Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Одними из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды (поверхностных и подземных вод, почв, растительного покрова и атмосферного воздуха) являются нефть, нефтепродукты и нефтесодержащие отходы – нефтешламы. Ежегодно в мире образуются миллионы тонн жидких и твердых отходов нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Места хранения таких отходов представляют серьезную опасность для окружающей среды, а многочисленные аварии при добыче, переработке и транспортировки нефти и нефтепродуктов являются причиной масштабных загрязнений природных объектов. Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки наносят прямой вред здоровью человека (например, некоторые компоненты нефти проявляют канцерогенную активность). [1] При нефтегенном загрязнении изменяется численность микроорганизмов основных физиологических групп, существенно модифицируется почвенная микробиота, ухудшаются агрофизические и агрохимические свойства почвы, снижается активность окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов, уменьшается обеспеченность подвижными фронтами азота и фосфора [2].

Нефть не оказывает существенного влияния на почвенную микробиоту при концентрациях соответствующих зоне гомеостаза (до 1 мл/кг) и может в этих случаях выступать как биологический стимулятор. Более высокие концентрации нефти (зона стресса 1-30 мл/кг) приводят к необратимым изменениям микробиологических свойств почвы [3,4].

В настоящее время на практике в целях рекультивации нефтезагрязнённых почв проводятся следующие мероприятия: землевание, выжигание или сгребание и вывоз загрязнённого слоя почвы [5].

До недавнего времени наиболее распространенным методом ликвидации нефтяного загрязнения было простое сжигание, которое не только не обеспечивает достаточно полного удаления нефти, но и наносит значительный экологический ущерб, разрушается почвенная экосистема, гибнет растительность, накапливаются токсичные и канцерогенные вещества. Известен приём технической рекультивации, включающий снятие загрязнённого слоя почвы, транспортировку и складирование его на специально отведённые для этой цели свалки, т.е. замена почвы. Этот приём пригоден для всех случаев загрязнения почвогрунтов и рекомендуется при разливе нефти на ограниченных участках и проникновении её на глубину не более 10 см. Однако такой метод не устраняет загрязнение, а перемещает его с одного места на другое. К физико-химическим методам обработки почвы и извлечения загрязнения ex situ относятся промывка, выщелачивание, экстракция и др. Извлеченные загрязнения в виде растворов могут быть переработаны, отработанная вода рециркулирована в основной процесс. Для извлечения загрязнений обычно используют воду, ацетон, этилацетат, гексан жидкий СО2. Скорость извлечения может быть повышена путем облучения почвы ультразвуком или микроволнами. Термические методы обработки почвы ex situ – сжигание, пиролиз, газификация, непрямое сжигание, отдувка паром, термокаталитическая обработка. При прямом термическом воздействии на почву, таком как сжигание или газификация в частично-окисленной среде, больщая часть органического вещества сжигается. Наиболее просто обработку проводить во вращающихся печах, в том числе и печах цементного производства [6].

В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв как в экономическом так и в экологическом плане вляется биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, обладающих повышенной способностью к биодеградации нефти и продуктов её переработки. Среди всего спектра методов устранения последствий углеводородных загрязнений, биологические методы справедливо признаны в мире наиболее безопасными для окружающей среды и экономически целесообразными. Особенно перспективным является метод биоремедиации, основанный на использовании микроорганизмов, способных утилизировать углеводороды в процессе своей жизнедеятельности. В процессе биоремедиации углерод из нефти и нефтепродуктов частично преобразуется в углекислый газ, частично переходит в биомассу клеток, и частично трансформируется в гумус и закрепляется в почве [7].

В настоящее время активно ведётся поиск микроорганизмов, разрушающих нефть, в особенности при низких температурах Активные формы микроорганизмов выделяются из разнообразных водных экосистем, особенно загрязнённых углеводородами или нефтью, а также из микрофлоры нефти и пластовых вод нефтяных месторождений [7]. Углеводородокисляющей активностью обладают также представители актиномицетов, микромицетов и дрожжей [8]. Среди актиномицетов особое внимание привлекает многочисленный род Streptomyces. Выделены грибы – деструкторы углеводородов, принадлежащие к 27 родам (роды Trichoderma, Mortierella, Aspergillus, Penicillium и др.). Среди деструкторов почвенного происхождения упоминаются грибы, принадлежащие к 31 роду. Устойчивость грибов к нефтяному загрязнению, а при больших концентрациях нефти увеличение численности грибов в почве, связано с тем, что pH загрязнённой почвы смещается в кислую область, что благоприятствует росту грибов. [9] Дрожжам, окисляющим углеводороды нефти, посвящено значительное количество исследований [9]. Развитие этих работ обусловлено запросами микробиологической промышленности, широко использующей н- парафины для синтеза белковых веществ и витаминов. Наиболее широко используемые для получения дрожжевого белка культуры относятся к роду Candida (C.lipolitica, C.guillirmondii).

