CC BY
174
PETROLEUM ABSORBENTS MADE OF OLIVE OIL WASTE PRODUCTS: TECHNICAL, TECHNOLOGICAL AND MARKETING ASPECTS
I.G. GAFAROV1, G.M. MISHULIN2, I.G. SHAIKHIYEV3, T.V. MIKHINA4, A.M. KRASNOV3, V.A. USENKO3
1 Scientific Production group "Renari ”,
39/2-9, Privolnaya st., Moscow, 109156;ph.: (495) 704-55-82, e-mail: renari@mail.ru
2 Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasondar, 350072; e-mail: mgorg@yandex.ru
3 Kazan State Technological University,
68, K. Marks st., Kazan, 420015; e-mail: office@kstu.ru 4Peoples’ Friendship University of Russia,
6, Mikhlukho-Maklaya st., Moscow, 117198;ph.: (495) 434-53-00
Presents technical, technological and marketing aspects of production and beneficial use of the product, gotten as a result of floral wastes recycling. Petroleum absorbents made of olive oil waste products are resource component (along with earlier developed sorbents made of rice and buckwheat husks) regional eco-technological complexes, which creation would increase environment quality.
Key words: olive oil production, floral wastes, wastes recycling into useful product, petroleum absorbents, regional eco-technological complexes, environment quality.
663.18:504.53
БИОДЕГРАДАЦИЯНЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ
М.Д. НАЗАРЬКО, К.Н. ШУРАЙ, В.Г. ЛОБАНОВ, В.Г. ЩЕРБАКОВ, A.B. АЛЕКСАНДРОВА
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: adm@kgtu.kuban.ru
Проведен сравнительный анализ промышленно выпускаемых бактериальных нефтеокисляющих препаратов. На примере чернозема выщелоченного Краснодарского края изучено воздействие нефтяного загрязнения на почвенную микрофлору. Определено общее микробное число и численность нефтеокисляющих микроорганизмов. Выделены наиболее активные нефтедеструкторы.
Ключевые слова: почвы, нефтяное загрязнение, нефтеокисляющие микроорганизмы, микробные препараты, биодеградация нефти.
Для очистки почв, загрязненных нефтью, используют различные методы - механические, физико-химические и биологические [1]. Ни один из них по отдельности не обеспечивает полной очистки почвы. Поэтому необходим комплексный подход к ремедиации загрязненных почв с использованием на последнем этапе биологической очистки с помощью микроорганиз-мов-нефтедеструкторов [2]. Применение их в виде микробных биопрепаратов для ликвидации нефтезаг-рязнений описано многими исследователями [3-5].
В настоящее время существует два подхода к биоремедиации почв и воды, загрязненных нефтью: первый - ускорение процессов деструкции нефти природной микрофлорой, стимулированной внесением питательных субстратов; второй - применение готовых биопрепаратов, содержащих высокоактивную углеводородо-кисляющую микрофлору, иммобилизованную на природных или искусственных сорбентах (при высокой степени загрязнения нефтью) [6].
Для очистки от нефтяного загрязнения широкое применение нашли микробные биопрепараты, которые представляют собой выращенные на питательных средах в ферментерах в условиях глубинного культивирования высокоактивные штаммы чистых или смешанных культур углеводородокисляющих микроорганиз-
мов (УОМ). С учетом различной способности окислять углеводороды нефти круг этих микроорганизмов и изучение их биологических свойств постоянно расширяются.
Цель данной работы - оценка эффективности выпускаемых промышленностью нефтеокисляющих микроорганизмов; изучение нефтеокисляющей способности чернозема выщелоченного, являющегося одним из наиболее распространенных типов почв Краснодарского края; поиск нефтеокисляющих штаммов микроорганизмов с выраженной способностью к биодеградации нефти.
Известные в настоящее время промышленные препараты содержат как монокультуры, так и консорциумы нефтеокисляющих микроорганизмов.
К препаратам, содержащим монокультуры, относятся Путидойл (Pseudomonas putida 36), Микромицет (Pénicillium № 50311), Дестройл (Acinetobacter sp.), Ру-ден (Rhodococcus sp. НХ 7), Родотрин (Rhodococcus erythropolis 1339Щ, Бациспецин (Bacillus sp. 729) [7-13]. Эти препараты получили широкое распространение, однако их применение ограничено при разливах нефти со сложным химическим составом. Поэтому использование консорциумов различных видов микроорганизмов более эффективно. В работах [14, 15] показа-
но, что внесение ассоциаций микроорганизмов повышало степень очистки почвы в 5-10 раз по сравнению с теми же видами микроорганизмов, внесенными по отдельности. Поэтому в условиях загрязнения почв сырой нефтью сложного химического состава применение препаратов, включающих различные виды нефтеокисляющих микроорганизмов, более предпочтительно.
