Исследование биотехнолоии очистки почв от нефтезагрязнений с использованием препарата «Fyre-Zyme»

К. А. Захарова, М. В. Шулаев, В. М. Емельянов

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОИИ ОЧИСТКИ ПОЧВ ОТ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕПАРАТА «ЕУЯЕ^УМЕ»

Исследована деструкция нефтезагрязнений в подзолистых почвах Западно-Сибирского региона в естественных условиях и с применением препарата «¥уте-2уше».

Опыты проводились на модельных почвенных образцах, искусственно загрязненных нефтью. Диапазон концентраций нефтезагрязнений составляет 20000-100000 мг/кг. Результаты исследований показали, что применение препарата «Еуге-2уше» особого эффекта не выявило. Возможно применение данного препарата необходимо сочетать с внесением минеральных удобрений.

Влияние нефтяных загрязнений на почву проявляется в изменении ее физических, физико-химических и химических свойств, в торможении интенсивности биологических процессов. Нефтяное загрязнение отличается от других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постоянную, а «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении. Суть восстановления загрязненных экосистем - максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Рекультивация нефтезагрязненных земель - это ускорение процесса самоочищения, при котором используются все природные резервы экосистемы. В настоящее время промышленное воздействие на природу Севера достигло таких размеров, что вызывает серьезную обеспокоенность за сохранение региональной среды обитания. Короткий период биологически активных температур обуславливает чрезвычайно медленное самоочищение и ограничивает (или сводит к нулю) действие используемых для разрушения нефти стандартных микробиологических препаратов.

Целью данной работы являлось исследование и сравнение биодеструкции нефтезагрязнений (НЗ) в подзолистых почвах Западной Сибири в естественных условиях и с использованием препарата «Буге^уте».

Подзолистые почвы развиваются на песчаных породах с накоплением в иллювиальном горизонте несиликатных форм железа, верхняя часть их иллювиального горизонта имеет коричневый, темно-коричневый, а иногда и черный цвет от органо-минеральных соединений. Реакция элювиальных горизонтов подзолистых почв сильно кислая или кислая (рН=3-5), поглощающий комплекс не насыщен основаниями. Содержание гумуса 1-7%. По распределению ила четко фиксируются элювиальные и иллювиальные горизонты [1, 2].

Исследования деструкции НЗ в почвах проводились в лабораторный условиях на модельных почвенных образцах с концентрацией НЗ в диапазоне от 20000 до 100000 мг/кг. Пробы почв были отобраны в лесу с учетом достаточного удаления от населенных пунктов и производств в мешочки из полиэтилена по ГОСТ 17.4.4.02-84 [3, 4].

Образцы почв высушивались при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. Высушенный образец почвы массой 100 г переносили в пластиковую емкость объемом 250 г. Определяли фоновое содержание нефти в исходных образцах почв.

Затем добавляли соответствующие количества нефти для получения заданных концентраций НЗ. В соответствующие почвенные образцы добавляли 5 мл 5% раствора «Буге^уте».

Определение концентрации НЗ в почвенных образцах проводили в соответствии с ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 [5].

Результат исследований деструкции НЗ в естественных условиях и с применением препарата «Буге^уте» представлены в табл. 1 и табл. 2 соответственно.

Кривые кинетики деструкции НЗ в естественных условиях и с применением препарата «Буге^уте» представлены на рис. 1 и рис. 2 соответственно.

Характер кривых во всех исследуемых образцах практически одинаков. В течение 14 суток после внесения нефти (с учетом периода адаптации) во всех образцах наблюдалось резкое уменьшение содержания нефти.

Необходимо отметить, что в образцах с применением «Буге^уте», после внесения препарата и увлажнения почвы происходит «остеклевание» - затвердевании и засыхание комочков почвы. Аэрация таких почв затрудняется, дыхание почвы снижается и требуется дополнительное рыхление почвенных образцов.

Проведенные лабораторные исследования показали способность подзолистых почв к самоочистке благодаря деятельности нативных почвенных МО - деструкторов нефти. Также показано, что МО способны к «реабилитации» после разового загрязнения почв нефтью. Это хорошо видно из анализа графиков кинетики деструкции НЗ в естественных условиях. Во всех сериях модельных образцов почв в условиях естественной деструкции НЗ и с применением препарата «Буге-2уте» кривые имеют аналогичный характер - в первые 10 - 15 суток происходит утилизация предельных и непредельных линейных углеводородных (УВ) структур, остаточные концентрации ароматических фракций отрицательно влияют на жизнедеятельность МО и в период с 14 по 28 сут. наблюдается увеличение содержания УВ. Далее кривые деструкции выходят на линейный участок.

