Последовательная биосорбционно-деградативная рекультивация метиленового синего из загрязненной почвы и сточных вод с использованием недавно выделенной биомассы Bacillus safensis SMAH: оптимизация, кинетика, изотермы и термодинамическая оценка

Почему важно очищать окрашенную почву

Яркие синтетические красители делают нашу одежду и кожу заметными, но когда эти краски попадают в почву и воду, они могут сохраняться годами и вредить живым организмам. Один из наиболее распространённых красителей — метиленовый синий — широко используется в текстиле и кожевенной промышленности. В этом исследовании изучается природный способ извлечь этот упорный краситель из загрязнённой почвы и разложить его с помощью недавно обнаруженного штамма безвредных бактерий вместо дорогостоящих химикатов или энергоёмких устройств.

Поиск полезного микроорганизма

Исследователи начали с поиска в местах, уже подвергшихся сильному воздействию красителей — в сточных водах кожевенных производств, осадках, обрезках кожи и близлежащем озере. Из этих сред они выделили шестнадцать различных бактериальных штаммов и протестировали, насколько эффективно каждый из них удаляет метиленовый синий из жидкой среды. Один штамм выделялся: он удалял около 97 процентов красителя всего за 24 часа. Генетический анализ показал, что этот «чемпион» принадлежит к виду Bacillus safensis. Команда затем вырастила большое количество этих микробов, осторожно высушила клетки для сохранения их поверхностной химии и использовала полученный бактериальный материал — названный BS-SMAH-B — в качестве многократно используемого очищающего агента.

Как бактериальный материал захватывает краситель

Чтобы понять, почему BS-SMAH-B работает так хорошо, учёные исследовали его поверхность с помощью нескольких методов визуализации и аналитики. Снимки, полученные электронным микроскопом, показали шероховатую пористую текстуру с множеством мелких полостей, которые в совокупности обеспечивают большую площадь для адсорбции красителя. Химические анализы показали, что поверхность бактерий богата углеродом, кислородом и азотом в виде общих функциональных групп, таких как карбоновые кислоты, спирты и амины. Эти группы имеют отрицательный заряд в обычных условиях окружающей среды, в то время как метиленовый синий несёт положительный заряд. Разность зарядов способствует притяжению красителя из почвенного раствора на бактериальную поверхность, подобно статическому электричеству, из‑за которого пыль прилипает к ткани. Измерения поверхностного заряда это подтвердили: биомасса имела явно отрицательный электрический потенциал, что благоприятствовало притяжению положительно заряженных молекул красителя.

От окрашенной почвы к чище земле

После характеристики материала команда протестировала BS-SMAH-B на почве, намеренно загрязнённой метиленовым синим. В лаборатории они изучали, как кислотность, дозировка биомассы, температура, содержание соли и время контакта влияют на эффективность. Лучшие условия оказались слабощелочными (примерно pH 9), при достаточном количестве биомассы для обеспечения множества сайтов связывания и при умеренном подогреве — всё это усиливало удаление красителя. В оптимизированных условиях система быстро поглощала краситель вначале, затем замедлялась по мере насыщения бактериальной поверхности. Математические модели этого временного роста указывали на то, что ключевой этап включает образование прочных химических связей между красителем и бактериальной поверхностью, а не только слабое прилипание. Важно, что при применении того же подхода к реальным загрязнённым почвам, взятым из кожевенных участков — где другие вещества конкурируют за места на поверхности — бактериальный материал всё ещё удалял до примерно 82 процентов красителя всего за один час.

Что происходит с захваченным красителем

Исследование не ограничилось лишь простым захватом красителя. Данные из спектров поглощения и предыдущие работы с родственными бактериями указывают на то, что после прикрепления метиленового синего к биомассе ферменты, продуцируемые микроорганизмами, начинают расщеплять молекулы красителя. Со временем интенсивный синий цвет тускнеет, крупные молекулы красителя преобразуются в более мелкие, гораздо менее вредные фрагменты, а затем — в простые неорганические формы и короткие органические молекулы. Такая двухэтапная схема — быстрое «биосорбционное» поглощение с последующим более медленным биологическим разложением — означает, что краситель не просто скрывается, но активно разрушается, снижая риск его повторного попадания в окружающую среду.

Природно вдохновлённый путь к безопасным почвам

Проще говоря, это исследование показывает, что естественный бактериальный штамм может действовать как «умная» губка для стойкого промышленного красителя: сначала он захватывает метиленовый синий из почвы, а затем помогает его переваривать. Материал BS-SMAH-B недорог в производстве, требует мягких условий и избегает интенсивного использования химикатов, которое может создавать новые проблемы загрязнения. Хотя необходимы дополнительные испытания вне лаборатории, эти результаты указывают на практичные, недорогие методы, использующие живые или некогда жившие микробы для очистки окрашенных почв вокруг кожевенных предприятий и других отраслей с высокой интенсивностью применения красителей, делая землю и воду безопаснее для прилегающих сообществ.

Цитирование: Mahmoud, M.E., Moneer, A.A., Abouelkheir, S.S. et al. Sequential biosorptive-degradative remediation of methylene blue from polluted soil and wastewater by a newly isolated Bacillus safensis SMAH biomass: optimization, kinetics, isotherms and thermodynamics assessments. Sci Rep 16, 8496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39057-7

Ключевые слова: биорекультивация почв, метиленовый синий, бактериальная биосорбция, загрязнение красителями, очистка окружающей среды