Токологическая оценка компонентов буровых растворов методами биотестирования

2008/4

Первая половина осени, хотя и характеризуется ночными заморозками и невысокими дневными температурами, но существенные осадки (101,96 мм), выпавшие в этот период, благоприятны для роста и развития микроорганизмов. В этот период сохраняется высокая деструкция фото- и фильтровальной бумаги. За месяц (14.08.03-9.09.03) разлагается 25,0133,25% целлюлозы и 27,32-75,37% белка. Влажность является одним из важных факторов окружающей среды, которая регулирует ферментативную активность микроорганизмов. Она определяет доступность питательных веществ для микроорганизмов и поддерживает осмотическое давление в клетках.

Таким образом, анализ скорости разложения целлюлозы и белка микроорганизмами

свидетельствует о значительных сезонных различиях гидротермических показателей окружающей среды, влияющих на активность микроорганизмов. Вторая половина лета и ранняя осень - это период оптимального совпадения температуры и влажности, благоприятных для деятельности микроорганизмов деструкторов органического вещества растительного опада.

Литература

1. Носова Л.М., Гельтцер Ю,Т. Определение про-политической активности дерново-подзолистой и дерновой почв метолом фотобумажной автографии // Микроорганизмы как компоненты биогеоценоза, — М.: Наука, ¡984. -С. 153-156.

2. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии. М.: Агропромиздат, 1987. - С. 239.

М.Н. Саксонов, А.Э. Балаян, ОЛ. Бархаты J

Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском госуниверсигете 'Иркутский государственный университет

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ и ГФЕНа 06-04-39003.

Используя обездвиживай ие клеток эвглены и гашен ие люминесценции светящихся бактерий, анализировали токсичность компонентов буровых растворов. В качестве ингредиентов экологически безопасных рецептур буровых растворов рекомендованы бактерициды, обладающие высокой эффективностью, но быстро теряющие свою активность в водной среде.

M.N.Sak$onov, AE.Balayan, O.A.Barchatova

TOXICOLOGICA1 ESTIMATION OF COMPONENTS OF CHISEL SOLUTIONS METHODS OF BIOTESTTNG

The toxicity of components of chisel solutions have been analyzed applying demotion of euglena cells and extinguishing of a luminous bacteria luminescence. The bactericides possessing high efficiency, but quickly losing the activity in the water environment have been recommended as components of ecologically safe compounds of chisel solutions.

Введение

В процессах разведки и бурения из-за применения в буровых растворах химических реагентов образуются высокотоксичные отходы, загрязняющие водную акваторию и прилегающие к ним площади. Поскольку вопросы сброса, вывоза и захоронения шлама разработаны недостаточно и малоэффективны, представляется актуальным поиск компонентов буровых растворов, отличающихся достаточно высокой эффективностью и пониженной токсичностью (Кузьмин и др., 1983; Jones, 1986).

В данном сообщении приводятся материалы по оценке токсичности лабораторных образцов бактерицидов и некоторых рецептур полимерных буровых растворов, предложенных для использования в нефтеперерабатывающей промышленности.

Объекты и методы исследования В работе исследовали бактерицидные препараты 1079, БД-2, 1077, 769 и сополимера СВАП-3, предложенные специалистами НИИ геологии, геофизики и минерального сыры (г.Иркутск). В качестве тест-объектов брали

80

Саксоков М.Н„ Балаян А.Э., Бархатова O.A. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

светящиеся бактерии Photobacterium físcher и водоросль Euglena gracilis.

Штамм светящихся бактерий получен из коллекции Института биофизики СО РАН (Vibrio fischeri). Бактерии культивировали на модернизированной нами среде Егоровой (Гительзон, 1984) Интенсивность люминесценции суспензии светящихся бактерий под действием токсиканта измеряли на люмино-метре (Stom et al., 1986) и выражали в процентах по отношению к интенсивности люминесценции необработанных клеток V.físcheri.

Водоросли получены из коллекций профессора Б.В. Громова (Санкт-Петербургский гос. университет). Водоросли выращивали по методике J1.A. Сиренко (Сиренко и др., 1975) на люминостате при освещении 8000 люкс в конических колбах на 500 мл на среде №3.

За нетоксичные концентрации веществ принимали такое содержание испытуемых веществ, которые после разбавления не гасили люминесценцию светящихся бактерий и не подавляли подвижности клеток водорослей. Время тестирования со светящимися бактериями - 5 минут, с эвгленой - сутки. За изменением токсичности бактерицидных препаратов наблюдали в течение 21 суток.

