CC BY
330
УДК665.622.7+579.66
И. А. Иванова, Р. К. Ибрагимов, Д. А. Ибрагимова, С. М. Петров
ОБЗОР МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ НЕФТИ
Ключевые слова: нефть, асфальтен, парафин, смола, отложение, биоремедиация, биодеструкция, биоразложение,удаление, микроорганизм, бактерия, штамм, консорциум, аэробный, анаэробный.
В данной статье рассмотрен микробиологический метод деструкции высокомолекулярных компонентов нефти, составляющих основу высоковязких нефтей, нефтяных шламов и нефтяных отложенй. Приведены некоторые виды бактерий, показавшие свою высокую эффективность в процессах биодеструкции таких нефтяных составляющих, как асфальтены, парафины, смолы, полициклические ароматические, высокомолекулярные алифатические соединения и нафтеновые соединения. Рассмотрены особенности жизнедеятельности вышеупомянутых микроорганизмов и влияние внешних условий на процессы биоразложения. Описаны результаты ряда исследований на основе различных измерительных методов: хромато-масс-спектроскопии, ИК-Фурье спектроскопии и т.п.
Keywords: crude oil, asphaltene, paraffin, wax, deposit, bioremediation, biodestruction, biodecomposition, removal, microorganism,
bacteria, strain, consortium, aerobic, anaerobic.
This article discusses the microbiological method of the destruction of high-molecularweight components of the crude oil, which form the basis of high-viscosity oil, oil sludge and oil deposits. There are given some types of bacteria which have shown their high efficiency in the processes of biodegradation of oil components as asphaltenes, waxes, resins, polycyclic aromatic, aliphatic high-molecular compounds and naphthenic compounds. There are reviewedthe features of the aforementioned microorganisms'vital functions and the effect of external conditions on the biodegradation processes. There are described the results of several studies based on different measurement methods: gas chromatog-raphy-mass spectroscopy, FTIR spectroscopy, etc.
При добыче, подготовке и транспортировке па-рафинистых и высокопарафинистыхнефтей неизбежно возникают проблемы отложения асфальто-смоло-парафиновых веществ в пласте, в скважин-ном и нефтеперекачивающем оборудовании [1].
В настоящее время существует несколько способов борьбы с нефтяными отложениями, в том числе и микробиологический, который в свою очередь является наиболее экологически чистым и наименее затратным из всех известных способов.
В области применения биотехнологий в нефтяной промышленности наиболее изученными в настоящий момент являются микробиологические способы воздействия на пласт с целью облегчения состава нефти [2]. Много внимания уделяется изучению изменения физико-химических свойств и характеристик нефти под воздействием микроорганизмов [3]. Большой популярностью пользуются методы микробиологической очистки загрязнённых разлитой нефтью почв, нефтешлама [4, 5], так как использование биодеструкторов путём интродукции их в почву и применение биофрагментирования являются наиболее эффективными. Авторами статьи [6] был выделен консорциум микроорганизмов, который в условиях опыта проявил высокую эффективность деструкции углеводородов, а именно до 76.4%. Однако, нами обнаружено, что исследований и сведений об использовании микробиологических методов при борьбе с асфальто-смоло-парафиновыми отложениями весьма незначительное количество и недостаточно в связи со сложностью их состава и большим содержанием высокомолекулярных полицикли-ческихароматических и парафиновых соединений. Поэтому анализ новейших ис-
следований в этой области безусловно является актуальной задачей.
Известно [7-9], что в нефтяных средах обнаружено огромное биологическое разнообразие микроорганизмов, которые способны в них благоприятно обитать. В различных нефтесодержащих системах в разное время выявлены следующие виды микроорганизмов и бактерий: углеводоро-докисляющие, тионовые, бродильные, метанобразующие, денитрифицирующие, гетеротрофные и сульфатовосста-навливающие.
Анаэробному окислению со стороны микроорга-низмовподвергается большое множество углеводородов - предельных и непредельных, нормального и разветвлённого строения, парафиновых, нафтеновых и ароматических [9]. Несложные молекулы, в состав которых входят гетероатомы (кислород, азот, серу) распадаются в результате микробиологического воздействия. Гетеротрофныепсевдомонады (Pseudomonas) играют основную роль в углеводородном окислении. Они являются наиболее распространённым представителем углеводо-родокисляющих бактерий. Их существование возможно в микроаэро-фильных и анаэробных условиях [3, 9]. В качестве источника углерода они используют насыщенные и ароматические углеводороды, длина цепи которых C5-C10. В результате поглощения кислорода и разложения углеводородов нефти на более простые составляющие создаются питательная среда и условия для жизнедеятельности сульфат-восстанавливающих бактерий.
Тионовые бактерии (Tiobacillus) являются ос-новнымиучастниками окисления большинства неорганических соединении серы в природе [10]. Они могут служить основной причиной аэробной корро-
зии. Это происходит за счёт производимых ими агрессивных сред. Тионовые бактерии - автотрофы, они используют углекислый газ и аммонийные со-единениядля питания. Тионовые бактерии имеют ферментативный аппарат, отличающийся высокой активностью. По своей способности к окислению они могут быть сравнимы с протеканием химического окисления сульфидов металлов, элементарной серы, сульфата железа (II). В благоприятствующих развитию тионовых бактерий условиях, процесс образования железа (III) может происходить непрерывно. Результатом действиятакого вещества может стать тенденция к постоянному разрушению металла.
