Бактерии нейтрализуют уран в шахтных водах — учёные впервые раскрыли механизм

Всего за 130 дней содержание урана в шахтной воде сократилось на 95%. Открытие публикуется в журнале Nature Communications, сообщает издание НИА «Экология», и открывает путь к биологической очистке загрязнённых территорий урановых рудников. Для Казахстана — мирового лидера по добыче урана — это потенциально значимая технология рекультивации.

Суть коротко

• Учёные Центра имени Гельмгольца (Дрезден-Россендорф), Университета Гранады и компании Wismut GmbH провели эксперимент с водой из затопленной урановой шахты в Рудных горах Германии.
• Природные бактерии, которым в качестве питания добавили глицерин, за 130 дней снизили содержание растворённого урана в воде на 95%.
• Ключевое открытие: бактерии переводят уран в необычное пятивалентное состояние (U(V)), ранее считавшееся нестабильным. В результате образуется соединение FeU(V)O₄, устойчивое даже при воздействии атмосферного кислорода.
• Ранее подобное соединение обнаруживалось лишь однажды — в почвах Хорватии, загрязнённых урановыми боеприпасами.
• До практического применения ещё далеко: авторы подчёркивают необходимость детального изучения биохимических механизмов и оценки возможностей применения в полевых условиях.

Проблема, которую пытаются решить

Добыча урана оставляет после себя специфическое наследство: затопленные шахты, хвостохранилища, карьеры — всё это источники медленного, но устойчивого загрязнения подземных и поверхностных вод растворёнными соединениями урана. Классические методы очистки — химическое осаждение, ионный обмен, обратный осмос — работают, но дороги и требуют постоянного обслуживания. Биологические методы могут быть значительно дешевле и применимее в труднодоступных локациях.

Именно поэтому исследование проводилось совместно с компанией Wismut GmbH, которая занимается рекультивацией бывших урановых рудников в Германии — одними из крупнейших в Европе, разрабатывавшихся в советскую эпоху.

Пятивалентный уран: почему это важно

Уран существует преимущественно в двух растворимых формах: четырёхвалентной (U(IV), нерастворимой, стабильной) и шестивалентной (U(VI), растворимой и подвижной — именно она загрязняет воду). Переход из шестивалентной в четырёхвалентную форму — цель очистки, но этот процесс в присутствии кислорода нестабилен: U(IV) снова окисляется и возвращается в раствор.

Открытие немецко-испанской группы ломает эту логику. Бактерии создают не U(IV), а промежуточное пятивалентное состояние U(V) — ранее считавшееся кратковременным и нестабильным. Однако в соединении с железом образуется FeU(V)O₄, которое сохраняет устойчивость даже при воздействии кислорода. Это принципиальное отличие от прежних биологических методов, при которых очищенная вода снова загрязнялась при аэрации.

Казахстанский контекст

Казахстан добывает около 43% мирового урана — преимущественно методом подземного скважинного выщелачивания (ПСВ), при котором кислотный или щелочной раствор закачивается в пласт, растворяет уран и откачивается на поверхность. Этот метод менее травматичен для ландшафта, чем открытая добыча, но создаёт специфические проблемы подземного загрязнения и требует последующей рекультивации водоносных горизонтов.

Помимо действующих объектов, Казахстан располагает значительным наследием советской урановой промышленности: старые рудники, хвостохранилища и загрязнённые территории в Актюбинской, Кызылординской и Южно-Казахстанской областях. Их рекультивация — долгосрочная экологическая задача, частично финансируемая государством.

Биологические методы очистки на основе открытого механизма могут в перспективе снизить стоимость рекультивации и расширить возможности для восстановления загрязнённых водоносных горизонтов. Казахстанским экологическим регуляторам и «Казатомпрому» стоит отслеживать развитие этого направления — особенно по мере приближения технологии к полевым испытаниям.

Авторский вывод

Природа уже тысячелетиями использует бактерии для трансформации тяжёлых металлов — учёные лишь начинают понимать, как именно. Открытие механизма образования FeU(V)O₄ — не прикладное решение сегодняшнего дня, а фундаментальное знание, которое через несколько лет исследований может превратиться в рабочий инструмент для очистки урановых шахт. Для страны с самым большим урановым сектором в мире это направление стоит держать в поле зрения.