Результаты и и обсуждение

Анализ материалов таблицы 1 позволил сделать следующие выводы: сополимер СВАП-3 малотоксичен для биологических объектов, В экспериментах при экспозиции в течение 21 суток его действие на гашение люминесценции светящихся бактерий ослабевало в 5 раз.

Таблица 1

Анализ токсичности бактерицидных препаратов

Вещество Концентрация или кратность разбавления Тест-объекты

Эвглена Светящиеся бактерии

Экспозиция растворов до тестирования

1 7 21 1 7 21

769 мг/мл 1 1 1 0,5 0,5 0.5

1079 мг/мл 2,5x10"! 2,5x10^ 2,5x10'3 5x10-- 5x10'5 ю-'

1077 мг/мл 1,0 2,5x10*' 2,5x10-' 1,0 0,1 0J

СВАП-3 разбав. 10 10 10 50 20 10

БД-2 разбав, 10000 100 100 4000 400 200

Как на эвглене, так и на бактериях получены сходные ряды соотношения токсичности испытанных бактерицидов: 1079 > 769 > 1077. Бактерицид БД-2 отличался острой токсичностью, но его не ранжировали, т.к. неизвестна концентрация этого вещества в мг/мл.

Тестирование на эвглене и бактериях показало падение токсичности пробы БД-2 в 100 и 20 раз соответственно за 21 сутки. За то же время не наблюдали изменения токсичности пробы с бактерицидом 769. Бактерицид 1077 через 21 день экспозиции гасил бактериальное свечение на порядок слабее, чем свечение приготовленного раствора.

Проведенное исследование позволило рекомендовать бактерициды, обладающие высоким действующим эффектом, но быстро теряющие свою активность в водной среде, в качестве компонентов эффективных, экологически безопасных рецептур буровых растворов.

В таблице 2 даны разбавления растворов исследуемых образцов, которые не влияли на активность движения клеток водорослей и при их действии интенсивность свечения бактерий оставалась на уровне контроля.

Как следует из табличного материала, для светящихся бактерий повышенную токсичность представляли растворы Бос-2, фильтрат буровых растворов № 5, 6, 7, 11, 12, 14 - нетоксичное разбавление в 20-50 раз. Остальные пробы малотоксичны - недействующие разбавления в 2-10 раз.

Как следует из таблицы, при использовании в качестве тест-реакции обездвиживания эвглены слабая токсичность воды проявлялась при значениях 12,5 > рН >3,0. В интервале 5йрН<10 вода не влияла на подвижность эвглены. Токсичность 2 % КМЦ усиливалась в области с низкими значениями рН.

81

2008/4

Таблица 2

Влияние некоторых образцов химреагентов модельных буровых растворов

на исследуемые тест-функцнн

№ образцов Кратность разбавления, не влияющая на тест-функции

Иммобилизация эвглены Гашение люминесценции с ветя щихся бактерий

1. Бос - 2 10 раз 50 раз

2, Фильтрат бурового р-ра с добавкой смазки СМАД (1 %) 2 раза 5 раз

3. Фильтрат бурового р-ра с добавкой ПФК (1 %) 2 раза 5 раз

4. Фильтрат бурового р-ра с добавкой 0,3 % КМЦ 4 раза 5 раз

5. Фильтрат бурового р-ра состава: 0,3% 172+1 % ПФК+0,3 % смесь бактерицидов (БД Бенур) 2 раза 40 раз

6. Фугат р-ра состава: 2% ГА +1 % ПФК 2 раза 20 раз

7. Фугат р-ра состава: 2 % ГА+1% ПФК+1 % сульфатное мыло+0,03 % триксан 10 раз 20 раз

8, Фильтрат модельного р-ра состава: 2% ГА+0,1 % Бентура+0,3 % М-2м 2 раза 10 раз

9. Гуматакр иловый альдегид 2 раза 2 раза

10, Лигногуминовый реагент 2 раза 5 раз

11. Фильтрат модельного р-ра состава: 2 % ЛГ+0,1 % Бенур+0,3 % П-2м 2 раза 20 раз

12. Фильтрат модельного р-ра состава: 2%+0,2 % 1077+0,3 %П-2м 2 раза 40 раз

14. Фильтрат модельного р-ра состава: 2 % ГА+0,2 % 2077+0,3 % П-2м 2 раза 10 раз

15. Фильтрат модельного р-ра состава: 2 % ЛГ+0,2 % БД+0,3 % П-2м 2 раза 10 раз

16. Фильтрат модельного р-ра состава: 2 %+0,2 %БД-2+0,3 %П-2м 2 раза 2 раза

Примечание: начальные концентрации растворов данных проб - 3 %.

