CC BY
37Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2018 11) 184-196
y^K 62.09.33; 62.13.99
Destruction of Oil by Immobilizovannoy Mikrofloroy
Tatyana V. Ryazanova*8, Olga S. Fedorova8 and Sergy R. Loskutovb
aReshetnev Siberian State University of Science and Technology 31 Krasnoyarsky Rabochy, Krasnoyarsk, 660037, Russia bN. V. Sukachev Institute of Forest SB RAS FRC "Krasnoyarsk Science Center SB RAS" 50/28 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia
Received 19.02.2018, received in revised form 27.02.2018, accepted 06.03.2018
In model experiments shows the efficiency immobilized oil-degrading bacteria when the concentration of contaminant in soil 5 and 15 % (vol). As immobilizing agent used, the polymer sorbent of the type "Unisorb ".
Using the method of chromato - mass - spectrometry we have determined the changes of the component composition of oil in the process of bioremediation. It is shown that for the nine weeks of exposure at 5 % (about) of the contaminant in the soil disposal of oil was 95 %, while 15 % (about) - 86 %. What testifies to high efficiency of the proposed method of destruction of oil using immobilized microflora -sorbent "Unisorb-Bio". The obtained results allow to recommend it for combating oil and create backup reserves in case of emergencies.
Keywords: bioremediation, sorption, hydrocarbon-oxidizing microorganisms, immobilization, biosorbent.
Citation: Ryazanova T.V., Fedorova O.S., Loskutov S.R. Destruction of oil by immobilizovannoy mikrofloroy, J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2018, 11(2), 184-196. DOI: 10.17516/1998-2836-0067.
© Siberian Federal University. All rights reserved
* Corresponding author E-mail address: tatyana-htd09@mail.ru
Деструкция нефти иммобилизованной микрофлорой
Т.В. Рязанова3, О.С. Федорова3, С.Р. Лоскутов6
аСибирский государственный университет науки и технологий имени М.Ф. Решетнева Россия, 660037, Красноярск, пр. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 бИнститута леса им. В.Н. Сукачева СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/28
В модельных экспериментах показана эффективность использования иммобилизованой нефтеокисляющей микрофлоры при концентрации загрязнителя в почве 5 и 15 % (об). В качестве иммобилизующего агента использован полимерный сорбент типа «Унисорб». С использованием метода хромато-масс-спектрометрии установлено изменение компонентного состава нефти в процессе биоремедиации. Показано, что за девять недель экспонирования при 5 % (об) содержании загрязнителя в почве утилизация нефти составила 95 %, а при 15 % (об) -86 %. Это свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа деструкции нефти с применением иммобилизованной микрофлоры - сорбента «Унисорб-Био». Полученные результаты позволяют рекомендовать его для борьбы с нефтяными загрязнениями и создавать резервные запасы на случай возникновения аварийных ситуаций.
Ключевые слова: биоремедиация, сорбция, углеводородокисляющие микроорганизмы, иммобилизация, биосорбент, биопрепарат.
Введение
Нефть - это ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация. Динамичные темпы развития промышленности и возрастающие энергетические потребности человечества приводят к ежегодному росту нефтедобычи во всем мире; в связи с этим обострились вопросы, связанные с влиянием нефтегазового комплекса на экологическую ситуацию. Установлено, что нефтяное загрязнение приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов [1-9].
Процесс самовосстановления нефтезагрязненной почвы, особенно в северных районах, длителен и может продолжаться до 25 и более лет. Решение проблемы очистки почвенного покрова от загрязнений нефтью, разработка новых и совершенствование существующих технологий восстановления нефтезагрязненных земель относятся к числу приоритетных.
На текущий момент по экономическим показателям и экологической безопасности все большее предпочтение отдается биотехнологическим методам очистки почвы, к числу которых относится активация аборигенной микрофлоры либо использование адаптированных к высоким концентрациям загрязнителя биопрепаратов, не наносящих вреда окружающей среде [10].
- 185 -
Анализ ранее проведенных исследований показал, что эффективность процесса биодеструкции возрастает при иммобилизации микроорганизмов на полимерный сорбент. Контактное взаимодействие микроорганизмов с твердым пористым материалом является основным способом их функционирования в природных условиях. Иммобилизация, помимо закрепления в загрязненной экосистеме, способствует повышению ферментативной активности и устойчивости микроорганизмов к неблагоприятному воздействию факторов окружающей среды и ускоряет процессы биодеградации нефтяных углеводородов [11].
Одним из наиболее эффективных биопрепаратов является «Унисорб-Био» - карбамидный сорбент типа «Унисорб» с иммобилизованной аборигенной микрофлорой, обладающий комбинированным действием (сбор, удержание нефти и биоокисление углеводородов ш siti с использованием ферментативных возможностей микроорганизмов) [11-13].
