части твердых топлив оказывают вырабатываемые микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности сурфактанты и ферменты [2,3].
К настоящему времени, главными направлениями биоконверсии разных углей является оптимизация их экологических характеристик для энерготехнологического использования путем биосолюбилизации (биорастворение), биодесульфуризации (удаления серных соединений), биодеминерализации и биогазификации [4-6].
При разработке биотехнологических способов используют различные сообщества бактерий и грибов, а процессы могут быть реализованы как в мезофильном (при температуре ~ 30°С), так и термофильном (температура процесса 40-65°С) условиях [7].
Бурые угли Ленгерского угольного бассейна, промышленные запасы которых оцениваются в 34 000 тыс.т., характеризуются средней зольностью, значительным содержанием серы. Другими причинами, определяющими целесообразность получения из бурого угля Ленгерского происхождения энергоэффективного твердого топлива, являются их средняя влажность.
Цель данного этапа исследований –изучение микробиологических свойств бурых углей Ленгерского месторождения.
В работе были использованы бурые (LLI) и окисленные бурые (LLE) угли Ленгерского (Каратауского) угольного бассейна (42°10'51.7"N 69°52'58.8"E) Южно-Казахстанской области группы Б3.
Несмотря на хорошо установленную роль микроорганизмов в формировании угля, микроорганизмы бурых углей изучены крайне недостаточно и поверхностно. В доступной нам литературе [1] встречается упоминание о бактериях и грибах, обитающихся в бурых углях.
В рамках данной работы нами была проведена обработки данных по изучению таксономического разнообразия гена 16S rDNA с целью его более рационального использования в исследованиях по микробиологическому мониторингу угольных пластов.
Цель данного этапа исследования - анализ результатов изучения таксономического разнообразия микробных сообществ Ленгерского бурого угля (LLI) полученных с использованием метагеномных техно- логий.Для детального рассмотрения и сравнения использовался леонордит (окисленный бурый уголь - LLE).
Поскольку количество последовательностей в пробах бурого угля варьировало в широких пределах, а также для подсчета различных индексов разнообразия нами использовались средние значения показателей, подсчитанных для случайных выборок последовательностей каждого образца (анализ «Rarefaction»).
Впервые на основе анализа данных высокопроизводительного секвенирования нового поколения Illumina описаны биоразнообразие и таксономическая структура метагенома микробного сообщества проб бурых углей.По результатам были проанализированы 10 таксономических групп бактерий, принадлежащие к Proteobacteria, Tenericutes, Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes, Nitrospirae, Chloroflexi, Gemmatimonadetes, Acidobacteria и Fusobacteria. Выделены и идентифицированы бактерий родов Bacillus и Providencia. Изучены их морфолого-культуральные и физиолого-биохимические особен-ности.
Показано, что культуры Bacillus sp. RKB 2 и Providencia sp. RKB 10 – продуценты
биосурфактантов в процессе биосолюбилизации активно размножаются на средах с высоким содержанием бурого угля, причем, адаптационная фаза роста для этих микроорганизмов не превышает 24 часа. Максимальный рост биомассы отмечается при концентрации бурого угля в среде - 5%.
Список литературы
- Fakoussa R.M., Hofrichter M. Biotechnology and microbiology of coal degradation // Appl Microbial Biotechnol. – 1999. – №52. – P. 25-40.
- Crawford D.L., Gupta R.K. Influence of cultural parameters on the depolymerization of a soluble lignite coal polymer by Pseudomonas cepacia DLC-07 // Resources, Conservation and Recycling. – 1991. – № 5 (2). – P. 245-254.
- Gokcay C.F., Kolankaya N., Dilek F.B. Microbial solubilization of lignites // Fuel. – 2001. – № 80 (10). – P. 1421-1433.
- Laborda F., Redondo M.F., Luna N. Characterization of liquefaction/solubilization mechanisms of Spanish coals by newly isolated microorganisms // Coal Science and Technology. – 1995. – № 24. – P. 1387-1390.
- Angel A., Olegario M., Jose A. Biodesulphurisation of coal by microorganisms isolated from the coal itself // Fuel Processing Technology. – 2001. – № 69. – P. 45-57.
- Nelson V., Liliana G., Manuel P. Production of humic substances through coal-solubilizing bacteria // Brazilian Journal of Microbiology. – 2014. – № 43. – P. 911-918.
- Jiang F., Li Z., Lv Z., Gao T., Yang J., Qin Z., Yuan H. The biosolubilization of lignite by Bacillus sp. Y7 and characterization of the soluble products // Fuel. – 2013. – № 103. – P. 639-645.