Бродильные бактерии относятся к анаэробным органотрофам и осуществляют сбраживание пептона, глюкозы, сахарозы, крахмала, бензоата с образованием летучих кислот, водорода и углекислого газа, спиртов. Место обитания бродильных бактерий -горизонты с температурой от 20 до 85°С и с pH-средой от 6,0 до 8,5. К развитию бактерий броже-нияведёт наличие неорганических акцепторов электронов, способствующих удалению молекулярного водорода, который в свою очередь замедляет процессы брожения. Имеют место различные объединения вышеупомянутых микроорганизмов с суль-фатвосстанавливающими и метанобразующими бактериями [5, 6].
В результате жизненных процессов нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, что приводит к образованию азотной кислоты. Это и становится причинойзакисления среды и, следовательно, значительномуувеличению степени её агрессивности. Денитрифицирующие микроорганизмы способны к производству энергии в анаэробных условиях. Для акцептирования электронов, приходящих в дыхательную цепь, ими используется восстановление нитратов и нитритов в несколько ступеней. Умикроорганизмов из родов Bacillus и Pseudomonas денитрирующая способность выявле-нав большей степени.
Метанообразующие бактерии способствуют окислению водорода углекислотой, продуктом восстановления которой впоследствии становится метан [11].
Важной особенностью метаногенов является их способность развиваться в анаэробных условиях в тесном симбиозе с другими видами бактерий, в частности с сульфатвосстанавливающими [9-11]. Последние способствуют развитию метаногенов, поставляя сероводород, который понижает окислительно-восстановительный потенциал среды. Кроме того, СВБ образуют ацетат, потребляющийся акцепторами водорода вместо сульфатов, способствуя развитию СВБ за счёт использования органических веществ в отсутствии сульфатов.
Гетеротрофные бактерии (ГТБ) в отличие от ли-тотрофов получают энергию за счёт окисления органических веществ. К этой группе относится большое количество видов аэробных бактерий [9]. Повсеместное распространение гетеротрофов обуславливает участие в коррозионных процессах многочисленных материалов. Согласно имеющимся данным, ГТБ действуют как коррозионные агенты за
счёт продуцирования агрессивных метаболитов: органических кислот, углекислоты, сероводорода, перекисей, аммиака. Кроме того, ГТБ участвуют в коррозионных процессах, находясь в ассоциации с СВБ как поглотители кислорода. Сульфатвосстанав-ливающие бактерии - группа, объединяющая факультативно анаэробные прокариоты, обладающие способностью активировать сульфат и восстанавливать его до сульфида в системе энергетического метаболизма. Сульфатвосстанавливающие бактерии широко распространены в анаэробных зонах разного типа [5, 10, 12], помимо нефтяных пластов, они обнаруживаются в водоёмах, иле, почвах. СВБ могут существовать в широких температурных границах (от -8 до +90°С), широком диапазоне значений pH среды (от 4 до 10).
При благоприятных условиях СВБ могут образовывать большое количество сероводорода, который является конечным продуктом аэробного дыхания.
Как известно основными компонентами нефтяных отложений являются асфальтены и высокомолекулярные парафины. Исходя из природы данных нефтяных компонентов, очевидно, что разлагать их будут разные по природе микроорганизмы.
Авторы статьи [13] культивировали некоторые штаммы микроорганизмов, которые способны разлагать асфальтены. Среди них наиболее впечатляющие результаты показали следующие микроорганизмыРБеМотопаБ SPP TMU2-5, Bacilluslicheniformis, Bacillus TMU1-1 Lentus TMU5-2, BacillusCereus TMU8-2 и Bacillus FIRMUS TMU6-2.Эти бактерии разрушают 40-46% асфальтенов,а наибольший потенциал выявлен у штамма B. Lentus TMU5-2.Биологическое разложение асфальтенов в смешанной культуре из пятиштаммов бактерий достигло 48%, что является самым высоким результатом деградации. В течение 2 месяцев инкубации оценивали бактериальный рост смешанной культуры, в пузырьковой колонке (55 х 7,5 см), ИК-Фурье спектроскопией. Значения рН, солености и концентрации асфальтенов для деградации при 40°С были оптимизированы методикой поверхности отклика для чистых культур B. Lentus и оптимальные результаты: 6,7, 76 г/л и 22 г/л, соответственно, и для смешанной культуры, как 6,4, 76 г/л и 12 г/л, соответственно. Проведенные кинетическое исследование показало, что данные биодеградации асфальте-нов соответствуют модели Тессье и кинетический параметр роста был получен как ^max = 0.31 день-1, ks = 39.19 T^Yxs = 0.21.
Индийскими учёными [14] из нефтепровода был выделен бактериальный штамм TERIG02 и определён как Garciaellapetrolearia. После воздействия этого бактериального штамма на битум его вязкость снизилась на 42. Понижение вязкости произошло за счёт биодеградации асфальтенов, что было доказано ИК-Фурье спектроскопией. Этот штамм также показывает дополнительное предпочтение к разложению токсичных компонентов битума и в том числе ароматических соединений в отличие от других известных штаммов.
В статье [15] указывается, что биодеградация ас-фальтеновможет произойти только тогда, когда ас-
фальтены и фермент находятся в одинаковой фазе, потому что снижается ограничение массы переноса.
Авторами публикации [16] проведено исследование микробиологического воздействия штамма Brevibacteriumiodinum на нефтяные отложения в нефтедобывающем оборудовании. При этом выявлено, что происходит биодеградация н-алканов от C10 до C24, ароматических компонентов и асфаль-тенов.