Препарат-нефтедеструктор Родер содержит ассоциацию штаммов микроорганизмов Rhodococcus rubber ВКМAc-1513D и Rhodococcus erythropolis ВКМ Ac-1514D [16], проявляющих синергизм в деградации углеводородов нефти. Так, штамм Rhodococcus rubber ВКМAc-1513D преимущественно активно расщепляет циклические и полициклические углеводороды, а штамм Rhodococcus erythropolis ВКМ Ac- 1514D расщепляет в первую очередь алифатические углеводороды. Существуют разновидности препарата Родер, различающиеся условиями культивирования микроорганизмов, при этом совместное культивирование повышает нефтеокисляющую активность препарата [17].
В состав бактериального препарата Деворойл входят микроорганизмы родов Rhodococcus sp., Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Pseudomonas stutzeri, Candida sp. [18]. Особенностью этого препарата является его стабильность во времени и отсутствие конкурентных взаимодействий между различными микроорганизмами, так как Деворойл разработан на основе устойчивого природного микробо-ценоза. Использование консорциума микроорганизмов позволяет эффективно утилизировать различные классы углеводородов, в том числе тяжелые фракции, в широком диапазоне рН и при достаточно высокой солености (до 15%).
Биопрепарат Биоойл представляет собой ассоциацию культур микроорганизмов Acinetobacter sp. 24, Enterobacter sp. 16a, Bacillus sp. 5a, Bacillus sp. 5b, Saccharomyces sp. DH-1. Препарат утилизирует углеводороды с длиной цепи С9-С30 и ароматические углеводороды при солености среды до 70 г/л в интервале температур от 1 до 41 °С, при этом отсутствует ограничение на максимальную концентрацию нефти в почве. У препарата высокая концентрация нефтеокисляющих микроорганизмов до 5,6 • 1011 КОЕ/г, что позволяет в 100-1000 раз снизить его расход. Существенным недостатком препарата является медленное окисление углеводородов в анаэробных условиях, необходимость постоянного внесения минеральных добавок, а также низкая скорость разложения тяжелых нефтяных фракций.
Биопрепарат Ленойл СХП содержит штаммы микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter sp. [19]. Он утилизирует широкий спектр нефтяных углеводородов, способен адаптироваться к особенностям почвы и высоким концентрациям нефти, но приготовление суспензии препарата требует больших затрат и является довольно сложным. В работе [20] показана высокая эффективность очистки при совместном применении Ле-нойла и биологически активной добавки Азолен.
Препарат-биодеструктор углеводородов нефти ПЕТРО ТРИТ содержит ассоциацию специально по-
добранных 12 штаммов микроорганизмов родов Bacillus, Arthrobacter, Nocardia, Rhodococcus, а также набор натуральных микробных ферментов, минеральные соли азота, калия, фосфора, питательный носитель из пищевой кукурузной муки, органоминеральную подкормку. Титр препарата составляет не менее 1012 КОЕ/г. Препарат может использоваться при очень высоких концентрациях нефти, при этом рекомендуется 3-ступенчатая очистка с периодическим внесением препарата и органоминеральной подкормки.
Для создания преимущественных условий для развития микроорганизма-деструктора и обеспечения его длительной жизнедеятельности можно использовать предварительную иммобилизацию клеток. В качестве носителей микроорганизмов рекомендованы древесная стружка или кора, модифицированная целлюлоза, гранулированный уголь, глина, вулканические породы, синтетические полимеры. При выборе адсорбента необходимо учитывать его биологическую безвредность, он должен стимулировать почвенное плодородие, сорбировать катионы, обеспечивать оптимальную аэрацию, иметь низкую стоимость [21].
