Антиоксидантные свойства 18-краун-6 в присутствии культуры desulfobakter Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 547.593.212:663:665

о

о о

O о Л

Е. В. Гусева, А. Р. Кутлахметова, Т. В. Сахно АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА 18-КРАУН-6 В ПРИСУТСТВИИ КУЛЬТУРЫ DESULFOBAKTER

Ключевые слова: 18-краун-6, биодеградация, сульфатвосстанавливающие бактерии Desulfobacter.

Изучен процесс деградации нефти сульфатвосстанавливающими бактериями Desulfobacter, выделенными из Ромашкинско-го месторождения Республики Татарстан, в присутствии 18-краун-6. Показано влияние концентраций краун-эфира на процесс микробиологического разложения нефти. Выявлено, что 18-краун-6 с увеличением концентрации 0,01-0,14 г/л в области низких концентраций ингибирует процесс биодеградации нефти.

Keywords: 18-сrown-6, biodegradation, sulfate reducing bacteria Desulfobacter.

Oil degradation by sulfate reducing bacteria isolated from Romashkinskii oil deposit of Tatarstan Republic in the presence of 18-сгown-6 has been studied. An influence of concentration of 18-^own-6 on the process of microbiological destruction of oil has been shown. It was revealed that 18-^own-6 at concentrations 0,01 +0,3 g/l inhibits oil biodegradation.

Введение

Эксплуатация нефтяных месторождений с использованием технологий заводнения сопровождается постоянным поступлением в пласты микроорганизмов, кислорода и биогенных элементов, что приводит к интенсивному росту в нефтяных пластах сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ). Развитие СВБ приводит к интенсивной биодеградации нефти, ухудшению качества добываемой продукции и микробиологической коррозии нефтепромыслового оборудования [1-5].

Ранее, в [6], нами изучены антиоксидантные и бактерицидные свойства проксанола-168, являющегося блок-сополимером окиси этилена и окиси пропилена в процессах биодеградации нефти. В области низких концентраций (10-4 - 10-1 г/л) данный препарат интенсифицирует рост микроорганизмов до ~ 90%, Данный факт создает перспективные предпосылки к его применению в микробиологических процессах очистки территорий и акваторий от нефтяных загрязнений, при решении проблемы утилизации нефтесодержащих отходов. Кроме того, в области биогеотехнологии проксанол-168 может использоваться для интенсификации процесса окисления металлов с целью их извлечения из руд.

Краун-эфиры или макроциклические полиэфиры содержат в своем составе эфирные атомы кислорода, связанные с органическими спейсерами, обычно CH2CH2- группами [7]. И представляют по сравнению с проксанолом-168 более сложный пространственный способ организации молекулы. Кроме того, необычные антиоксидантные, бактерицидные, а также каталитические свойства могут проявлять и другие макроциклы, в частности, P-функционализированные каликс[4]резорцины [8-9].

Целью настоящей работы являлось исследование влияния добавок краун-эфира в области низких концентраций на процесс биодеградации нефти.

Экспериментальная часть

18-краун-6 (ч.д.а), промышленно выпускаемый как химический реагент и имеющий относительно невысокую себестоимость, являлся объектом изучения и был исследован нами как добавка для ингибирования процессов биодеградации нефти:

Для изучения кинетики биодеградации нефти брали отстоявшуюся водонефтяную эмульсию в количестве 250 мл, отобранную из Ромашкинского месторождения Республики Татарстан. После отстаивания водонефтяная эмульсия разделилась на 125 мл нефти в верхнем слое и 125 мл воды в нижнем слое (процент обводненности нефти составил ~ 50%). В процессах изучения биодеградации нефти использовались сульфатвосстанавливающие бактерии рода БезиНЬЬаСег (СВБ), выделенные из Ро-машкинского месторождения РТ.

Водонефтяная эмульсия содержала 7 г/л ЫаС!, 1 г/л МдС12*6Н20, 4 г/л Рв2+. Оптимальный диапазон роста культуры: рН 6,5 - 7,4, температура 20-330С.

Изучалась серия концентраций 18-краун-6 (с = 0,01 г/л - 0,14 г/л). В каждый опыт вносили культуральную среду БезиНЬЬаСег в объёме 10% от объёма водонефтяной эмульсии. В контрольном опыте в питательную среду вносилили 10% куль-туральной среды с СВБ Ве8иНЪЪас1ег. В следующих опытах в питательную среду с 10% культу-ральной средой с СВБ Ве8иНЪЪас1ег вносили 18-краун-6 в концентрациях от 0,01 г/л до 0,14 г/л. Наблюдения вели в течение 12 месяцев. О деструктивной способности микроорганизмов судили по остаточному объему нефти в среде. Для оценки влияния данных соединений на рост культуры Бе8и11ЪЬас1ег определяли концентрацию биомассы в среде по оптической плотности с пересчетом на вес абсолютно сухой биомассы (АСБ) по калибровочному графику [10]

Результаты и обсуждения

Изучение кривых роста (рис. 1) показывает, что 18-краун-6 при его добавках от с = 0,01 г/л до с = 0,14 г/л ингибирует рост микроорганизмов от 40% до 81% соответственно.

Так, введение 18-краун-6 при с=0,01-0,14 г/л сокращает скорость роста и увеличивает лаг-фазу культуры БезиНЪЬаСег. Лог-фаза роста культуры в

присутствии 18-краун-6 наступает позже и проходит быстрее по сравнению с контрольным опытом. В частности, при с = 0,1 г/л лог-фаза приходится на 8 месяц, в контрольном опыте на 6.5 месяца.

