CC BY
129
Раздел 4
ЭКОЛОГИЯ.
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Редактор подраздела «Экология»:
ПУЗАНОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ - доктор биологических наук, профессор, зам директора но научной работе Учреждения Российской академии Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН (г. Барнаул)
Редактор подраздела «Экология человека и гигиена окружающей среды»:
НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ МЕШКОВ - доктор медицинских наук, профессор Научно-исследовательского института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, член Российской научной комиссии по радиационной защите (г. Москва)
УДК 502.7
Vragova E.V. COMPARATIVE ANALYSIS OF EFFICIENCY BIOLOGICALS FOR PEAT CLEANING OF OIL POLLUTION. Abstract. Hydrocarbons represent a diverse class of the organic compounds widely-spread as pollution. One of typical anthropogenous impacts an environment became pollution by oil. Data of their biological degradation by natural microorganisms have been presented, within the limits of the general work on liquidation of oil spill. Key words: oil spill, microorganisms-destructors, biological degradation.
Е.В. Врагова, канд. техн. наук., научный сотрудник Институт почвоведения и агрохимии СО РАН г. Новосибирск, E-mail: vragovae@rambler.ru
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТОРФА ОТ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Углеводороды представляют класс разнообразных органических веществ, распространенных в окружающей среде как загрязнители. Одним из типичных антропогенных воздействий на окружающую среду стало загрязнение почв нефтью. В статье приведены данные о возможности ее биодеструкции природными микроорганизмами, в рамках общей работы по ликвидации разливов нефти.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, микроорганизмы-деструкторы, биологическая деградация.
Под рекультивацией понимается комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также улучшения условий окружающей среды в соответствии с интересами общества (ГОСТ 17.5.01-83).
Основной целью рекультивационных работ при восстановлении земель, загрязненных углеводородами нефти, является создание на загрязненной территории условий, способствующих стимулированию процессов естественной биодеградации нефтезагрязнения, восстановления плодородия почвог-рунтов и воссоздание самовозобновляющегося живого надпочвенного покрова [1].
Существующие механические, термические и физикохимические методы очистки почв от нефтяных загрязнений дорогостоящи [2]. Микробиологические методы способны дополнять указанные технологии, а в определенных ситуациях не имеют альтернативы.
Развиваемые в настоящее время биотехнологические методы защиты окружающей среды от техногенных загрязнений основаны на использовании микроорганизмов-деструкторов. Поскольку микроорганизмы имеют сравнительно высокий потенциал разрушения углеродных соединений, им придается большое значение при разработке путей биоремедиации загрязненных объектов.
Цель данного эксперимента - оценка возможности использования пяти биологически активных веществ - биопрепаратов Фарейзайм, Бациспецин, Деградойл, Дестройл, Ди-зойл для биодеградации нефти и рекультивации нефтезагряз-ненных земель.
ОБЬЕКТЫ И МЕТОДЫ
Описание исследуемых препаратов
Исследуемые штаммы микроорганизмов обладают выраженной антагонистической активностью по отношению к грибам - фитопатогенам, не изменены генетически, соответствуют принятым нормам безопасности и не представляют опасности для человека и животных при соблюдении правил использования.
1. Бактериальный препарат «Бациспецин» получен на основе природного штамма бактерий Bacillus sp.729. Препарат разработан и выпускается Приволжским опытно-промышленным биохимическим заводом.
2. Биологический препарата «Деградойл» , основой которого является выделенная из почвы смешанная культура микроорганизмов, включающая азотфиксирующие бактерии Azotobacter vinelandii. Выпускается ЗАО «Биоцентрас» (Литва, Вильнюс) имеет патенты Republic of Lithuania в 1992, LT3111B, LT3112B и USA в 1996, No.5494580).
3. Биологический препарат «Дестройл» (ТУ 9291-00605803071-96) производится Бердским заводом биологических препаратов. Получен на основе выделенной из природы микробной культуры Acinetobacter sp. Представляет собой порошок или пасту, состоящие из клеток микроорганизмов, обладающих углеводородокисляющей активностью с концентрацией не менее 108 и 109 клеток в 1 грамме препарата соответственно для порошка и пасты, остатков питательной среды.