Существуют разработки, основанные на одновременном внесении в почву нефтеокисляющих микроорганизмов и сорбента без предварительной иммобилизации. Однако эффективность иммобилизованных микроорганизмов на инертных неорганических и органических носителях по сравнению с этими работами со свободными штаммами доказана в ряде исследований. Так, в промышленно выпускаемом биопрепарате Лестан в качестве сорбента используется перлитовый песок [22], доказана более высокая эффективность окисления нефтепродуктов биопрепаратом Деворойл в присутствии опилок и гречневой шелухи [23]. Испытания препаратов Деворойл, Биоойл, Дестройл на различных неорганических носителях также показали высокую эффективность иммобилизованных микроорганизмов при утилизации мазутного загрязнения [24].
Несмотря на то, что авторы описанных препаратов указывают на высокую эффективность очистки почв, их сравнительные испытания в различных условиях имеют противоречивые результаты. Так, при высокой влажности и низких температурах наиболее эффективным оказался биопрепарат Биоойл. В условиях Краснодарского края наиболее эффективным является препарат Деворойл. Разработанный нами комбинированный сорбент с иммобилизованными микроорганизмами препарата на химически модифицированной подсолнечной лузге показал высокую эффективность. За 6 мес очистки концентрация нефти в почве снизилась на 96%. На способ получения и применения комбинированного сорбента получены патенты РФ [25, 26].
Процесс биодеградации нефти изучали в модельных нестерильных почвенных условиях. Для приготовления модельных почвенных систем использовали чернозем выщелоченный. Перед использованием почву просеивали через сито с диаметром отверстий 2,0 мм. Затем навеску почвы массой 1 кг тщательно перемешивали с нефтью (20 г). Приготовленную таким образом почву с нефтью помещали в стеклянные эксикаторы
(толщина слоя почвы 10 см). Модельные почвенные системы инкубировали при температуре 25-30°С.
В качестве биогенных источников азота, фосфора и калия использовали минеральное удобрение Нитроаммофоска.
Для определения численности микроорганизмов и содержания нефти отбирали усредненные пробы (1 и 5 г соответственно) из 3-4 разных участков почвы. Пробы массой 1 г суспендировали в 9 мл фосфатного буфера в течение 1 мин при комнатной температуре.
Численность гетеротрофов в почвенных пробах определяли методом предельных разведений с посевом на среду МПА. Для оценки численности штам-мов-нефтедеструкторов пробы из соответствующих разведений высевали на агаризованную минеральную среду с добавлением нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. Содержание нефти в почве определяли на инфракрасном спектрометре по методике [27].
Результаты исследований показали, что внесение нефти в почву приводило к быстрому увеличению численности бактерий. За 20 сут инкубации концентрация гетеротрофных бактерий в почве, содержащей нефть, увеличилась с 4,6 • 107 до 2,5 • 109 КОЕ/г АСП.
Одновременно концентрация УОМ, являющихся первоначальным звеном среди микроорганизмов, осуществляющих биодеградацию, за тот же промежуток времени возросла с 1,7 • 106 до 6,4 • 108 КОЕ/г АСП.
Из почвы нами были выделены микроорганизмы, адаптированные к углеводородам. Из 43 выделенных культур только 11 штаммов обладали способностью интенсивно деградировать нефть, проявляя хороший рост на образцах в жидкой среде. По совокупности признаков эти бактерии были отнесены к родам Rhodococcus (5 штаммов), Alcaligenes (2 штамма), Pseudomonas (2 штамма), Nocardia (1 штамм), Mycobacterium (1 штамм). Остальные в силу своих физиологических особенностей обладали слабой нефтеокисляющей способностью.
Из числа активных штаммов-деструкторов нефти нами были отобраны типичные представители углево-дородокисляющей микрофлоры Pseudomonas sp., Alcaligenes sp., Rhodococcus sp. К достоинствам этих культур можно отнести стабильность физиологических признаков, простоту поддержания и хранения традиционным способом на агаризованной питательной среде.
В качестве критерия для оценки интенсивности биодеградации был использован параметр, определяющий период полураспада нефти, равный промежутку времени, за который происходит ее 50%-е разрушение. По изменению концентрации нефти в почве период полураспада составил 56 сут.
Проведенный сравнительный анализ эффективности коммерческих нефтеокисляющих бактериальных препаратов и микроорганизмов, выделенных из аборигенной почвенной микрофлоры, показал, что для каждого вида загрязнения и типа почв требуется индивидуальный подбор технологии очистки. Преимущество имеют микроорганизмы, адаптированные к условиям конкретной экосистемы.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазодобывающей промышленности. -М.: Недра, 1997. - 483 с.
2. Мишустин Е.Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов. - М.: Наука, 1975. - 109 с.