В исследовании [17] биоразлагаемость асфальте-нов исследовалась с помощью четырех бактериальных консорциумов, выделенных из нефти загрязненных почв и шлама. Бактерии из консорциума 1 были идентифицированы как Pseudomonasaeruginosa и Pseudomonasfluorescens. Консорциум 2 содержит в себе Citrobacteramalonaticus и Enterobactercloacae. Консорциум 3 содержит только один вид бактерий, идентифицированный как Staphylococcushominis, а бактерии 4 консорциума были определены как Bacilluscereus и Lysinibacillusfusiformis. Для количественной оценки биодеградации асфальтенов была применена спектрофотометрия при длине волны 281 нм. В условиях встряхивания лучшие результаты наблюдались при начальной концентрации асфаль-тенов 35г/л.: консорциумы 1, 2, 3 и 4 разлагают 51.5%, 43%, 21.5% и 33.5% соответственно. По результатам ИК-спектроскопии было доказано, что наиболее легко биодоступны алкильные функциональные группы, а асфальтены - наименее биодоступны.
В ходе эксперимента, проведенного в исследовании [18], были определены, наилучшие условия для биодеградации тяжёлой нефти: интенсивность загрязнения - 3%, начальный pH=7.0, отношения C:H и C:P 100:3 и 100:0.8 соответственно. В таких условиях было разрушено 55.84%, содержащихся в пробе асфальтенов, за семь лабораторных дней. Кроме того, в результате ряда анализов на изменение компонентов сырой нефти с помощью газовой хроматографии и хромато-масс-спектроскопии, выявлено, что штамм может вызвать значительное изменение органических фракций в нефти.
Авторами исследования [19] из пробы воды, загрязнённой нефтью, были выделены три вида бактерий по их способности использоватьасфальтены как единственный источник углеродных и энергетических ресурсов. За 21 день эти бактерии разлагают 83-96% асфальтенов с концентрацией 2500 мг/л в условиях 30°C и pH=7. Они были определены как Bacillussp. Asph1, Pseudomonasaeruginosa Asph2, и Micrococcussp. Asph3.
Исследование [20] наглядно демонстрирует, что посев бактерий вида Pseudomonasaeruginosa Asph2 и кукурузного экстракта (дешёвого и легкодоступного источника питательных веществ) в загрязнённую углеводородами нефти воду значительно повышает уровень биодеградации нефтяных УВ загрязнителей. По сравнению с биостимуляцией биоаугментация увеличила эффективность биодеградации общего количества углеводородов нефти и в частности асфальтенов на 23% и 17% соответственно.
Исследование [21] было основано на грибковом штамме, способном развиваться на чистыхасфаль-
тенах как на единственном источнике энергии. Некоторые геномные последовательности свидетельствуют о том, что данный штамм не что иное, как МеоБаЛогуаЙБЛеп. После 11 недель развития грибковый штамм был способен переработать 15.5% углерода асфальтенов, включая 13.2%, переработанных в углекислый газ.
В публикации [22] были использованы модельные смеси для исследования влияния асфальтенов на бактериальную адгезию к углеводородам, содержащимся в нефти. Было обнаружено, что асфальте-ны делают поверхностный заряд углеводородов более положительным, что в свою очередь, уменьшает микробиологическую адгезию к углеводородам. Такое характерное снижение адгезии может быть связано с механизмом стерических затруднений, что и предполагают модельные расчёты.
Ряд исследованийпроведен при подборе микроорганизмов для биодеградации парафиновых углеводородов.
Автор публикации [23] приводит антивосковую технику, которая была выведена из механизма осаждения парафина и влияния различных факторов в сырой нефти. Среди таких технологий, как механическая, химическая, термическая очистка, удаление твёрдых парафинов и так далее, находит место и микробиологическая очистка нефти от парафинов.
В исследовании [24] были получены микроорганизмы путём разделения и очищения богатой парафинами нефти. Парафино-разлагающий штамм был идентифицирован как ВасШиББр. В результате микробиологического воздействия уровень биодеградации парафинов достиг 79.3%, а уровень предотвращения парафиновых отложений - 68.4%. В свою очередь уровень восстановления вязкости сырой нефти составил 56.1%.
Целью исследования [25] являлось установление степени влияния строго анаэробных и микроанаэробных бактерий на отложения синтетических парафинов и олефинов. Было обнаружено, что 80-90% отложений были разрушены большей частью аэробных и микроаэробных бактерий, и совсем незначительная часть разлагалась строго анаэробными микроорганизмами. Линейные олефины имели более высокий уровень биодеградации, чем синтетические парафины. Таким образом, могут быть сделаны выводы о более активном поведении бактерий-аэробов в биодеградации олефинов и парафинов, нежели анаэробов.
При проведении исследования [26] в целях нахождении штамма, способного к биоремедиации загрязнённых вод было выделено 18 видов бактерий, разлагающих углеводороды. Наиболее способный бактериальный изолят был определён как ВасШиБату1о^ие1ааеш. Результатом хроматогра-фического анализа являлась деградация 98.12% фракции парафина и полное разрушения многоядерных ароматических компонентов через 30 часов инкубации.
В публикации [27] описывается использование штамма бактерий Hydrogenophagapa11eronii ЬШ38 для биодеградации бициклической ароматики. В
данном случае парафиновое масло использовалось как ускоритель роста популяции бактерий.
