Біологічні методи очищення води знаходять все більше застосування. Ці методи характеризуються простотою і ефективністю. Забруднені води збирають в відстійниках або ставках зі слабкою течією, в яких відбувається розвиток мікроорганізмів і водоростей. Біологічний метод очищення води заснований на здатності мікроорганізмів використовувати в якості ростових субстратів різні сполуки, що входять до складу забруднених вод. Переваги цього методу полягають в можливості видалення зі стоків широкого спектру органічних і неорганічних речовин, простоті апаратурного оформлення, відносно невисоких експлуатаційних витратах. В ході очищення необхідно суворо дотримуватися технологічний режим і враховувати чутливість мікроорганізмів до високих концентрацій забруднювачів, що вимагає попереднього розбавлення стоків.
Багато мікроорганізмів здатні накопичувати метали в великих кількостях. В ході еволюції в них сформувалися системи поглинання окремих металів і їх концентрування в клітинах. Мікроорганізми, крім включення в цитоплазму, здатні також сорбировать метали на поверхні клітинних стінок, пов'язувати їх метаболітами в нерозчинні форми, а також переводити в летючу форму. Селекція в цьому напрямку і застосування нових генно-інженерних методів дозволяють отримувати форми, активно акумулюють метали, і на їх основі створювати системи біоочищення.
Таким чином, мікроорганізми накопичують розчинені метали внутрішньоклітинно або, виділяючи специфічні продукти обміну, переводять їх в нерозчинну форму і викликають осадження. За допомогою біосорбції навіть з розбавлених розчинів можливо 100% -ве витяг свинцю, ртуті, міді, нікелю, хрому, урану і 90% -ве - золота, срібла, платини, селену [21].
Внутрішньоклітинний накопичення металів може бути дуже значним. Так, встановлено здатність водоростей, дріжджів і бактерій ефективно сорбувати уран з морської води. Один із способів біосорбції - пропускання розчину металів через мікробний біофільтр, що представляє собою живі клітини, сорбованих на вугіллі. Випускаються також спеціальні біосорбенти, наприклад «Біосарбент М» (Чехія), виготовлений у вигляді зерен розміром 0,3-0,8 мм (мікробних клітин і носія); сорбент використовують в установках, що працюють на іонообмінних смолах. Можливо також виробництво сорбентів на основі мікробних полісахаридів. Такі сорбенти можна широко застосовувати в різних умовах, включаючи природні, вони прості у вжитку. Метали на наступній стадії після концентрування мікроорганізмами слід витягти з мікробної біомаси. Для цього існують різні способи: Недеструктивні, а також екстракція шляхом руйнування клітин.
Трансформація хімічних сполук в грунтової середовищі визначається комплексом фізичних, хімічних і біологічних факторів. Деградація ксенобіотиків може відбуватися в результаті фізичних і хімічних процесів і суттєво залежить від типу грунту, її структури, вологості, температури і ін. Ксенобіотики тимчасово або постійно накопичуються в навколишньому середовищі і негативно впливають на все живе. Біологічна трансформація сполук, які потрапили в навколишнє середовище, може протікати в різних напрямках, приводячи до мінералізації, накопичення або полімеризації. Але біологічна деградація ксенобіотиків виправдана тільки тоді, коли відбувається їх повна мінералізація, руйнування і детоксикація [21].
У природних умовах на ксенобіотики впливають мікробні спільноти. Завдяки гетерогенності природних мікробних спільнот, ксенобіотики в принципі можуть піддаватися біодеградації, а наявність в мікробних співтовариствах взаємопов'язаних метаболічних шляхів руйнування токсинів є основою для боротьби із забрудненням навколишнього середовища. Можливості мікробних спільнот щодо деградації багатьох токсичних сполук значні. Доведено, що при повторному попаданні в середу багатьох хімічних сполук час до початку їх трансформації (так званий адаптаційний період мікроорганізмів по відношенню до даного субстрату) значно коротше в порівнянні з першим попаданням цього з'єднання. Протягом цього періоду мікроорганізми в ході адаптації до токсичного з'єднанню як субстрату селектіруются по здатності деградувати даний субстрат. В результаті природним шляхом виникають мікробні популяції, які можуть зберігатися в грунті протягом декількох місяців після повної деградації токсиканти. Тому до моменту нового надходження цього з'єднання в грунт в ній уже присутні адаптовані мікроорганізми, здатні зруйнувати токсикант. Таким чином, після попадання ксенобіотиків в грунтову середу з неї можна виділити мікробні види, здатні деградувати конкретні ксенобіотики і далі вести селекцію на збільшення швидкості деградації. При попаданні нових речовин в навколишнє середовище може відбуватися природне генетичне конструювання, в результаті якого виникають мікробні форми з новими катаболическими функціями. Таким чином, природні генетичні механізми обміну інформацією дозволяють отримувати ефективні штами -деструктори ксенобіотиків.
