Исследовательская работа «Исследование действия микроорганизмов в процессах ликвидации нефтяных загрязнений почв»

Номинация: Cамая актуальная работа
Просмотреть картинки списком
Автор: Лях Мария Сергеевна, Локотаева Ольга Андреевна. Наставники: Говор Елена Ивановна, Планкина Марина Викторовна
Город: Томск
Место учебы: ОГБОУ СПО «Томский промышленно-гуманитарный колледж»

Актуальность исследования: Нефть и нефтепродукты являются одним из основных загрязнителей окружающей среды. Поэтому большое внимание уделяется вопросам, связанным с влиянием нефтяного производства на экологическую ситуацию в различных регионах и разработкой методов ликвидации нефтяных загрязнений.

Цель работы: Исследовать биодиструкцию нефраса углеводородокисляющими микроорганизмами.

В последнее десятилетие обострились вопросы, связанные с влиянием нефтяного производства на экологическую ситуацию в различных регионах, поскольку масштабы использования нефти постоянно возрастают. Нефть и нефтепродукты являются одним из основных и крупномасштабных загрязнителей окружающей среды. Только по официальным данным, в России потери нефти и нефтепродуктов достигают почти 5 млн. т в год; а в мире при добыче, транспортировке, хранении и использовании теряется около 50 млн. т нефти и нефтепродуктов ежегодно [1].

Аварийные и хронические разливы нефти приводят к быстрой потере продуктивности земель или полной деградации ландшафтов. Поскольку на современном уровне развития нефтяной промышленности не представляется возможным полностью исключить её негативное воздействие на окружающую среду, возникает необходимость разработки методов и технологий восстановления почв, загрязнённых нефтяными углеводородами[2].

Для России проблема очистки почв от нефти и нефтепродуктов особенно важна, поскольку на ее территории в настоящее время эксплуатируется более 550 тыс. км трубопроводов [3].

Выработка методологии борьбы с загрязнением окружающей среды нефтью и нефтепродуктами крайне сложное дело. Реакция почв на загрязнение нефтью, их чувствительность к этим загрязнителям отличаются в разных почвенных зонах, также в пределах сопряженных ландшафтов.

Предельно допустимые концентрации нефтяных загрязнений в почвах зависят от вида нефтепродуктов (НП) и составляет для почвы 0,1 мг/кг. Однако ПДК суммарного содержания нефтепродуктов в почве не стандартизовано; установлены ПДК для некоторых видов нефтепродуктов: бензол - 0,3 мг/кг, толуол - 0,3 мг/кг, ксилол - 0,3 мг/кг[5].

В настоящее время используется ряд методов ликвидации нефтяных загрязнений почвы, включающие механические, физико-химические и биологические методы (таблица 1) [6].

Из всех представленных методов (таблица 1) наиболее перспективным, экологически чистым и часто единственно возможным способом решения данных экологических проблем является применение биологических технологий, основанных на использовании микробных биопрепаратов. Биологическая очистка - очистка воды или почвогрунтов с применением специальных бактерий, простейших и некоторых высших организмов (растений).

Основным преимуществом биологического метода очистки от разливов нефти и нефтепродуктов является относительно небольшие затраты на единицу обрабатываемого объекта либо поверхности в отличие от других методов.

Применение этого метода способствует росту численности и активности микроорганизмов (МО), участвующих в разложении углеводородов нефти, которые после нанесения их на очищаемую поверхность прикрепляются к пленке нефти на разделе фаз нефть-вода и включаются в процесс биодеградации углеводородов до полного исчезновения компонентов нефти. Поэтому обработка нефтезагрязненных почв активными штаммами нефтеокисляющих МО считается наиболее перспективным методом борьбы с нефтяными загрязнениями [4].

В качестве объекта исследования был выбран нефрас - прозрачная маслянистая жидкость, являющаяся продуктом перегонки нефти и предназначенная для промывки деталей и снятия консервирующих покрытий, применяемая в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности. (Приложение А). Нефрас - это сложная многокомпонентная система, включающая в себя 98 индивидуальных компонентов всех классов углеводородов (парафинов, нафтенов, аренов), но по сравнению с нефтью обладает меньшей вязкостью.

Для исследования биодеструкции нефраса использовался биопрепарат «МД» произведенный ООО «ЭКОЙЛ» (г. Томск). Комплексные биопрепараты «МД» основаны на способности микроорганизмов-деструкторов использовать в качестве источника питания нефть и нефтепродукты.

Препарат «МД» (жидкая форма) представляет собой маточную культуру с плотностью микроорганизмов не менее 108 колонии образующих единиц (КОЕ). В состав биопрепаратов "МД" входят четыре штамма микроорганизмов, которые способны утилизировать все углеводороды, входящие в состав нефти. Одним из компонентов биопрепарата «МД» являются бактерии рода Pseydomonas.

Бактерии рода Pseydomonas широко распространены в природе. Их можно встретить в воздухе, почве, морских и пресных водоемах, сточных водах и иле, на газовых месторождениях.

Клетки псевдомонад представляют собой мелкие одиночные грамотрицательные палочки. Спор и выростов не образуют, подвижны, имеют полярно расположенные жгутики. Число жгутиков у разных видов колеблется. Клетки в культурах часто объединяются в небольшие комочки или зерна, окруженные толстой слизистой оболочкой.