В публикации [28] приводится исследование влияния микробиологической обработки с целью предотвращения и удаления парафиновых отложений на поверхности нержавеющей стали. В качестве опытных образцов были взятии биосурфактанто продуцирующий штамм N2 и штамм, не продуцирующий биосурфактант, КВ18. В результате тестов была доказана эффективность удаления парафинов штаммами N2 и КВ18 79.0% и 61.2% соответственно. Интересно, что штамм N2 ингибирует слипание капелек масла на поверхности стали, меняя, таким образом, её смачиваемость и препятствуя осаждению парафинов.
В исследовании [29] был рассмотрен эффект последовательной инокуляции разлагающими углеводороды бактериями на динамику биодеградации нефтяных углеводородов в почве. Было создано два бактериальных консорциума, состоящих из деструкторов алканов и многоядерных ароматических углеводородов. Результатом дозирования бактериальных консорциумов стало повышения уровня биодеградации общего количества нефтяных компонентов более чем на 30%, в то время как удаление алканов было лишь слегка увеличено, а разложение ароматических и асфальтеновых фракций значительно повышено за счёт добавления второго консорциума. Концентрация смол так же снизилась к концу инкубационного периода.
Основой исследования [30] стало выведение двух штаммов бактерий, разлагающих полициклические ароматические углеводороды. Штаммы, названные 817 и 828, оказались способны к разрушению сырой нефти, используя фенонтрен как единственный источник углерода и энергии. Анализ состава образца сырой нефти показал, что оба вида бактерий способствуют биодеградации тяжёлых углеводородов. Основные испытания показали, что ферментационный бульон, содержащий оба штамма, может повысить остаточное извлечение нефти почти на 12.26%.
В исследовании [31] были рассмотрены два бактериальных штамма, понижающих вязкость тяжёлой нефти, таких как ВасШизПсЬепИЪгтБ ТУ1 и ВасШ^иЫШБ ТУ2. Для того, чтобы показать эффект снижения вязкости нефти, соответственно до и после бактериального воздействия было измерено содержание воска, групповой и общий углеводородный состав. Результаты показали, что после микробиологического воздействия кинематическая вязкость тяжёлой нефти снизилась до 46.81% и 60.13% соответственно двум данным штаммам, так же была снижена плотность, содержание асфальте-нов групповом составе снизилось на 0.5% и 1.3%, количество насыщенных углеводородов увеличилось на 4.4% и 2.5% соответственно.
В публикации [32] приведено исследование влияния девяти выделенных грибных штаммов на биодеградацию тяжёлой нефти. Относительно высокие способности проявили штаммы Б1, Б4, Б5 и Б7. После 56 дней уровень нефтеотдачи под действием четырёх грибковых видов достиг 57.82%, 63.30%,
36.46% и 45.63% соответственно. Штамм F4 был наиболее эффективен в процессах биодеградации нефти. Наиболее высокие показатели удаления ал-канов из нефти принадлежат штамму F5 и достигают 42.99%, ароматические углеводороды эффективней всего деградируют под действием штамма F1 (их уровень деградации составил 37.87%), а уровень биодеградации асфальтенов - 46.42% - достигнут под действием штамма F4.
Исследование [33] основано на изучении процессов, ведущих к биодеградации нефти, и направленно на понимание факторов, влияющих на биодеградацию. В нём так же представлено создание механизмов и способов контроля над процессами микробиологического разрушения нефтяных компонентов.
Целью работы, описанной в публикации [34] была оценка степени удаления стойких нефтяных фракций (алифатическо-ароматических и асфальте-новых фракций) под воздействием двух видов бактерий: Bacilluscoagulans и Serratialiquefasciens, которые используют углеводороды в почве как единственный источник углерода и энергии. Культуры были инокулированы по отдельности и смешанно. Ароматические фракции удаляли Bacilluscoagulans при концентрации углеводородов в почве 330мг/л, Serratialiquefasciens - при 130 мг/л и смесь из обоих видов бактерий - при 360 мг/л. Асфальтеновую фракцию удаляли Bacilluscoagulans при концентрации 23мг/л, Serratialiquefasciens - при 15мг/л, а смесь культур - при 34 мг/л. Удалённые из алифа-тическо-ароматических фракций соединения включали в себя все типы углеводородов в диапазоне от С6 до С13.
Авторы публикации [35] приводят изучение бактериального фермента и деградации алканов, ароматических углеводородов, гетероциклов и асфальте-нов на молекулярном уровне. Ими так же обсуждается возможность и актуальность применения микроорганизмов в нефтяной промышленности, особенно в отношении модернизации и обработки проблемных фракций, представлены преимущества и ограничения некоторых биотехнологий, связанных с этой сферой.
В публикации [36] отмечается, что углеводороды могут быть взяты с нитратом, железом (III) или сульфатом (как акцептором электронов) в условиях метаногенеза или аноксигенного фотосинтеза. Важнейшими группами деструкторов простейшего углеводорода метана являются группы archaea во взаимодействии с бактериями, удаляющими сульфаты. Окисление метана может быть так же связано с де-нитрификацией. Спектр деструкторов неметановых углеводородов филогенетически разнообразен: они относятся к бактериям Proteobacteria и Firmicutes. Анаэробные микроорганизмы всегда проявляют более медленный рост по отношению к аэробным микроорганизмам.
