Тестирование микроорганизмов-нефтедеструкторов на способность очистки нефтезагрязненных вод разного химизма и степени засоления Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

8. Лапин, П.И. Интродукция лесных пород / П.И. Лапин, К.К. Калуцкий, О.Н. Калуцкая. - М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 224 с.

9. Молчанов, А.А. Методика изучения прироста древесных растений / А.А. Молчанов, В.В. Смирнов. - М.: Наука, 1967. - 100 с.

10. Лапин, П.И. Оценка перспективности интродукции растений по данным визуальных наблюдений / П.И. Лапин, С.В. Сиднева // Опыт интродукции древесных растений: сб. науч. тр. - М.: Изд-во АН СССР, 1973. - С. 3-67.

11. Деревья и кустарники СССР: в 6 т. - М.-Л.: Изд-во АН СССР1949-1962. - Т. 1-6.

----------♦'-------------

УДК 579.26 Л.Н. Скипин, О.Г. Богданова

ТЕСТИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ-НЕФТЕДЕСТРУКТОРОВ НА СПОСОБНОСТЬ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД РАЗНОГО ХИМИЗМА И СТЕПЕНИ ЗАСОЛЕНИЯ

В статье представлены результаты лабораторных опытов по способности разложения нефтепродуктов микроорганизмами в зависимости от химизма и степени засоления природных вод. Было установлено, что наилучшее разложение нефтепродуктов промышленным биопрепаратом «Нефтедеструктор» наблюдалось в солевой среде с наличием Na2SO4, штаммом бактерий 3 - в среде с MgSO4, 11 - с №НСОз, 21 - с №С1, штаммом бактерий 97- в среде №2СО3.

Введение. В настоящее время все чаще источником загрязнения поверхностных вод становятся нефть и нефтепродукты [4]. Это происходит в результате нарушения технологии добычи нефти, транспортировки, переработки и хранения. Загрязнение водоемов данными поллютантами ухудшает качество воды и нарушает естественное равновесие, что приводит к разрыву связей в экологической системе [2].

Очистка природных засоленных поверхностных вод нефтепродуктами сопряжена с подбором наиболее устойчивых штаммов. Учитывая разный химизм и степень концентрации солей в озерах южной лесостепи Сибири и Урала, необходимо выявить оптимальные параметры жизнедеятельности микроорганизмов, разлагающих нефтепродукты в них. Важно также установить критические уровни засоления, при которых процесс разложения нефтяного пятна полностью прекратится.

Цель работы: изучить влияние концентрации солей, химизма засоления и рН среды на жизнедеятельность микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов.

Объекты исследования. Нефтеразлагающие микроорганизмы были взяты в лаборатории ЗАО НПС «Элита-комплекс» г. Екатеринбурга, представлены штаммами 3, 11, 21, 32, 97 и промышленным биопрепаратом «Нефтедеструктор».

Методы исследования. Питательная смесь была представлена 50 мл водопроводной воды + 50 мг/л нефтепродуктов + 1 мл бактериального препарата + соль соответствующего химизма и степени концентраций. В качестве солевой основы сред использовали следующие соли: 1У^04, Na2SO4, N3^, NaHCOз, Na2COз, сульфатно-содовое, сульфатно-хлоридное и хлоридно-сульфатное засоление с гипсом (схемы лабораторных опытов представлены по И.Л. Клевенской [3], Л.Н. Скипину [5]). В качестве субстратов для микробной деструкции использовали отработанное моторное масло.

Деструктивная активность препарата выражалась в % убыли субстрата. Убыль нефтепродуктов определялась методом колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием в лаборатории ФГУ ГСАС «Тюменская».

Результаты и обсуждения. На первом этапе исследований осуществлялось определение жизнеспособности микроорганизмов. Микробиологический посев проводился в чашках Петри на среде мясо-пептонного агара в 5-ти повторностях. Культивирование велось в течение 3-х суток при температуре 280С, по истечении времени проводилось определение численности колоний (табл. 1).

Таблица 1

Результаты культивирования микроорганизмов

Концентрация колоний, КОЕ, Кл/мл Разведение биопрепарата

Концентрация 1:10 1:100 1:1000 1:10000

Нефтедеструктор Сплошь 60*106 25*107 40*107 14*108

№3 Сплошь 56*106 22*107 37*107 10*108

№11 Сплошь 14*107 29*107 38*108 11*109

№21 Сплошь 29*106 30*107 39*107 22*108

№32 Сплошь 26*105 27*106 25*107 53*107

№97 Сплошь 16*106 17*107 13*108 10*109

Колонии микроорганизмов характеризуются в опыте следующими культуральными признаками:

1) промышленного препарата «Нефтедеструктор» - круглые, непрозрачные, со слабым блеском, светло-бежевые, плоские, с неровными краями. По мере разрастания внутри колонии образуется 4 неравных сегмента;

2) штамма №3 - круглые, непрозрачные, матовые, бежевые, с ровными краями, плоские, морщинистые;

3) штамма №11 - круглые, непрозрачные, блестящие, желтые, объемные с ровными краями, с белой черточкой с одной стороны;

4) штамма №21 - круглые или продолговатые, непрозрачные, блестящие, желтые, объемные с ровными краями, с двумя белыми черточками напротив друг друга;

5) штамма №32 - круглые или продолговатые, матовые, бежевые, с ровными краями, плоские, с сильно морщинистой поверхностью;

6) штамма №97 - круглые, непрозрачные, блестящие, желтые, объемные с ровными краями, с тремя белыми черточками.