Для эвглены слаботоксичными оказались растворы Бос-2 и фугат бурового раствора № 7 (нетоксичное разбавление в 10 раз), другие реагенты на движение клеток эвглены действия не оказывали.

Оценка влияния токсичности систем коллоидных наполнителей ограничена их рабочими концентрациями при фиксированной величине рН. Сведения о токсичности вышеперечисленных систем представлены в таблице 3.

Таблица 3

Влнинне некоторых модельных буровых растворов на иммобилизацию эвглены

Исследуемая система PH Кратность разбавления

ВодаЗ j 5 7 10 12,5 4 1 1 1 10

Вода+2% КМЦ 4,5 7 9 10 1 1

Насыщенный рассол NaCl 3 5 7 10 12,5 40 20 20 20 40

Рассол NaCl + 8% шламлигнина 12,5 2000

Рассол NaCl + 6% шламлигнина 12,5 1000

Рассол NaCl + 2% шламлигнина 9 80

Рассол NaCl + 1% шламлигнина 9 40

Рассол NaCl + 8% лигноцела 12,5 3000

Рассол NaCl + 8% лигноиела-К 13,2 800

Рассол NaCl + 2% КМЦ 4,5 7,5 9,5 20 20 20

Рассол NaCl + 3% ПАА 10 40

Рассол NaCl + 3% гипан 10 40

Раствор СаС12 - 26% 4,9 40

Пластовая вода скв. Р-2 Бала-гаиская 5,2 100

Рассол NaCl + 2% Na:S03 9,6 40

Вода + 2% Na3S03 10 2

Рассол NaCl + 2% Na2S04 6,6 100

Вода + 2% Na2S04 7,3 2

Примечание: pH исследуемых растворов регулировали с помощью растворов NaOH и HCl.

82

Саксоков M.H., Балаян А.Э., Бархатова O.A. ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

К заметному увеличению токсичности воды по отношению к эвглене приводило насыщение ее хлоридом натрия. При этом для со-ленасьнценой системы влияние величины рН играло на подвижность тест-объекта сравнительно слабую роль. Токсикометрия буровых растворов, приготовленных на основе рапы, показала близкую токсичность к растворам приготовленным на основе хлористого натрия. Это позволило рекомендовать замену в технологическом процессе последнего на высокоминерализованный естественный источник солей.

Острую токсичность имели лигнинсодер-жащие реагенты - щелочной шламлигнин и лигноцел, растворенные в соленасыщенной среде, но по мере снижения концентрации токсичность резко падала. Токсичность лиг-ноцела может быть заметно снижена путем химической модификации реагента на стадии его синтеза. Об этом свидетельствуют данные, полученные для лигноцела-К. В сравнении с лигносодержащими реагентами токсичность акриловых полимеров (ПАА, гипан) в рассоле хлорида натрия сравнительно невелика, еще меньше влияние на тесты КМЦ. Некоторый вклад в токсичность буровых растворов способны вносить водорастворимые соли н пластовые рассолы.

Таким образом, токсичность применяемых буровых растворов определялась, прежде всего, степенью насыщенности их хлористым

натрием, величиной рН и концентрацией реагентов на основе лигнина (последние являются остротоксичными веществами). Присутствие таких полимеров, как КМЦ, ПАА, гипан, некоторые водорастворимые соли, в т.ч. содержащиеся в пластовых водах, с точки зрения токсичности имеет меньшее значение.

На наш взгляд, большой интерес представляют данные о токсичности реальных буровых растворов, замеренной в процессе углубления скважины. Данные таблицы 4 свидетельствуют о значительной дифференциации различных типов буровых растворов по параметру токсичности. Из использованных на данной скважине безопасным для окружающей среды оказался только естественный глинистый раствор, отработавший в верхней части разреза. Остальные, включая ГЖС, в разной степени токсичны. Как и следовало ожидать, наиболее токсичным оказались лиг-носодержащие растворы.