Статья [37] содержит в себе описание биогеохимических реакций, которые могут иметь место в нефтяных месторождениях и пластовых водах и происходят с участием микроорганизмов и результатов их жизнедеятельности. Сырая нефть и пластовые воды, окружающие месторождение, есть два
условия для развития таких микроорганизмов, как сульфат-бактерии, железо-бактерии, бактерии брожения и архея метаногенного. Результаты моделирования на основе гидрохимических данных подтверждают теоретические предсказания образования минеральных фаз через абиотические и биотические процессы в пластовых водах.
В исследовании [38] из девяти образцов нефти были получены анаэробные термофильные, галото-лерантные и ферментативные накопительные культуры (А1-А9). Были обнаружены метаболиты CO2, CH4, этанола, ацетона, этилацетата и биосурфактан-ты. Смешанные культуры образца А7 проявили наивысшую активность, так как повысила нефтеотдачу до 12%. Анализ гена рНК культуры А7 показал, что преобладающим таксоном является
Thermoanaerobacter. Филогенетические же приближения свидетельствовали, что 99.9% генома соответствовало Thermoanaerobacterethanolicus, 99.6% -Thermoanaerobacterpseudethanolicusи 98.9% -Thermoanaerobacterbrockii и Thermoanaerobacterfinii.
В работе [39] было представлено выделение и идентификация микроорганизмов, способных производить биосурфактанты и способствовать деградации длинноцепочечных н-алканов в нефти. Серди выделенных микроорганизмов, пять штаммов Bacillus производили внеклеточные биосурфактанты при 40°С в анаэробных условиях в среде, дополненной углеводородами. Такие изоляты были выбраны в качестве высших производителей биосурфактанта. Кроме того, было доказано, что штаммы Bacillus не только разрушают большие алкильные цепи, но и снижают вязкость углеводородных смесей в анаэробных условиях.
Целью исследования [12] являлось изучение степени биодеградации нефти с использованием различных структур каликс-резорцинов, определение которой основывалось на потреблении нефти культурой сульфато-восстанавливающих бактерий Desulfobacter в водонефтяной эмульсии. Остаточная концентрация нефти в среде определяла уровень потребления нефти, по которому, в свою очередь, судили о способности микроорганизмов к деструкции. Авторами сделаны выводы о том, что для интенсификации нефтяного биоразложения в зоне низких концентраций (от 0.08 г/л =0.052х10-3 моль/л) могут быть использованы каликс-резорцины структуры (1).
Согласно публикациям[16,23],большинство исследований указывает на то, что основная роль в деградации АСПО принадлежит микроорганизмам. Изучение микроорганизмов, способных вовлечь в круговорот веществ молекулы экотоксикантов, имеет не только большое практическое значение, но и является одним из фундаментальных направлений биологии, связанным с пониманием механизмов эволюции и функционирования живых систем в условиях антропогенного процесса на природу, включая и случаи прямого её уничтожения. При этом установлено, что введение микроэлементов в среду культивирования повышает адаптивные свойства бактерий к высоким концентрациям в ней АСПО.
Целью работы [40-41] являлось разработка метода рекультивации нефтешлама. Для этого исследователями была использована аборигенная микрофлора. В целях увеличения деструктивной активности бил применён питательный субстрат. По истечению 30 суток инкубации остаточную нефть экстрагировали для определения степени биодеструкции. Методом хроматомасс-спектрометрии было обнаружено, что содержание н-алкановснизилось в среднем на 86 %, нафталинов - на 82 %, циклогексанов -на 46 %, фенантренов - на 57 %, флуорентена и пи-рена - на 64 %, дибензантрацена и хризена - на 45%.
Объектом исследования [42] была выбрана фракция полиароматических углеводородов, которая была подвержена действию нескольких бактериальных консорциумов: РБеМотопаББШ7еп, РБеМотопаБриШа, ВасШшсегеш и
Arthrobacterg1obiformis. Они в свою очередь были выделены из почв, загрязнённых нефтью. Остаточное количество полиароматических углеводородов определяли гравиметрическим методом после извлечения. Максимальная численность микробов достигла 10-11-Ю8КОЕ/мл. Результирующий уровень деструкции биароматических УВ (нафталинов, бифенилов и флуоренов) составил 69.1%, 50% и 40 % соответственно. Деструкция триаренов (фенантренов и терфенилов) составила 18.2% и 52.6 % соответственно. Концентрация тетрааренов (флуо-рантены+пиреныи бензантрацены+хризены) снизилась на 32.3% и 56.1% соответственно. Окисление-аренов, содержащих гетероатомы, (дибензотиофе-нов и бензонафтотиофенов) составило 43.5% и 36.1% соответственно. Деструкция более высокомолекулярных соединений с 5 и 6 кольцами в молекуле (бензперилены+перилен и дибензохризе-ны+инденопирен) прошла на 54.2% и 64.9 % соответственно.
В публикации [43] приводится исследование на основе изучения биоремедиации почв под воздействием штамма ВасШиБуаШБтоИ1Б. Характерными особенностями проб являлось преобладание в их составе кислородсодержащих структурных групп и связей. Были обнаружены асфальтово-смолистые компоненты, которые преобладали надуглеводоро-дами. Наблюдалосьвысокое содержание относительно высокомолекулярных н-алканов с нечетным числом атомов углерода в молекуле. Для анализа применялась хромато-масс-спектроскопия, ИК-Фурье спектроскопия,жидкостно-адсорбционная хроматография, хлороформенная экстракция и геохимический подход. Степень деградации нефтезаг-рязнения составила 33.2% за 30 суток инкубации и 98% за 100 суток. Была также взята контрольная площадка (без применения бактериального воздействия), где деградация составила лишь 19%.