4. Биодеструктор «Дизойл» был разработан Государственным научно- исследовательским институтом биосинтеза белковых веществ (“ГосНИИсинтезбелок”). «Дизойл» получен на основе штамма ВСБ-542в, исходная культура - штамм рода Candida maltoza. Препарат представляет собой сыпучий порошок кремового цвета, хорошо смачиваемый водой. «Ди-зойл» является препаратом для ликвидации нефтяных загрязнений воды и почвы.
5. Биоагент «Фарейзайм» (FyreZyme) разработан американской корпорацией Ecology Technologies International Inc. Благодаря своему составу, в который входят ферменты, этот биоагент сам является источником питания для бактерий.
ОПИСАНИЕ МОДЕЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ОПЫТА С ИСКУССТВЕННЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ТОРФА НЕФТЬЮ
Для закладки опыта был использован торф. Нефтяное загрязнение готовили из расчета 10, 18, 30, 45%. Бактериальные препараты - из расчета 1 г к массе 2 кг торфа и минеральные удобрения из расчета (азотно-фосфорные - NP) 0,5 г к массе 2 кг торфа, независимо от степени загрязнения почвы.
Образцы инкубировали при температуре 220С и влажности 60% от полной влагоемкости при рН среды - 6,8. Длительность опыта составила 60 дней. Поливали водой и перемешивали каждые 7 дней (200 мл на 2 кг торфа).
Нефть ГОСТ 9965-76 для эксперимента бралась в ЦНДГ-5 НГДУ «Правдинскнефть» ООО «РН-ЮНГ».
Приготовление рабочих суспензий биопрепаратов
В емкость, объемом 1 л вносили 5 г биопрепарата, добавляли 1000 мл дистиллированной воды (+220С) и выдерживали
Результаты ан
при температуре 22 - 240С в течение 6 часов в присутствии азотно-фосфорных удобрений (2,5 г).
Обработка почвы (торфа).
Рабочую суспензию препарата перед нанесением на почву (торф) перемешивали в течение 10 мин., затем отливали по 200 мл суспензии и наносили на почву (2 кг). Нанесение осуществляли путем дождевания, почву с внесенным биопрепаратом перемешивали.
Контролируемые параметры:
- Концентрация нефтепродуктов - до обработки и с последующей периодичностью каждые 15 дней гравиметрическим методом.
- Процесс деструкции нефти - до внесения биопрепарата и по окончании опыта (60 дней) методом хромато-массспектрометрии.
Методы лабораторного анализа проб
Для определения динамики содержания нефтепродуктов образцы торфа отбирались каждые 15 дней. Первый отбор проводился перед первичной обработкой препаратами, а затем трижды в течение длительности проведения лабораторного опыта.
Для наблюдения за процессом деградации нефти определяли численность трех эколого-трофических групп микроорганизмов: углеводородоокисляющих - на минеральной среде Раймонда (г/л№2СО3 - 0,1; СаС12 - 0,01; М^04-7Н20 - 0,02; ЫаН2РО4- 1,5; FeSO4•7H2O - 0,02; К2НР04 - 1,0; MgSO4•7H2O - 0,2; ЫН4ЫО3 - 2,0; Н20 дист. - 1 л), с нефтью в качестве единственного источника углерода; гетеротрофов - на среде МПА (мясопептонный агар) - органический источник азота; микроскопических грибков - на подкисленной среде Чапека.
Для оценки эффективности действия исследуемых препаратов были использованы показатели остаточного содержания нефти в почве, а также изменение структурного состава нефти. Отбор проб почвы проводился по ГОСТ 17.4.3.01-83. Определение остаточного содержания нефтепродуктов в почве проводили гравиметрическим методом [3].