Второй этап исследований был направлен на определение оптимальной концентрации микроорганизмов, способствующих быстрому и полному разложению нефтяной пленки. В качестве нефтепродуктов бралось неиспользованное и отработанное моторное масло.

Опыт 2 проводился в чашках Петри и представлен следующими вариантами:

1) 50 мл дистиллированной воды + 50 мг/л нефтепродуктов (отработанное моторное масло) + 1 мл бактериального препарата;

2) 50 мл водопроводной воды + 50 мг/л нефтепродуктов (отработанное моторное масло) + 1 мл бактериального препарата;

3) 50 мл водопроводной воды + 50 мг/л нефтепродуктов (отработанное моторное масло) + 3 мл бактериального препарата;

4) 50 мл водопроводной воды + 50 мг/л нефтепродуктов (неиспользованное моторное масло) + 1 мл бактериального препарата.

Исходная концентрация препарата была взята из расчета распределения 1 т нефти на 10 км2 [1]. Биопрепарат вносился в чашки Петри в следующих разведениях (табл. 2). В дальнейшем во всех опытах в качестве нефтепродуктов брали отработанное моторное масло, так как озера, расположенные вдали от места добычи, транспортировки и хранения нефти, загрязняются продуктами ее переработки.

Таблица 2

Разведение биопрепарата

Показатель Чашки Петри

1 2 3 4 5 6

Концентрация биопрепарата, мл Без внесения препарата Концентрация (10-9-10-11 кл/мл) 1:10 1:100 1:1000 1:10000

Скорость разложения нефтяного пятна в вариантах опыта с дистиллированной водой значительно меньше, чем с водопроводной, вероятно, что для нормальной жизнедеятельности микроорганизмам не хватает химических элементов, содержащихся в неочищенной воде, а также положительного синергизма с другими видами микроорганизмов. Эти предположения подтверждают лабораторные данные: концентрация

нефтепродуктов в водопроводной воде по истечении 30 дней составила 39,9±9,97, а в дистиллированной <50 мг/л. В варианте 3 отмечалось увеличение скорости разложения нефтепродуктов по сравнению с вариантом 2 на протяжении 20-60 суток. Разложение неиспользованного моторного масла по сравнению с отработанным маслом происходило быстрее. Наилучший процесс разложения нефтяного пятна микроорганизмами можно отметить на всех вариантах с разведением 1:100 и 1:1000 (рис. 1).

Третий этап наших исследований заключался в проведении опыта в солевых средах. В качестве сред были взяты соли, ионы которых встречаются в природных водах. Использовали в постановке лабораторных опытов степень разведения биопрепарата 1:100.

Конц. биопрепарата, мл

—♦- -вариант 1

—■— вариант 2

вариант 3

—*- вариант 4

Рис. 1. Интенсивность разложения нефтяного пятна микроорганизмами промышленного биопрепарата «Нефтедеструктор» за 30 дней в зависимости от степени разведения биопрепарата (степень разведения: см. в табл. 1).

Опытами установлено, что наибольшая активность разложения нефтепродуктов биопрепаратом «Нефтедеструктор» спустя 10 дней наблюдается в солевом растворе 1У^04, где к этому времени уже почти полностью устранено проективное покрытие пятна. Ионы магния в данном случае проявляют себя как микроэлемент, стимулирующий жизнедеятельность нефтеразлагающих микроорганизмов с оптимальной концентрацией 0,5%. По истечении 10 дней в этой среде интенсивность разложения нефтепродуктов биопрепаратом падает и лидирующее место занимает солевая среда Na2SO4. Спустя 30 дней разложение нефтяного пятна микроорганизмами в порядке убывания можно выстроить в следующую последовательность: Na2SO4— NaCl—> NaHCOз — Мд504^- Na2COз. При смешанном сульфатно-содовом засолении отмечена наилучшая активность в разложении нефтяного пятна, далее в порядке убывания следует сульфатно-хлоридное с концентрацией 0,8%, хлоридно-сульфатное засоление с гипсом (рис. 2). По истечении 90 дней постановки опыта наблюдается такая же тенденция в разложении нефтепродуктов промышленным биопрепаратом «Нефтедеструктор», как и спустя 30 дней (табл. 3).