3. Bragg I.R., Price R.C., Harner E.I., Atlas R.M. Oil Spill Conference. (Prevention, Behavior, Control Cleanup). - Tampa. USA, 1993. - P. 435^47.
4. Оценка эффективности нового биопрепарата «Ленойл» для биоремедиации нефтезагрязненных почв / О.Н. Логинов, Л.А. Нуртдинова, Т.Ф. Бойко и др. // Биотехнология. - 2004. - № 1. -С. 77-82.
5. Biodegradation of black oil by micro ora of the Bay of Biscay and biopreparations / A.N. Shkidchenko, E.N. Kobzev, S.B. Petrikevich et al. // Proc. Biochem. - 2004. - V. 39. - P. 1671-1676.
6. Гусев М.В., Коронелли Т.В. Микробиологическое разрушение нефтяного загрязнения // Изв. АН СССР. Сер. Биолог. -1981. - № 6. - С. 835-844.
7. Пат. 1076446 РФ. Штамм Pseudomonas putida 36, используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов / В.Н. Дядечко, Л.Е. Толстокорова, Т.Н. Морозова // БИ. - 1984. - № 6.
8. Ксенофонтов Б.С. Биотехнологические методы очистки воды, почвы и воздуха // Прилож. к журн. «Безопасность жизнедеятельности». - 2010. - № 2. - С. 15.
9. О биологической рекультивации нефтезагрязненных ле-сочных почв Среднего Приобья / В.Н. Дядечко, Л.Е. Толстокорова, С.Н. Гашев и др. // Почвоведение. - 1990. - № 9. - С. 148-151.
10. Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией. -М.: Новые технологии, 2004. - 224 с.
11. Пат. 1743019 РФ. Штамм бактерий Bacillus sp. для получения препарата против грибных возбудителей болезней злаковых культур / А.И. Мелентьев, Н.Г. Усанов, О.Н. Логинов // БИ. - 1994. -№ 15.
12. Пат. 2077397 РФ. Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / Р.К. Андерсон, Ф.Х. Хазиев, В.С. Дешура и др. // БИ. - 1997. - № 11. - С. ?
13. Ягафарова Г.Г., Хлесткин Р.Н., Ягафаров И.Р. Испытания биопрепарата «Родотрин» для ликвидации нефтяных загрязнений на территории Татарстана // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1998. - № 7. - С. 45-47.
14. Sugiura K., Ishihara M., Shimauchi T., Harayama S. Physicochemical properties and biodegradability of crude oil // Environ. Sci. and Technol. - 1997. - 31. - № 1. - Р. 45-51.
15. Venkateswaran K., Harayama S. Sequential enrichment of microbial populations exhibiting enhanced biodegradation of crude oil // Environ. Sci. and Technol. - 1997. - 41. - № 9. - Р. 767-775.
16. Пат. 2174496 РФ. Биопрепарат «Родер» для очистки почв, почвогрунтов, пресных и минерализованных вод от нефти и нефтепродуктов/В.П. Мурыгин, Н.Е. Войшвилло, С.В. Калюжный// БИПМ. - 2001. - № 1.
17. Пат. 2295493 РФ. Способ получения бактериального препарата Родер для очистки почв, почвогрунтов, нефтешламов, пресных и минерализованных вод от нефти и нефтепродуктов / В.П. Мурыгин, С.В. Калюжный, Н.Е. Войшвилло//БИПМ.-2007.-№ 8.
18. Пат. 2023686 РФ. Консорциум микроорганизмов Rhodococcus sp., Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Pseudomonas stutzeri, Candida sp., используемый для очистки почвенных и солоновато-водных экосистем от загрязнения нефтепродуктами /И.А. Борзенков, Е.И. Милехинаидр. //БИ.-1994.-№33.
19. Пат. 2232806 РФ. Консорциум штаммов микроорганизмов Bacillus brevis и Arthrobacter species, используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов / О.Н. Логинов, Н.Н. Сили-щев, Р.Н. Чураев и др. // БИПМ. - 2004. - № 7.
20. Повышение эффективности процесса биоремедиации отработанной отбеливающей земли, загрязненной углеводородами,
при совместном использовании комплекса биопрепаратов «Ленойл» и «Азолен» / А.Г. Биккинина, О.Н. Логинов, H.H. Силищев и др. // Биотехнология. - 2006. - № 5. - С. 57-62.