В контрольном опыте стационарная фаза приходится на 12-ый месяц, где концентрация биомассы достигает 25 г/л. В присутствии 18-краун-6 в области концентраций ~ 10-4 (г/л) - 10-1 (г/л) микроорганизмы выходят на стационарную фазу, начиная с 12-го месяца. Максимум роста биомассы при этом достигается соответственно концентрациям 18-краун-6 (0,01 - 0,14 г/л) до 15, 8.75, 6.8, 6.25, 5.7, 5.2, 5 ,4.8 г/л. Таким образом, 18-краун-6 в области концентраций 0,01 - 0,14 г/л уменьшает скорость роста культуры в 1.7, 2.9, 3.7, 4, 4.3, 4.8, 5, 5.3 соответственно концентрациям добавки. Наибольшее ингиби-рование роста микроорганизмов достигается при с = 0,14 г/л и это составляет 81% по сравнению с контрольным опытом.

опыте - 30,45 мл (24.3%). Таким образом, кинетика потребления нефти культурой БезиНЪЬайег показала, что в течение 12 месяцев 18-краун-6 при с = 0,01 - 0,14 г/л тормозит процессы биодеградации нефти от 60 % до 80% или в 1.7 - 5.3 раза по сравнению с контрольным опытом.

Рис. 2 - Процент биодеградации нефти культурой Desulfobacter при добавлении 18-краун-6 в концентрации 0,01 г/л-0,14 г/л по сравнению с контролем

Заключение

Изучение процесса биодеградации нефти СВБ БезиНоЬаСег в присутствии добавки 18-краун-6 показало, что в области низких концентраций (с = 0,01 - 0,14 г/л) соединение ингибирует рост микроорганизмов до 80%. Подобные свойства являются перспективными для применения в микробиологических процессах подготовки, транспортировки и хранения нефти в резервуарах.

Рис. 1 - Кривые роста культуры Desulfobacter в присутствии добавки 18-краун-6 при варьировании концентраций от 0,01 г/л до 0,14 г/л по сравнению с контролем

Биодеградацию нефти в присутствии добавки 18-краун-6 определяли по потреблению нефти культурой СВБ Desulfobacter в водонефтяной эмульсии. Потребление нефти определяли по остаточной концентрации нефти в среде. По убыли количества нефти судили о деструктивной способности микроорганизмов.

Исследования показали, что 18-краун-6 при увеличении концентрации от 0,01 до 0,14 г/л инги-бирует процесс биодеградации нефти культурой Desulfobacter. Высокие ингибирующие свойства показала добавка 18-краун-6 при с = 0,14 г/л. Потребление нефти культурой Desulfobacter за 12 месяцев составило 7 мл из внесенных 125 мл, что составляет 5.6%. В контрольном опыте потребление нефти составило 36.7 мл из внесенных 125 мл, что составляет 29.4%.

Ингибирование биодеградации нефти в присутствии добавки 18-краун-6 наблюдалась, начиная с 1-го месяца в зависимости от концентрации. Например, при с = 0,01 г/л за 4 месяца культура потребила 5.3 мл (4.3%) нефти; в контрольном опыте -9 мл (7.24%). Через 8 месяцев при с = 0,06 г/л культура потребила 7.61 мл (6%) нефти; в контрольном

© Е. В. Гусева - канд. хим. наук, доцент кафедры неорганической химии КНИТУ, [email protected]; А. Р. Кутлахметова - аспирант той же кафедры, [email protected]; Т. В. Сахно - директор, «Экологический консорциум», [email protected].

© E. V.Guseva - PhD (Chemistry), Associate Professor at the Department of Inorganic Chemistry, KNRTU, [email protected]; A. R. Kutlahmetova -PhD Student at the Department of Inorganic Chemistry, KNRTU, [email protected]; T. V. Sakhno - Director, "Environmental Consortium», [email protected].

Литература

1. Е.П. Розанова, С.И. Кузнецов, Микрофлора нефтяных месторождений. Наука, Москва, 1974. 230с.

2. С.С. Беляев, И.А. Борзенков, Е.И. Милехина, Микробиология, 1990, 59, 6, С.1118-1126.

3. С. И. Литвиненко, Защита нефтепродуктов от воздействия микроорганизмов. Химия, Москва, 1977. 11 с.

4. А.И. Оводов, А.А. Гоник, К.Р. Низамов, Н.Р. Липович, Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, 1972, С. 8-10.

5. Н.А. Каримов, Н.М. Агаев, И.С. Саттар-заде, А.К. Талыблы, Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, 1972, 10, С. 1-3.

6. Т.В. Сахно, В.М. Курашов, В.М. Емельянов, А.Р. Кутлахметова, Е.В. Гусева, В.К. Половняк, Р.И. Хайдарова, Научно-технический вестник Поволжья»: сборник научных статей, 2013, 2, С.56-61

7. Ф. Фегтле, Э. Вебер, Химия комплексов гость-хозяин. Мир, Москва, 1988. 511 с.

8. Е.В. Гусева, А.В. Потапова, А.М. Сайфутдинов, Е.И. Гришин, Вестник Казан. технол. ун-та, 2011, 14, 6, 16-23.

9. Е.В. Гусева, А.В. Потапова, А.М. Сайфутдинов, Е.И. Гришин, Вестник Казан. технол. ун-та, 2011, 14, 6, 290-296.

10. А.М. Мухаметшина. Дисс. канд. хим. наук, Каз. гос. технол. ун-т, Казань, 2008. 150 с.