Большая часть эффективных микроорганизмов обычно бывает выделена из самой нефти, ее остатков, отложений или шламов. Например, для жизнедеятельности таких микроорганизмов, как сульфат-бактерии, железо-бактерии, бактерии брожения и архея метаногенного, необходима особая среда обитания: сырая нефть и пластовые воды, окружающие месторождение.
Для увеличения интенсивности процесса биодеградации асфальтены и фермент должны находиться в одинаковой фазе.
Бактериальные штаммы могут использоваться для биодеструкции нефтяных отложений по отдельности или в смеси друг с другом.
Разрушение 80-90% отложений производится большей частью аэробными и микроаэробными бактериями, и совсем незначительная часть разлагается строго анаэробными микроорганизмами.
Для количественного анализа состава проб до и после микробиологического воздействия зачастую применяются методы различного характера, например, такие, как хромато-масс-спектроскопия, ИК-Фурье спектроскопия, жидкостно-адсорбционная хроматография.
Наиболее активно в процессе деструкции нефтяных углеводородов участвуют бактерии, применительно к которым используются дополнительные питательные субстраты. Некоторые из них являются дешёвыми и легкодоступными.
Различные роды бактерии участвуют в биоразложении различных классов углеводородов, входящих в состав нефти: н-алканов, ароматических, полициклических и асфальтеновых соединений.
Также на процесс биодеградации влияет биодоступность углеводорода нефти. Наиболее биодоступны алкильные функциональные группы, а асфальте-ны - наименее биодоступны, поэтому исследования, целью которых является выделение микроорганизмов-деструкторов асфальтенов и техник предупреждения и разрушения асфальто-смоло-парафиновых отложений, есть актуальная и требующая пристального внимания проблема.
Литература
1. Foss, L. E. Study on the Effect of Polyammonium Compounds on Asphaltene-Resin-Wax Precipitation on Polymer Coatings PEP-585/Foss, L. E.; Fahretdinov, P. S.; Romanov, G. V.//Oil & Gas Technologies . 2014, Vol. 93 Issue 4, p29-32.
2. Алтунина Л.К. Биодеструкция высокомолекулярных гетероатомных компонентов тяжелой нефти/ Копытов М.А., Филатов Д.А., Алтунина Л.К.// Нефтехимия. 2014. Т. 54. № 1. С. 59.
3. Алтунина Л.К. Изучение взаимосвязи физико-химических свойств и микробиологических показателей пластовой микрофлоры / Алтунина Л.К., Сваровская Л.И., Полищук Ю.М., Ященко И.Г., Перемитина Т.О.// Нефтехимия. Т. 54. № 6. 2014. с.415
4. Дегтярёва И.А. Рекультивация нефтезагрязнённой почвы при использовании микроорганизмов-деструкторов и бентонита/И.А.Дегтярёва, А.Я.Хидиятуллина// Вестник Казан. технол. ун-та. 2012. Т. 15. № 5. С. 134-136.
5. Антипова К. А. Влияние поверхностно-активных веществ на рост и деструктивную активность углеводородокис-ляющих микроорганизмов/ К.А.Антипова, А.С.Мурадян, В.В.Максимова, В.М.Самыгин, И.Г.Шайхиев // Вестник Казан. технол. ун-та. 2014. Т. 17. № 3. С. 256-259.
6. Дегтярёва И.А. Оценка эффективности абиогенного консорциума микроорганизмов-деструкторов углеводородов на тёмно-серой лесной почве республики Татарстан/И.А.Дегтярёва, А.Я.Хидиятуллина// Вестник Казан. технол. ун-та. 2014. Т. 17. № 13. С. 242-244.
7. Иванова А.Е. Свойства бактерий-деструкторов углеводородов, выделенных из тропических местообитаний Вьетнама/ Иванова А.Е.// Наука и современность. 2013. № 21. С. 13-17.
8. Назина Т.Н. Микроорганизмы карбонатной нефтяной залежи 302 Ромашкинского месторождения и их биотехнологический потенциал/ Назина Т.Н., Павлова Н.К., Та-таркин Ю.В., Шестакова Н.М., Бабич Т.Л., Соколова Д.Ш., Ивойлов В.С., Хисаметдинов М.Р., Ибатуллин Р.Р., Турова Т.П., Беляев С.С., Иванов М.В.// Микробиология. 2013.Т. 82. № 2. С. 191.
9. Мясоедова М.Н. Микрофлора нефтяных месторожде-ний/Мясоедова М.Н., Насыбуллина А.Ш.//Актуальные проблемы химии и нефтехимии. 2011. с.309-313.
10. Насыбуллина А.Ш. Опыт применения бактерицида СНПХ-1517А для удаления сероводорода и подавления сульфатвосстанавливающих бактерий на месторождениях ООО «РН-Краснодарнефтегаз»/ А.Ш. Насыбуллина, Г.М. Рахматуллина, М.Н. Мясоедова, С.И. Захарченко, И.В. Скворцов, Д.Е. Пенской //Нефтепромысловое дело. 2011. с.47-50
11. Насыбуллина А.Ш. Эффективность бактерицидов марки СНПХ для очистки сточных вод автомоек от микробиологических загрязнений/ А.Ш. Насыбуллина, М.Н. Мясоедова, А.Н. Москалева// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2012. с.12-16
12. Гусева Е. В. Свойства Р-функционализированныхкаликс-резорцинов. Часть 2. Исследование влияния концентрации Р-функционализированныхкаликс-резорцинов на процесс биодеградации нефти культурой Desulfobacter/Е.В. Гусева, А.Р. Кутлахметова, Т.В. Сахно// Вестник Казан. технол. ун-та. 2014. Т.17. №20. С.14-17.
