Совместный эксперимент Германии и Гренобля: бактерии фиксируют 96% урана из шахтных вод, открывая новый подход к реабилитации старых урановых рудников

Более чем через тридцать лет после закрытия старого уранового рудника Шлема-Альберода (Schlema-Alberoda) в Саксонии, Германия, он продолжает создавать проблемы для реабилитации. После затопления шахтных выработок вода по-прежнему содержит около 1 миллиграмма урана на литр, что значительно превышает временное руководящее значение Всемирной организации здравоохранения для питьевой воды — 0,03 миллиграмма на литр. Это означает, что даже после полного прекращения добычи загрязнённую воду необходимо обрабатывать в течение длительного времени, чтобы предотвратить миграцию радиоактивного металла с подземными водами и его попадание в реки или источники питьевой воды.

Команда с участием Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Университета Гранады и других организаций провела эксперименты непосредственно на реальных пробах воды из этого рудника и получила примечательные результаты: после 130 дней анаэробного культивирования в темноте около 96% растворённого урана в воде было переведено в твёрдые частицы, а конечная концентрация урана в жидкой фазе снизилась примерно до 0,04 миллиграмма на литр. Важно подчеркнуть, что бактерии не заставили уран исчезнуть и не устранили его радиоактивность, а зафиксировали уран, который изначально легче мигрировал с водой, снизив его экологическую подвижность.

Дизайн эксперимента был относительно близок к условиям глубинной части рудника. Исследователи поместили два литра шахтной воды в бескислородную систему, добавили глицерин в качестве источника углерода и энергии, доступного бактериям, и выдерживали в темноте в течение 130 дней. Уран в воде обычно присутствует в растворимой, легко мигрирующей шестивалентной форме, однако бактериальная активность способствовала частичному переходу урана в более низкие степени окисления, включая относительно редкий пятивалентный уран, который связывался с железом и кислородом, образуя твёрдые минеральные фазы. Иными словами, микроорганизмы на микроскопическом уровне участвовали в процессе «отверждения», извлекая уран из воды и встраивая его в осадок.

Тем не менее, к этим результатам следует относиться с осторожностью. Контрольные эксперименты показали, что в условиях без глицерина или при стерилизации с добавлением глицерина также наблюдалась определённая потеря урана — примерно 25% и 36% соответственно, что может быть связано с адсорбцией на частицах или поверхности контейнера. Таким образом, эффект фиксации в 96% не может быть полностью приписан живым бактериям, однако значительный разрыв между полным экспериментом и контрольными образцами указывает на то, что микроорганизмы действительно играли ключевую роль. В ходе эксперимента вода из жёлтой становилась более прозрачной, на дне образовывался чёрный осадок, а микроскопические наблюдения выявили скопления урановых наночастиц вблизи бактериальных мембран.

Практическое значение этого исследования заключается в том, что оно предлагает более щадящий путь биоремедиации для долгосрочных сценариев очистки старых урановых рудников и загрязнённых водоносных горизонтов. Его ограничения также очевидны: успех в лаборатории на реальной шахтной воде не означает, что технологию можно немедленно масштабировать до промышленного уровня очистки; стабильность пятивалентного урана в течение 130 дней в бескислородной среде и сохранение более половины анализируемого урана после четырёх недель контакта с воздухом свидетельствуют лишь об определённой устойчивости, а не о доказательстве постоянной стабильности. Европейский синхротронный центр в Гренобле (Франция) сыграл важную роль в идентификации химических форм урана и механизмов его фиксации, что делает этот результат не только примером реабилитации старого рудника в Германии, но и значимым технологическим сигналом для долгосрочного управления наследием загрязнений ядерной промышленности.