По сравнению с модельной, системой рассол хлорида натрия в скважине более токсичен, по-видимому, из-за присутствия в нем измельченного шлама, цемента (при разбури-вании цемстаканов), продуктов растворения минералов и т.п. Напротив, лигноцеловый и полимерный соленасыщенные растворы по мере отработки существенно снижали обездвиживающее действие на эвглену, что можно объяснить нейтрализующим воздействием в процессе их использования

Влияние буровых растворов скважины Р-2 Чнканскан на потерю подвижности клеток эвглены

Таблица 4

№ про бы Глубина скважины, м Тип раствора Токсичные компоненты pH Кратность обезвреживающего разбавления

I 250 ГЖС Сульфанол 8,9 40

2 500 Естественный глинистый - 10 2

3 950 -и- - 9,8 2

10Ö0 -//- - 9,3 2

5 . 1250 Засолоненный шламлигнино-вый Шламлигнин, КОН, NaCl 9,4 100

6 1450 7,6 100

7 1728  11- Шламлигнин, КОН, NaCl, сбест : 12,1 200

8 1756 Рассол хлористого натрия NaCl 12,6 100

9 1777 Засолоненный ш лам л игни новый Шламлигнин, КОН, NaC! 11,7 500

10 1780 -//- -//- 12,8 1000

U , 1798 Засолоненный лигноцеловый ЛЦ, NaCl 12,9 2500

83

ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

_ _ _____2008/4

Hi про бы Глубина скважины, М Тип раствора Токсичные компоненты pH Кратность обезвреживающего разбавления

12 i860 -и- - // - 12.2 100

13 2100 По л имерсо левой -//- ] 0,7 100

14 2700 -11- -//- 11,4 200

15 2850 -ff- • ff- 10, ? 40

16 3005 • ti- 6,9 40

17 3083 -//- 7,3 40

Анализируя приведенные материалы, можно заключить, что все исследуемые в регионе системы соленасыщенных буровых растворов являются токсичными. Значения токсичности этих систем в условиях эксплуатации не являются постоянными, они максимальны для свежеприготовленных растворов и снижаются затем во времени, в процессе его использования. При разработке экологических и санитарно-гигиенических требований к буровым растворам следует раздельно учитывать исходную и текущую токсичность систем и ее динамику в конкретных горно-геологических условиях проводки скважины.

Авторы приносят свою благодарность 8,П. Ниэовцеву, М.А. Брагиной за помощь, оказанную в работе.

Литература

1. Гительзон И. И., Родичева Э.К., Медведева С.Е. и др. Светящиеся бактерии, - Новосибирск: Наука, 1984.-278 с.

2. Кузьмин Ю.И., Войтенко B.C., Братинкй Ю.А, Влияние буровых и их ингредиентов на окружающую среду в условиях Крайнего Севера//Нефтяное хозяйство. - 1983. - Ла 12.-С. 53-55,

3. Сиренко JI.A. и др. Методы физио лого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике - Киев: Наук, думка, 1975. - 247 с.

4. Iones F.V„ Moñit С.М. et al Drilling fluids forms respond to EPA toxicity concerns //Oil and gas I. - 1986. - Vol. 84.-№47. P, 71-77.

5. Stom D.i., Geei T.A., Balayan A.E. Effect of Individua- le Phenolic Compounds and their Mixtures on Liminous Bacterial. Part 1-4 //Acta hydrochimikal et hydrobiologica, 1986.- 14,4 -p. 332-337,415-420,539-549,653-659.

М.Н. Саксонов, А.Э. Балаян, ОЛ. Бархатом*

Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском госуниверситете Иркутский государственный университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ДЕТОКСИКАЦИИ БУРОВОГО ШЛАМА

* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 05-04-97237,

Предложены методы физико-химического и биологического анализа для контроля обезвреживания при безамбарном способе бурения. Рекомендован двухстадийный подход для оценки загрязнения шлама в процессе его отмыва водой: на первом этапе после отмыва контролируют снижение концентрации солей, оценивая электропроводность или содержание ионов Ыаг и СГ; на втором этапе с помощью экспресс биотестов оценивают токсичность водных вытяжек.

MM Saksonov, A.E. Balayan, O.A. Barchatova

USE OF METHODS OF BIOTESTING FOR THE CONTROL OF PROCESS DETOXICATION CHISEL WASTE

Methods of the physical and chemical, biological analysis for the control of neutralization at non-barn a way of drilling are offered. The two-phasic approach for an estimation ofpollution waste is recommended during it -washing by water: at the first stage the decreasing of salts concentration is controlled after washing supervising, estimating electrical conductible or the maintenance of ions of Na + and CI -; at the second stage the toxicity of water extracts was estimated with the help of the express train ofbiotests.

84