13. Tavassolia^ Asphaltene biodegradation using microorganisms isolated from oil samples/ T. Tavassolia, S.M. Mousavib, S.A. Shojaosadatib, H. Salehizadeha//Fuel. Volume 93. 2012. p. 142-148
14. Lavania M. Biodegradation of asphalt by Garciaellapetrolearia TERIG02 for viscosity reduction of heavy oil/ M. Lavania, S. Cheema, P. ManabSarma, A. Kumar Mandal, B. Lal// Biodegradation. 2012. Volume 23. Issue 1. p. 15-24
15. Hernández-Lópeza E. L. Microbial and Enzymatic Biotransformations of Asphaltenes/ E. L. Hernández-Lópeza, M. Ayalaa& R. Vazquez-Duhaltb// Petroleum Science and Technology. Volume 33.Issue 9. 2015. p. 1017-1029
16. Emtiyazjoo M. Surveyingthepotentialbiodegradationofasphalteneandtarballin KharkoilzonebyBrevibacteriumlodiniumbacterium/ MozhganEmtiyazjoo, ElnazShafeian, DariushFarkhani, FelorMazhar// Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences. ISSN: 2231-6345 (Online) An Open Access, p. 402-411
17. Jahromia H. Asphaltenes biodegradation under shaking and static conditions/ H. Jahromia, M.H. Fazaelipoora, Sh. Ayatollahib, A. Niazic// Fuel. Volume 117. Part A. 2014. p. 230-235
18. Huang T. Biodegradation of Heavy Oil with High Asphaltene Content by Kocuria sp./ Taipeng Huang, Jing Chen, Qiuyan Yang, Yongkui Zhang, Ranfeng Ding.// Asian Journal of Chemistry. 24.6(2012).p. 2717-2720
19. Hager R. Degradation of Asphaltenic Fraction by Locally Isolated Halotolerant Bacterial Strains/ Hager R. Ali, Nour Sh. El-Gendy, Yasser M. Moustafa, Mohamed I. Roushdy, Ahmed I. Hashem// International Scholarly Research Network. Volume 2012. ArticleID 435485
20. El-GendyaN.Sh. Effect of different bioremediation techniques on petroleum biomarkers and asphaltene fraction in oil-polluted sea water/ Nour Sh. El-Gendya, Hager R. Alia, Mohamed M. El-Nadya, Samiha F. Deriasea, Yasser M.
Moustafaa& Mohamed I. Roushdya// Desalination and Water Treatment. Volume 52. Issue 40-42. 2014
21. Uribe-Alvarez C. First evidence of mineralization of petroleum asphaltenes by a strain of Neosartoryafischeri/ Cristina Uribe-Alvarez, Marcela Ayala, Lucia Perezgasga, Leopoldo Naranjo, Héctor Urbina, Rafael Vazquez-Duhalt// Microbial Biotechnology. 2011. Value 4(5). p.663-67
22. Zouekia C. W. Bacterial adhesion to hydrocarbons: Role of asphaltenes and resins/ Caroline Warne Zoueki, SubhasisGhoshal, Nathalie Tufenkji//Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.Volume 79.Issue 1. 2010. p. 219-226
23. WANG Z.-g. Discussion on paraffine prevention and removal technology/ WANG Zhong-guang// Fine and Specialty Chemicals. 2011. p.207-211
24. Liu J. Biodegradation of Paraffin in Crude Oil: Prevention of Wax Deposition/ Jianghong Liu, YunpengJia, Ruidan Xu// Asian Journal of Chemistry. Vol. 25.No. 10. 2013. p. 54735475
25. OkoroChuma Biodegradation Potential of Paraffin and Olefin Synthetic Based Drilling Mud Base Fluids under Microaerophilic and Anaerobic Conditions/ OkoroChuma, Conlette// Nature and Science. 2011. Volume 9(7). p. 81-88
26. El Naggar A.Y. Bioremediation of Paraffinic and Polynuclear aromatic hydrocarbons Using Laser irradiated Bacillus amyloliquefaciens/ A.Y. El Naggar, M.M.Kamel, A.A.Aladly, N.A. Ismail// Journal of American Science. 2010. Volume 6(10). p. 661-670
27. Xin. J. Y. Paraffin Oil-Enhanced Biodegradation of Naphthalene by Hydrogenophagapalleronii LHJ38/ Jia Ying Xin, Yan Wang, Ying Xin Zhang, Chun Gu Xia // Advanced Materials Research. Vols. 113-116. p. 243-249. 2010
28. Xiaoa M. Effect of microbial treatment on the prevention and removal of paraffin deposits on stainless steel surfaces/ MengXiaoa, Wen-Hong Lib, Mang Luc, Zhong-ZhiZhanga, Yi-Jing Luoa, Wei Qiaoa, Shan-Shan Suna, Wei-Zhang Zhonga, Min Zhanga// Bioresource Technology. Volume 124. 2012. p. 227-232
29. Tahhana R. A. Enhancing the biodegradation of total petroleum hydrocarbons in oily sludge by a modified bioaugmentation strategy/ Ragheb A. Tahhana, Tarek G. Ammarib, Saba J. Goussousc, Hend I. Al-Shdaifata// International Biodeterioration& Biodegradation. Volume 65.Issue 1. 2011.p. 130-134
30. She Y. H. The Enhancement of Heavy Crude Oil Recovery Using Bacteria Degrading Polycyclic Aromatic Hydrocarbons/ Yue Hui She, Fu Chang Shu, Fan Zhang, Zheng Liang Wang, Shu Qiong Kong, Long Jiang Yu// Advanced Materials Research. 2011. Volume 365. p. 320-325