Таблица 3

Содержание нефтепродуктов в среде с разным типом засоления, мг/л

"Ч Тип засоления Концентрациях нефтепродуктов MgSO4 Na2SO4 NaHCOз Na2COз N3^ с оС у вь оо-ф 1 Сульфат- но- хлорид- ное Хлорид-но-сульфатное засоление с гипсом

Нефтедеструктор 29,95± 7,48 21,00± 5,25 22,60± 5,65 <50,0 21,77 ±5,44 35,17± 8,79 <50,0 <50,0

ц

Ц.

а

«о

о

о

£

>

и

о

а.

с

о

н

Р *

О о

Конц. солей, мг/л

-Мд804

№2804

№С!

—к- №НС03

—ж- №2С03

1 смеш.

—1— 2 смеш.

3 смеш.

Рис. 2. Интенсивность разложения нефтяного пятна микроорганизмами биопрепарата «Нефтедеструктор» за 30 дней (концентрацию солей см. на схемах опыта)

3 4 5 6

Конц. солей, мг/л

1

2

7

8

■Ф— Мд804 №2804 ЫаС! ЫаНС03 Ж— Ыа2С03 1 смеш. Н—2 смеш. — 3 смеш.

Рис. 3. Интенсивность разложения нефтяного пятна микроорганизмами промышленного биопрепарата «Нефтедеструктор» спустя 90 дней (концентрацию солей см. на схемах опыта)

При изучении разных штаммов нефтеразлагающих бактерий в солевых средах была замечена такая же закономерность, как и с промышленным биопрепаратом «Нефтедеструктор», т.е. по истечении 10 дней нефтепродукты интенсивнее разлагались в воде с наличием 1У^04. Наиболее активное разрушение нефтяного пятна в такой среде отмечалось при использовании штаммов 3 и 11. С увеличением концентрации засоления воды деструктивная активность микроорганизмов падает по всем типам засоления, за исключением 1У^04, где с повышением концентрации данной соли увеличивается активность микроорганизмов. Достаточно интенсивно протекал процесс разложения нефтепродуктов с гидрокарбонатным засолением ^аНСОз) и сопровождался выделением пузырьков газа, особенно это проявлялось при внесении штаммов 32 и 97. Минимальная активность микроорганизмов-деструкторов нефтепродуктов отмечена в среде с засолением N3^. В опытах со смешанным типом засоления по истечении 10 дней явного превосходства не наблюдалось ни по одному из представленных типов засоления, но деструктивная активность микроорганизмов несколько выше была в сульфатно-содовом и сульфатно-хлоридном засолении, особенно у штамма 3.

На питательной среде с Na2SO4, N3^ по истечении 90 дней наилучшей активностью в разложении нефтепродуктов обладает штамм 21 (соответственно, 16,70±4,17 и 8,27±2,07 мг/л), при засолении N32^3 -штамм 97 (13,00±3,25 мг/л), а при засолении NaHCOз отмечена активность у штамма 11 (37,12±9,28). В питательной среде с наличием 1У^04 все штаммы проявляют деструктивную активность. Из смешанных типов засоления лучше всего проявил себя штамм 3 в среде с сульфатно-содовым засолением (20,50±5,12).

Заключение. Таким образом, жизнедеятельность микроорганизмов-деструкторов нефти в значительной степени зависела от химизма и степени засоления питательной среды. В результате проведенного тестирования биопрепаратов на способность разлагать нефтепродукты в средах с различной степенью и характером засоления установлено, что «Нефтедеструктор» успешно работает в среде с наличием Na2SO4, штамм бактерий 3 - в среде с 1У^04, 11 - с NaHCOз, 21 - в среде с N3^, Na2SO4, штамм бактерий 97 - в среде с Na2COз. В среде сульфатно-содового засоления устойчивое разложение нефтепродуктов происходит при использовании штамма 3.

Литература

1. Воробейников, Г.А. Микроорганизмы в защите окружающей среды / Г.А. Воробейников. - СПб., 1999. -96 с.

2. Киреева, Н.А. Биопрепарат для очистки водной поверхности от нефтяного загрязнения / Н.А. Киреева,

Т.С. Онегова, Н.В. Жданова // Экология и пром-сть России. - 2006. - С. 26-28.

3. Клевенская, И.Л. Олигонитрофильные микроорганизмы почв Западной Сибири / И.Л. Клевенская. -

Новосибирск: Наука, 1974. - С. 15-23.

4. Нестерова, М.П. Методы и средства борьбы с нефтяным загрязнением вод Мирового океана / М.П. Нестерова. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1989. - Т. 8. - 208 с.

5. Скипин, Л.Н. Солонцы Сибири: Экологические аспекты освоения / Л.Н. Скипин. - Ялуторовск, 2000. -

261 с.

----------♦-------------