В условиях естественной очистки в период с 1 по 15 сутки эксперимента наблюдается резкое, значительное уменьшение содержания НЗ (максимальное даже в сравнении с препаратом «Буге-2уте»), степень очистки достигает 97% при начальном уровне загрязнений (йнач.) 40000 и 60000 мг/кг. Однако в дальнейшем происходит резкое скачкообразное увеличение содержания НЗ во всех образцах в среднем до 50%. В дальнейшем снижения концентрации НЗ не происходит, характер кривых деструкции прямолинейный. Это связано с уменьшение субстрата и отмиранием части МО в результате токсического действия нефтяных УВ.

Таким образом, в условиях самоочистки почв при концентрации НЗ от 20000 до 80000 мг/кг, средняя степень эффективности составляет 62%. Для концентрации НЗ 100000 мг/кг - эффективность 57%.

Максимальное снижение содержания УВ за весь период проведения эксперимента для образцов серии с применением препарата «Буге-2уте» соответствует образцам с концентрацией НЗ 80000 мг/кг и составляет 58.57%. Для данного препарата наиболее оптимальными являются концентрации НЗ в диапазоне от 20000 до 40000 мг/кг.

Таким образом, проведенные лабораторные исследования показывают, что применение препарата «Буге-2уте» не выявило особого эффекта для ремедиации нефтезагряз-ненных почв, данный препарат не обладает стимулирующим действием на аборигенную микробиоту. Возможно, применение данного препарата необходимо сочетать с применением минеральных удобрений. Необходимо проводить дальнейшие исследования в этой области.

Онач. і мг/кг Время от начала эксперимента, сут.

12 22 40 54 69 104 139

І о степень очистки, % Ркон. , мг/кг Степень очистки, % кг/ /г Я .н кон О Степень очистки, % кг/г І о Степень очистки, % кг/ /г Я ± кон О Степень очистки, % кг/г І о Степень очистки, % кг/г І о Степень очистки, %

20000 10239.6 48.80 9504 52.48 9660 51.70 9570.15 52.15 8652.6 56.74 7192.8 64.04 6804 65.98

40000 1391 96.52 16080 59.80 16300.8 59.25 15130.5 62.17 15205.3 61.99 13432 66.42 15840 60.40

60000 1965 96.73 15180 74.70 29311.2 51.15 27954.2 53.41 25957.8 56.74 26980.8 55.03 25920 56.80

80000 16380 79.53 34408 56.99 33048 58.69 29943.1 62.57 32450 59.44 29472 63.16 30360 62.05

100000 21016.8 78.98 47846.4 52.15 46920 53.08 72675 27.33 40933.2 59.07 34545 65.46 35816 64.18

Онач. , мг/кг Время от начала эксперимента, сут.

12 22 40 54 69 104 139

-И "й х § о Степень очистки, % (- х о о Степень очистки, % "(5 х о О ь% ен ,и 8 ц & § С чи о и "й % X О ІЙ О Степень очистки, % и "й ± о о ь% ен ,и 8 Й & § С чи о и [- х о О ь% ен ,и & § С чи о и [- х о О ь% ен ,и 8 ц & § С чи о

20000 9059.7 54.70 9273.6 53.63 10810.8 45.95 9757.2 51.21 11371.2 43.14 6375.6 68.12 7470 62.65

40000 20580 48.55 21710 45.73 18823.2 52.94 21793.2 45.52 130416 67.40 10550.1 73.62 15180 62.05

60000 32760 45.40 64480 - 28152 53.08 26419.2 55.97 30131.2 49.78 23474 60.88 28152 53.08

80000 35230 55.96 41100 48.63 29469 63.16 36120 54.85 29360 63.30 25907.2 67.62 34848 56.44

100000 49358.4 50.64 51292.8 48.71 44491.2 55.51 44352 55.65 49077.6 50.92 31464 68.54 40656 59.34

Время, сут.

Рис. 1 - Кинетика деструкции нефтезагрязнений в подзолистых почвах в естественных условиях

Рис. 2 - Кинетика деструкции нефтезагрязнений в подзолистых почвах в присутствии препарата «Еуге^уше»

Литература

1. Комплексный экологический аудит территории лицензионного участка Пограничного нефтегазоконденсатного месторождения. Т. 1. / ОАО «Сибнефть - Ноябрьскнефтегаз». - Томск, 2003. -320 с.

2. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафто. - М.: Изд-во МГУ, 1998. -376 с.

3. ГОСТ 17.4.4.02 -84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.- Введ. 1984-01-01. - М.: Госстандарт, 1984. - 12 с.

4. ГОСТ 17.4.3.01 - 83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. - Введ. 198301-01. - М.: Госстандарт, 1983. - 8 с.

5. ПНД Ф 16.1:2.2.22 - 98 Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК - спектрометрии: утв. упр. экол. контроля и анализа М-ва охр. окр. среды и прир. ресурсов РФ 03.04.98. - М., 1998. - 35 с.

© К. А. Захарова - асп. каф. химической кибернетики КГТУ; М. В. Шулаев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; В. М. Емельянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической кибернетики КГТУ.