Застосування активних штамів мікроорганізмів-деструкторів, виділення і використання стійких до забруднених вод мікроводоростей, введення в очищающий консорціум вищих водних рослин призвело до створення нової комплексної біотехнології очищення та відновлення водойм, забруднених нафтопродуктами. Екотехнологія дозволяє проводити Біоремедіація водойм, підданих аварійного забруднення нафтопродуктами, і водойм, систематично протягом багатьох років забруднюються нефтесодержащими стоками.
Фіторемедіація (використання фотосинтезуючих організмів) дозволяє збільшувати енергетичні ресурси, що очищається екосистеми при помірному використанні органічних добрив для стимуляції мікробної діяльності. Воно найближче до природних процесів. Чи небезпечна можлива в таких випадках евтрофікація - збільшення локальних концентрацій добрив і стимуляція масового розмноження мікроорганізмів? Досвід дозволяє стверджувати, що тимчасову евтрофікацію водойм і грунтів можна контролювати і використовувати для збільшення продуктивності ценоза. Тому фіторемедіація - це контрольована евтрофікація водойми для руйнування в ньому домішок ненормально високих концентрацій вуглеводнів. З огляду на, що в будь-який, навіть самої чистої (наприклад, Байкальська) воді, передбачається наявність малих концентрацій вуглеводнів та аборигенної мікрофлори, здатної до їх руйнування, фіторемедіаціі слід здійснювати як біотехнологію, засновану на використанні природних процесів.
Активізація процесу біологічного руйнування нафтопродуктів вимагає інтенсифікації бактеріального розкладання вуглеводнів і організації в просторі процесу переробки цієї бактеріальної біомаси в харчових ланцюгах.
Біоремедіація передбачає розробку технологій, завданням яких є використання біохімічного потенціалу аборигенних, адаптованих або модифікованих біологічних систем, перш за все мікроорганізмів, для деградації або детоксикації полютантів. Біоремедіація володіє великими потенційними можливостями для запобігання забрудненню навколишнього середовища і боротьби з уже наявними забрудненням.
У порівнянні з іншими методами очищення навколишнього середовища Біоремедіація набагато дешевше. При розсіяному забруднення, як у випадку з пестицидами, застосовуваними на величезних площах, забрудненнями нафтою і нафтопродуктами територій Західного Сибіру, тринітротолуолом, яким забруднені полігони і стрільбища, альтернативи біоремедіаціі просто немає.
Процеси біоремедіаціі іноді можуть здійснюватися природними мікроорганізмами. Завдання вчених в цьому випадку полягає в стимуляції біодеградатівной активності цих мікроорганізмів. Якщо в грунті або воді, забрудненій ксенобіотиками, відсутні мікроорганізми, здатні до деградації даних сполук, доцільна інтродукція туди мікроорганізмів-біодеструкторів. На відміну від промислової біотехнології, де є можливість витримувати всі параметри технологічного процесу, Біоремедіація, як правило, здійснюється в буквальному сенсі цього слова у відкритій системі, тобто в навколишньому середовищі. Тому в набагато більшому ступені успіх процесу біоремедіаціі залежить від критичної маси знань, досвіду, методів, і, нарешті, різноманітності мікроорганізмів, здатних здійснювати реакції біодеградації. Певною мірою це буде завжди «ноу-хау», яке визначається перерахованими вище обставинами.
Розробка теоретичних основ процесів біоремедіації, самих технологій і їх здійснення вимагають міждисциплінарного підходу і участі фахівців в області генетики та молекулярної біології, науки про навколишнє середовище, інженерних дисциплін. Так, наприклад, створений новий мікробний препарат «Деворойл», який реалізує біотехнологію очищення, засновану на застосуванні мікробних асоціацій, активно утилізують вуглеводні нафти, і дозволяє в максимально короткий термін очищати від забруднення нафтою і нафтопродуктами воду і грунт [23]. Спеціальні добавки в його склад значно активізують процес деструкції нафти. Простота технології застосування препарату пов'язана з використанням звичайних механізованих засобів для розпилення, м на великих площах - авіації. Для очищення зливових стічних вод від нафтових забруднень препарат наноситься на поверхню плаваючих біофільтрів, використовуваних на очисних спорудах. Області застосування препарату «Деворойл»:
- очищення від забруднення нафтою і нафтопродуктами води, що містить більше 5% нафти, і грунту з нефтезагрязнений понад 20 кг / м 3;
- очищення від нефтезагрязнений грунтів на територіях аеропортів, депо, автозаправних та мийних станцій, складів ПММ і сховищ нафти і нафтопродуктів;
- очищення поверхневих (зливових) стічних вод від вуглеводневих забруднень.
Переваги використання препарату «Деворойл»:
- висока активність окислення вуглеводнів різних класів;
- зростання ефективності очищення за рахунок дії препарату не тільки на кордоні водонефтяного контакту, але і в товщі забруднювача завдяки підібраною асоціації гідрофільних і ліпофільних мікроорганізмів, що дає виграш у часі, необхідний для нейтралізації забруднення;
- ефективність використання в природних і антропогенних середовищах з солоністю до 150 г / л; в широких діапазонах рН середовища (2-9), а також в умовах різких коливань температури і при значному хімічному забрудненні;
- простота і економічність (низькі витрати) при високій ефективності.