Микроорганизмы способны трансформировать углеводороды как в аэробных, так и в анаэробных условиях [9]. Потенциальными акцепторами электронов для анаэробного окисления органических соединений в природных условиях являются нитраты, Mn (IV), Fe (III) и сульфаты [8]. Однако трансформация нефтепродуктов при попадании в почву происходит прежде всего в поверхностном слое, под воздействием кислорода, поэтому далее будут рассмотрены только процессы аэробной трансформации углеводородов.

Нами были протестированы три вида биопрепаратов: «Тамир», «Байкал-ЭМ-1», «Восток-Эм1»

Биопрепарат «Тамир» на основе ЭМ технологии широко используется для процесса утилизации отходов органического происхождения. Средство Тамир используется для быстрого приготовления (2–3 недели) компоста высокого качества из бытовых и с/х отходов (пищевых отходов, сорняков, ботвы, навоза, опилок и др.). Биопрепарат содержит молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы.

Биопрепарат «Байкал-ЭМ-1». Биопрепарат содержит большое количество анабиотических (полезных) микроорганизмов, обитающих в почве: молочнокислые, азотфиксирующие, нитрифицирующие бактерии, актиномицеты, дрожжи и ферментирующие грибы. Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту, подавляющую развитие гнилостной и патогенной микрофлоры, улучшают санитарное состояние обрабатываемого участка. Молочнокислые бактерии способствуют разложению лигнинов и целлюлозы и ферментируют эти вещества. Жизнедеятельность актиномицет подавляет рост грибков. Ферментирующие грибы типа Aspergillus и Penicillium быстро разлагают органические вещества, в том числе участвуют в разрушении углеводородов нефти, выделяют антибиотики. Ферментирующие грибы подавляют запахи и предотвращают заражение почвы вредными насекомыми и их личинками, предотвращают развитие основных паразитов дождевых червей. Таким образом, внесение биопрепарата обеспечивает восстановление плодородия и экологических функций нефтезагрязненных субстратов.

Препарат «Восток-ЭМ1»- биостимулятор роста и развития любых форм растений с биофунгицидным эффектом. Главной причиной исключительной многофункциональности препарата «Восток-ЭМ1» является широчайший диапазон действия входящих в его состав микроорганизмов. Содержит органические кислоты, микроэлементы питания Mg, Mn, Mo, Fe, Co, Zn, натуральные биологически активные вещества. «Восток ЭМ-1» содержит комплекс специально отобранных эффективных природных микроорганизмов: молочнокислые, фотосинтезирующие, азотофиксирующие бактерии, дрожжи и продукты их жизнедеятельности. Эти полезные микроорганизмы обеспечивают питание растениям, подавляют гнилостные бактерии, оздоравливают почву. Взаимодействуя между собой в почве, они перерабатывают органику в легкодоступные и легкоусваеваемые вещества. При этом выделяется ряд всевозможных ферментов, аминокислот и прочих физиологически активных веществ, оказывающих положительное влияние на здоровье почв, рост и развитие растений.

Материалы и методы исследования

Для определения массовой концентрации нефтепродуктов в почве была использована методика, предложенная институтом экспериментальной метрологии (ссылка). Предложенный метод основан на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в хроматографической колонке. Концентрацию нефтепродуктов в пробе определяли методом ИК-спектрофотометрии на анализаторе нефтепродуктов ИКН-025, диапазон измерений 0,1 мг/дм³ до 100 мг/дм³. При превышении массовой концентрации нефтепродуктов (НП) в анализируемой пробе применялось разбавление элюата таким образом, чтобы концентрация НП соответствовала регламентированному диапазону.

Деструкция углеводородов нефти с использованием микробиологических препаратов

Результаты исследования и их обсуждение

Наиболее эффективным из исследованных биопрепаратов для разложения полициклических ароматических углеводородов нефти, является препарат «Байкал-Эм», обеспечивающий деструкцию нефти на 37-41 % при концентрации нефти в почве до 100 г/кг. При увеличении концентрации нефти до 150 г/кг его эффективность снижается и составляет 10,81 %. Второе место по способности к нефтедеструкции занимает препарат «Тамир», обеспечивающий деструкцию нефти на 21-42 % при концентрации нефти в почве до 100 г/кг. Микробиологический препарат «Восток-Эм» показал себя неэффективным в разложении полициклических ароматических углеводородов.