иза проб торфа
№ п/п Наимен. препарата 0t,C % неф загр содержание нефтепродуктов, г/кг через: % биодеградации через:
исх 15 дн 30 дн 45 дн 60 дн 15 дн 30 дн 45 дн 60 дн
1 холостая + удобр. 22 10 99,13 94,38 89,25 80,75 72,00 4,79 9,97 18,54 27,37
2 Фарейзайм 22 10 97,00 80,92 73,57 55,02 50,73 16,57 24,15 43,27 47,70
3 Бациспецин 22 10 99,63 81,53 71,94 59,44 50,08 18,16 27,79 40,34 49,73
4 Деградойл 22 10 104,38 83,21 77,63 66,64 55,99 20,28 25,62 36,15 46,35
5 Дестройл 22 10 112,13 86,78 82,81 66,44 59,44 22,60 26,14 40,74 46,99
6 Дизойл 22 10 118,63 88,40 80,23 62,35 42,01 25,48 32,37 47,44 64,58
7 холостая 22 10 111,50 109,63 105,38 97,38 89,38 1,68 5,49 12,66 19,84
8 холостая + удобр. 22 18 166,38 161,38 154,88 145,50 136,75 3,01 6,91 12,55 17,81
9 Фарейзайм 22 18 161,13 138,88 125,75 100,50 98,00 13,81 21,96 37,63 39,18
10 Бациспецин 22 18 190,00 161,25 142,00 126,13 112,50 15,13 25,26 33,62 40,79
11 Деградойл 22 18 170,13 141,38 130,50 118,88 108,88 16,90 23,29 30,12 36,00
12 Дестройл 22 18 235,63 191,25 179,63 155,63 136,25 18,83 23,77 33,95 42,18
13 Дизойл 22 18 227,25 179,00 160,38 155,38 130,63 21,23 29,43 31,63 42,52
14 холостая 22 18 172,00 165,75 162,00 152,00 138,88 3,63 5,81 11,63 19,26
15 холостая + удобр. 22 30 343,00 342,75 322,13 309,00 289,13 0,07 6,08 9,91 15,71
16 Фарейзайм 22 30 315,25 297,00 256,50 233,25 211,75 5,79 18,64 26,01 32,83
17 Бациспецин 22 30 344,88 310,38 296,00 277,13 238,38 10,00 14,17 19,64 30,88
18 Деградойл 22 30 355,38 276,75 252,75 241,25 223,88 22,13 28,88 32,11 37,00
19 Дестройл 22 30 308,25 255,63 251,75 222,25 200,13 17,07 18,33 27,90 35,08
20 Дизойл 22 30 322,13 275,13 254,63 238,13 224,88 14,59 20,95 26,08 30,19
21 холостая 22 30 310,63 264,75 262,75 258,88 240,00 14,77 15,41 16,66 22,74
22 холостая + удобр. 10 30 314,13 306,13 298,00 279,13 272,13 2,55 5,13 11,14 13,37
23 Фарейзайм 10 30 301,88 268,13 237,13 230,75 215,88 11,18 21,28 23,56 28,49
24 Бациспецин 10 30 318,5 274,13 258,50 237,63 212,13 13,93 18,84 25,39 33,40
25 Деградойл 10 30 307,75 277,00 242,13 215,50 203,00 9,99 21,32 29,98 34,04
26 Дестройл 10 30 307,13 272,00 262,88 239,13 201,88 11,44 14,41 22,14 34,27
27 Дизойл 10 30 309,63 266,50 243,13 230,88 209,25 13,93 21,48 25,43 32,42
28 холостая 10 30 325,00 288,88 280,75 271,13 259,75 11,11 13,62 16,58 20,08
29 холостая + удобр. 22 45 423,75 393,00 348,50 339,88 323,25 7,26 17,76 19,79 23,72
30 Фарейзайм 22 45 397,88 368,63 331,63 322,00 292,13 7,35 16,65 19,07 26,58
31 Бациспецин 22 45 444,50 361,75 327,63 295,63 274,13 18,62 26,29 33,49 38,33
32 Деградойл 22 45 479,50 386,13 358,88 337,25 316,00 19,47 25,16 29,67 34,10
33 Дестройл 22 45 410,63 382,63 373,25 351,50 308,13 6,82 9,10 14,40 24,96
34 Дизойл 22 45 434,00 344,75 326,50 305,38 276,50 20,56 24,77 29,64 36,29
35 холостая 22 45 449,88 354,00 350,38 346,63 341,63 21,31 22,12 22,95 24,06
Результаты и их обсуждение
Результаты проведенных исследований свидетельствуют об эффективности биологического метода очистки и рекультивации нефтезагрязненных торфяных почв даже при высокой концентрации загрязнителя (свыше 15%). Внесение биопрепаратов ускоряет разложение нефти по отношению к контрольной пробе. Стимуляция естественной нефтеокисляющей микрофлоры внесением удобрений на данном типе почвы не привело к ожидаемому усилению биодеградации углеводородов.