Колонии бактерий очень разнообразны: слизистые и пастообразные, выпуклые и плоские, крупные и мелкие. У многих видов отмечается внутренняя структура колоний. Если их рассматривать в микроскопе при малом увеличении, то в одних случаях можно обнаружить мелкозернистую колонию; в других — ячеистую, напоминающую соты; в третьих — колонии в виде мелких комочков или зерен. Большинство видов имеет колонии без внутренней структуры — под микроскопом они выглядят как однородная гомогенная масса. Псевдомонады хорошо растут на обычных питательных средах — сложных органических.

Культуры различаются между собой способностью разлагать белки, использовать углевод, расщеплять крахмал, клетчатку, углеводороды, соединения ароматического ряда и другие сложные по составу вещества [2].

Исходя из поставленной цели, была выбрана методика проведения анализа по методу Коха с использованием агаризированных сред [7]. (Приложение Б)

Сущность метода Коха заключается в высеве клеток на плотные питательные среды, причем каждая колония является потомством одной клетки. Это позволяет на основании числа колоний, выросших после посева на плотную питательную среду определенного объема исследуемой суспензии, судить об исходном содержании в ней клеток микроорганизмов. Результаты количественного определения микроорганизмов, проведенного по методу Коха, часто выражают не в числе клеток, а в условных колониеобразующих единицах или КОЕ.

Определение числа микроорганизмов этим способом включает три этапа:

- приготовление разведений;

- посев на плотную среду в чашки Петри;

- подсчет выросших колоний.

В ходе исследования деструкции нефраса углеводородокисляющими

микроорганизмами следили за численностью микроорганизмов через каждые 24 часа. Численность микроорганизмов изменилась от 2,5-10⁸ до 5,1-Ю⁶ КОЕ/мл.

На графике 1 (Приложение В) отображена динамика изменения численности микроорганизмов в процессе биодеструкции в виде логарифмической кривой роста микроорганизмов.

На полученной кривой роста бактерий можно выделить фазу (24-264 часа), соответствующую периоду физиологического приспособления. Именно в этой фазе происходит деструкция углеводородов. Далее в системе образуются кислородсодержащие органические соединения, что соответствует экспоненциальной фазе роста бактерий (264-312 часов), характеризующейся максимальной скоростью клеточного деления. После 456 часов наступает фаза отмирания, причиной которой являются накопление токсичных метаболитов и разрушение под действием собственных ферментов.

Таким образом, можно говорить о том, что биопрепарат «МД» жидкий эффективен в течение 264 часа.

Качественный анализ углеводородов проводили с помощью метода газовой хроматографии на хроматографе «Хроматэк-Кристалл 5000» с пламенно-ионизационным детектором [8].

Динамика деструкции нафтенов и парафинов изображена на графике 2 (Приложение Г).

Как видно из графика 2, в первые сутки происходит значительное снижение количества парафинов в смеси, их концентрация через 24 часа снизилась на 49%.

Минимальное содержание парафинов в анализируемом нефтепродукте наблюдается после 96 часов воздействия микроорганизмов. Концентрация нафтеновых углеводородов спустя 72 часа биодеструкции сводится к нулю.

При отслеживании деструкция общего числа компонентов в системе выяснено, что из 98 изначально содержащихся в нефтепродукте углеводородов, через 216 часов биодеструкции в системе их осталось 4. Таким образом, общее число компонентов уменьшилось в 25 раз, что показано на графике 3 (Приложение Д).

На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:

- В процессе биодеструкции нефраса микроорганизмами биопрепарата МД выявлено, что комплексный состав биопрепарата способствует полной деструкции всех классов углеводородов входящих в состав нефтепродукта.

- Доказано, что быстрее всего биодеструкции подвергаются парафины и нафтены, их концентрация через 48 часов снижается на 80%.

- Через 216 часов биодеструкции концентрация изопарафинов уменьшается на 100%, происходит полное исчезновение данного класса углеводородов.

- Полная деструкция ароматических углеводородов наступает спустя 216 часов воздействия биопрепарата.

Таким образом, полученные в ходе эксперимента данные могут быть использованы для изучения других микроорганизмов и при их подборе для конкретных факторов загрязнения.

Список использованной литературы

1. Фомин Г.С. Коррозия и защита от коррозии. Энциклопедия международных стандартов. М.: Изд-во стандартов, 1999. 520 с.

2. Плешакова Е.В. Автореферат Эколого-функциональные аспекты микробной ремедиации нефтезагрязненных почв, доктор биол. наук. - Саратов, 2010. - 47 с

3. Каюкова Г.П., Гарейшина А.З., Егорова К.В. и др. Нефть и нефтепродукты — загрязнители почвы // Химия и технология топлив и масел.1999. №5. С. 37-43.

4. Исмайлов Н.И.Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель / Н.И. Исмайлов, Ю.И. Пиковский //Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем.- М.: Наука, 1988.-С. 222-236.

5. Саксонов М.А. Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли. - Иркутск: Иркут. Ун-т, 2005. - 114 с.

6. Колесниченко А.В. Процессы биодеградации в нефтезагрязненных почвах / А.В. Колесниченко, А.И. Марченко, Т.П. Побежимова, В.В. Зыкова.- Москва: «Промэкобезопасность», 2004. - 194 с.

7. Новак И. Количественный анализ методом газовой хроматографии. М.: Мир, 1978. 102 с.

8. Леонов К.А., Асташкина А.П. Изучение деструкции нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами. Материалы Всероссийской научно - практической конференции имени Л.П. Кулева с международным участием «Химияи химическая технология в ХХI веке» - Томск: Томский политехнический университет, 2013 - 325 с.