31.Shihao L. Performance Evaluation and Field Application of Heavy Oil Viscosity-reducing Bacteria/ LE Shihao; FAN Zhenzhong; LIU Qingwang; LIU Xuelian// Journal of Oil and Gas Technology. 2014. p.148-156
32. Wang X. Biodegradation Characteristics of Heavy Oil by Fungi Isolated from Petroleum Wastewater/ Xin Wang, Dan
Su, Hai Bo Li// Advanced Materials Research. 2011. Volumes 347-353. p. 2121-2124
33. Head M. Hydrocarbon Degradation in Petroleum Reservoirs/ M. Head, S. R. Larter, N. D. Gray, A. Sherry, J. J. Adams, C. M. Aitken, D. M. Jones, A. K. Rowan, H. Huang// Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. pp 3097-3109. 2010
34. Cervantes-González Elsa Microbial removal of weathered hydrocarbons by well adapted-bacteria/ Cervantes-González Elsa, Rojas-Avelizapa Luz Irene, Cruz-Camarillo Ramón, RojasAvelizapa Norma Gabriela, Corona-Rivera Miguel Angel// African Journal of Biotechnology. Vol. 12(9).p. 941-948. 2013
35. Morales M. Application of Microorganisms to the Processing and Upgrading of Crude Oil and Fractions/ M. Morales, M. Ayala, R. Vazquez-Duhalt, S. Le Borgne// Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. 2010. p 2767-2785
36. Widdel F. Anaerobic Hydrocarbon-Degrading Microorganisms: An Overview/ F. Widdel, K. Knittel, A. Galushko // Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. p. 19972021. 2010
37. Wolickaa D. Interactions between Microorganisms, Crude Oil and Formation Waters/ DorotaWolickaa, Andrzej Borkowskib&DariuszDobrzynskic// Geomicrobiology Journal. Volume 27.Issue 1. 2010. p. 43-52
38. Castorena-Cortésa G. Evaluation of indigenous anaerobic microorganisms from Mexican carbonate reservoirs with potential MEOR application/ G. Castorena-Cortésa, I. Zapata-Peñascoa, T. Roldán-Carrilloa, J. Reyes-Avilaa, M. Mayol-Castilloa, S. Román-Vargasb, P. Olguín-Loraa// Engineering. Volume 81. 2012. p. 86-93
39. Gudiñaa E. J. Isolation and study of microorganisms from oil samples for application in Microbial Enhanced Oil Recovery/ Eduardo J. Gudiñaa, Jorge F.B. Pereirab, Lígia R. Rodriguesa, Joao A.P. Coutinhob, José A. Teixeiraa// International Biodeterioration& Biodegradation. Volume 68. 2012. p. 56-64
40. Батталова А.Х. Выделение штаммов микроорганизмов для деструкции фенольных соединений в сточных водах НПЗ./Батталова А.Х., Ягафарова Г.Г., Зольников В.В., Хайруллин Р.М.// Матер. Межд. науч.-практ. конф. «Неф-тегазопереработка -2010». 2010. с.223-224
41. Алтунина Л.К. Опыт микробиологического метода глубокой очистки нефтешлама, загрязненного вязкой нефтью месторождения Цаган-Элс (Монголия)/Л.К. Алтунина, Т. Ган-Эрдэнэ, Л.И. Сваровская, M. Туяа, Б. Улзий, Ч. Батжаргал, Е.А. Ельчанинова// IX межд. конф. химия нефти и газа. Томск. 2015. с.644-649.
42. Филатов Д.А. Биотрансформацияполиароматических соединений углеводородокисляющими микроорганизмами в жидкой среде/Д.А. Филатов, Е.А. Ельчанинова, В.С. Овсянникова, Л.И. Сваровская, Л.К. Алтунина// IX межд. конф. химия нефти и газа. Томск. 2015. с.650-655.
43. Глязнецова Ю.С. Особенности биодеградации нефти в мерзлотно-болотных почвах/Ю.С. Глязнецова, И.Н. Зуева, О.Н. Чалая, С.Х. Лифшиц// IX межд. конф. химия нефти и газа. Томск. 2015. с.656-661.
© И. А. Иванова - студ. гр.4141-44 каф. химических технологий переработки нефти и газа КНИТУ, [email protected]; Р. К. Ибрагимов - магистрант гр. 415-М41 той же кафедры, [email protected]; Д. А. Ибрагимова - к.х.н., доцент той же кафедры, [email protected]; С. М. Петров - к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected].
© I. A. Ivanova - student of the group №4141-44, Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing, KNRTU, [email protected]; R. K. Ibragimov - Mphil student of 1-t year, group №415-М41 Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing, KNRTU, [email protected]; D. A. Ibragimova - assotiate professor, PhD in Petroleum Chemistry, Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing, KNRTU, [email protected]; S. M. Petrov - assotiate professor, PhD in Petroleum Chemistry, Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing, KNRTU, [email protected].