Исследования показали, что процесс биодеградации нефтепродуктов идет и при пониженных температурах (100С), что имеет большое практическое значение при использовании препаратов в климатических условиях Сибири. Рекламные проспекты дают неполную информацию о биопрепаратах, что затрудняет их выбор и применение.
Все препараты показали свою работоспособность примерно на одном уровне, но хочется отметить Фарейзайм и Бациспецин. При повышенной концентрации нефтепродуктов (18 - 45%) и пониженной температуре (опыт при 30% нефте-загрязнения и 10ОС) активность препаратов остается неизменной. Для всех степеней нефтяного загрязнения количество препаратов бралось согласно инструкциям по применению, рассчитанным на остаточное содержание углеводородов, не превышающее 15-20%. В связи с этим, есть смысл увеличивать дозировку биопрепаратов при повышенных концентрациях нефтепродуктов.
Так же, на результаты эксперимента, возможно, оказывает влияние такая сложная матрица для исследований как торф, т.к. он относится к органогенным почвам, характеризующимся собственной высокой биологической активностью.
Проведенный сравнительный анализ по единой методике позволил выявить наиболее эффективные биопрепараты и рекомендовать их к использованию в практике очистки торфа от нефтяного загрязнения.
ВЫВОДЫ
Микробиологические способы рекультивации требуют наиболее тщательный подготовительный период под руководством специалистов, т.к. нарушение технологии очень часто являются причиной низкой эффективности биообработок. Анализируя полученные данные лабораторных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Фарейзайм - благодаря своему составу, в который входят ферменты, воздействует на аборигенную микрофлору, повышая ее способность к разложению нефтяных углеводородов; имеет достаточно высокую эффективность при обработке нефтезагрязненной почвы с высоким содержанием солей. Данный препарат может быть использован для любых нефте-загрязненных участков, требующих биологической обработки.
2. Бациспецин - показал хорошие опытнопромышленные результаты при рекультивации различных типов почв и разливов разной степени давности. Препарат способен работать без проведения дополнительных агрохимических мероприятий.
3. Деградойл - особо активен на границе раздела фаз нефтяная пленка - вода, но для его эффективной работы толщина пленки нефти должна быть незначительной и содержать «окна» воды, обработанная площадь не должна пересыхать в течение лета. Также этот биопрепарат очень чувствителен к температуре окружающей среды. Поэтому, не смотря на все достоинства, он неэффективен в условиях Западной Сибири.
4. Дестройл - препарат комплексного действия. Показал положительные результаты при обработке заболоченной поверхности, нефтезагрязненных водоемов и грунтов. Может быть использован для различных типов почв и разливов разной степени давности и обработки наполнителей боновых заграждений.
5. Дизойл - имеет высокую способность к разжижению битуминизированных нефтешламов и разрыхлению «спекшихся» нефтезагрязненных грунтов. Можно рекомендовать для рекультивации старых нефтяных разливов и нефтешламовых амбаров.
Библиографический список
1. Врагова, Е.В. Сценарный подход в управлении рекультивацией нефтяных и солевых загрязнений почв (на примере Ханты-Мансийского автономного округа): автореф. дис. ... канд. тех. наук. - Барнаул, 2004.
2. Солнцева, Н.П. Добыча нефти и газа и геохимия природных ландшафтов. - М.: МГУ, 1998.
3. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - Ч. II.
Bibliography
1. Vragova, E.V. Scenarnihyj podkhod v upravlenii rekuljtivacieyj neftyanihkh i solevihkh zagryazneniyj pochv (na primere Khantih-Mansiyjskogo avtonomnogo okruga): avtoref. dis. ... kand. tekh. nauk. - Barnaul, 2004.
2. Solnceva, N.P. Dobihcha nefti i gaza i geokhimiya prirodnihkh landshaftov. - M.: MGU, 1998.
3. Vremennihe metodicheskie rekomendacii po kontrolyu zagryazneniya pochv. - M.: Gidrometeoizdat, 1984. - Ch. II.
Статья поступила в редакцию 12.04.11