21. Логинов О.Н., Силищев Н.Н., Бойко Т.Ф., Галимзя-нова Н.Ф. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений. - Уфа: Реактив, 2000. - С. 17-81.
22. Полевой эксперимент по очистке почвы от нефтяного загрязнения с использованием углеводородокисляющих микроорганизмов / Д.Г. Сидоров, И.А. Борзенков, Р.Р. Ибатуллин и др. // Прикл. биохим. и микробиол. - 1997. - 33. - № 5. - С. 497-502.
23. Месяц С.П., Шемякина А.Б. Активизация микробиологических процессов окисления мазутных загрязнений грунтов // Вестн. МГТУ. - 2009. - 12. - № 4. - С. 742-746.
24. Самонин В.В., Еликова Е.Е. Изучение закономерностей адсорбции бактериальных клеток на пористых носителях // Микробиология. - 2004. - 73. - № 6. - С. 810-816.
25. Пат. 2319541 РФ. Способ получения сорбента / М.Д. На-зарько, К.Н. Романова, В.Г. Лобанов и др. // БИПМ. - 2008. - № 8.
26. Пат. 2322312 РФ. Способ восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / М.Д. Назарько, В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов и др. // БИПМ. - 2008. - № 11.
27. РД 52.18.575-96. Методические указания. Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах почвы методом инфракрасной спектрометрии. Методика выполнения измерений / НПО «Тайфун».
Поступила 30.06.10 г.
BIODEGRADATION OF OIL POLLUTION BLACK SOIL OF KRASNODAR REGION MICROBIAL DRUGS
M.D. NAZARKO, K.N. SHURAY, V.G. LOBANOV, V.G. SHCHERBAKOV, A.V. ALEKSANDROVA
Kuban State Technological University,
2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: adm@kgtu.kuban.ru
A comparative analysis of the industry produces bacterial oxidizing agents was held. For example, leached black soil Krasnodar studied the impact of oil pollution on soil microflora. The total microbial count and the number of oil-oxidizing microorganisms was determined. We select the most active oil destructors.
Key words: soil, oil pollution, oil-oxidizing microorganisms, microbial products, biodegradation of oil.
ДИССЕРТАЦИОННЫЕ РАБОТЫ
Разработка технологических приемов производства столовых вин без остаточных количеств триа-золов: Дис. ... канд. техн. наук (спец. 05.18.01) /М.В. Антоненко; КубГТУ. - 10.12.09 г.
Установлены закономерности изменения физико-химических и органолептических показателей вин в условиях взаимного влияния токсикантов и состава винограда и вина; предложены трактовки механизмов взаимодействия остаточных количеств триазолов, их связывания с компонентами виноградных вин: органическими кислотами, фенольными веществами, арома-тобразующими соединениями, витаминами и аминокислотами; получены сравнительные данные о способности сорбентов импортного и российского производства к деконтаминации остаточных количеств триазо-лов; научно обоснована и экспериментально подтверждена технология повышения гигиеничности вин с помощью дрожжевого сорбента «Биосорб».
В производственных условиях ОАО АФ «Фанагория» апробирован и внедрен технологический прием детоксикации остаточных количеств триазолов виноградных сусел и вин, основанный на их удалении с помощью дрожжевого биосорбента; разработан новый метод определения триазолов с помощью капиллярного электрофореза. Разработан проект национального стандарта «Вина и виноматериалы. Определение мас-
совой концентрации пестицидов группы триазолов методом капиллярного электрофореза».
Экономический эффект от внедрения новой методики определения остаточных количеств триазолов составляет 31 тыс. р. на 200 образцов вин.
Результаты диссертационных исследований рекомендованы к внедрению на винодельческих предприятиях РФ и стран СНГ.
Работа выполнена в рамках тематики Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства Россельхозакадемии «Разработка современных инструментальных методов оценки подлинности и безопасности винодельческой продукции на основе селективного анализа химических компонентов с выявлением закономерностей их превращений» (№ госрегистра-ции 1.2.006.07530), программы Всероссийского НИИ пивобезалкогольной и винодельческой продукции по разработке национального стандарта «Вино и винома-териалы. Определение массовой концентрации пестицидов группы триазолов методом капиллярного электрофореза» по теме 1.7.335-1.003.08, программы научных исследований СКЗНИИСиВ с ООО «Сингента» «Изучение влияния систем защиты виноградной лозы от вредителей и болезней на качество виноматериа-лов».