Сорбенты этого типа быстро сорбируют нефть и нефтепродукты, не требуют уборки после проведения очистных мероприятий, так как служат структурообразователем почвы и источником биогенных элементов [13]. Применение аборигенных нефтеокислителей позволяет сохранять нативный микробиоценоз. Поэтому одной из задач, решаемых в рамках данного исследования, является оценка эффективности иммобилизованных на карбамидном сорбенте типа «Унисорб» штаммов нефтеокислителей при разном уровне загрязнения почвы. Поскольку известно, что уровень загрязнения, а также метод иммобилизации и носитель оказывают существенное влияние на жизнеспособность микроорганизмов и свойства их биокаталитической системы. Результаты этих исследований, в свою очередь, позволят решить ряд существующих в настоящее время экологических проблем, связанных с нефтяными загрязнениями.
Экспериментальная часть
В данной работе проведена оценка эффективности воздействия биопрепарата «Унисорб-Био» на компоненты нефти в модельных лабораторных экспериментах. «Унисорб-Био» - биопрепарат, его получали методом капельного орошения сорбента типа «Унисорб» («Сорбенты полимерные» по ТУ 2223-001-02067907-1996, с изменениями № 1 2006 г., производсто ООО «НПФ» ЭКОСОРБ»), который имел следующие характеристики: объемная масса, г/дм3, 25; не-фтеемкость, г/г, 40; водопоглощение, %, 400; пористость по воде, см3/г, 2,0; плавучесть, %, 100; содержание свободного формальдегида, %, 0,01; рН водной вытяжки, ед. рН, 5,5. Критерием отбора ассоциаций наиболее активных штаммов - нефтедеструкторов - являлась их нефтео-кисляющая активность при высоких концентрациях загрязнителя в почве, а также способность длительное время сохранять ее после иммобилизации их на полимерный сорбент, так как не все микроорганизмы способны полноценно адаптироваться к сорбенту этого типа. Отобранные в работе штаммы микроорганизмов были выделены из почвы нефтехранилища ОАО «Краз» и Кемчугской нефтеперекачивающей станции Красноярского края. Было получено четыре изо-лята: 12М, 2сп, 11аб, 6аб. Идентификацию выделенных штаммов проводили по методикам, принятым в микробиологии [14-16]. Для идентификации нефтеокисляющих штаммов использовали метод секвенирования гена 16S рибосомальной РНК, проведенной в центре «Биоинженерия» РАН (г. Москва).
Анализ последовательности ДНК вели после ее выделения стандартными методами. Концентрация полученного препарата ДНК составляла 30-50 мкг/мл.
ПЦР гена 16SрРНК. Для проведения полимеразной цепной реакции и дальнейшего секве-нирования ПЦР-фрагментов гена 16S рРНК была использована универсальная праймерная система. Объем амплификационной смеси составлял 50 мкл и имел следующий состав: 1х буфер ДНК полимеразы BioTaq (17 мМ (NH4)2SO4, 67 мМ трис-HCl, рН 8.8, 2 мМ MgCb); по 12.5 нмоль каждого из dNTP, 50 нг ДНК-матрицы; по 5 пмоль соответствующих праймеров и 3 ед. ДНК полимеразы BioTaq (Диалат ЛТД, Россия). Температурно-временной профиль ПЦР был следующим: первый цикл - 94 °С х 9 мин, 55 °С х 1 мин, 72 °С х 2 мин; последующие 30 циклов -94 °С х 1 мин, 55 °С х 1 мин, 72 °С х 2 мин; завершающий цикл - 72 °С х 7 мин. Анализ продуктов ПЦР проводили при помощи электрофореза в 2%-м геле агарозы при напряженности электрического поля 6 В/см. Выделение и очистку продуктов ПЦР проводили из легкоплавкой агарозы с применением набора реактивов Wizard PCR Preps (Promega, США) согласно рекомендациям производителя.
Секвенирование ПЦР-продуктов. Секвенирование полученных ПЦР-фрагментов генов, кодирующих 16S рРНК, проводили по методу Сэнгера с соавт. с помощью набора реактивов Big Dye Terminator v.3.1 (Applied Biosystems, Inc., USA) на автоматическом секвенаторе ABI PRIZM 3730 (Applied Biosystems, Inc., USA) согласно инструкциям производителя. При этом для сек-венирования использовали праймеры и чтение проводили в двух направлениях. Первичный анализ сходства нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК изучаемых штаммов проводили с помощью программного пакета BLAST. Сравнение проводили с аналогичными последовательностями, помещенными в базу данных GenBank. Уровень сходства последовательностей от 1466 до 1488 нуклеотидов 16S рРНК составляет для исследуемых штаммов от 99,1 до 100 %.
Исследование компонентного состава образцов нефти до и после биодеструкции проводили с использованием хромато-масс-спектрометра «Agilent 5975С-7890А» фирмы Agilent (США) с применением парофазного пробоотборника HeadSpace Sampler G 1888, 30-метровой кварцевой колонки НР-5 (сополимер 5 %-дифенил-95 %-диметилсилоксан) с внутренним диаметром 0,25 мм. Газ-носитель - гелий с постоянным потоком 1,1 мл/мин. Температура колонки: начальный изотермический участок 60 °С (изотерма 10 мин), подъем температуры со скоростью 6 °С/мин до 220 °С (изотерма 20 мин). Температура испарителя 280 °С, температура ионизационной камеры 170 °С, энергия ионизации 70 эВ.
Полученные хроматографические профили сравнивали по характерным органическим соединениям, идентифицированным при помощи библиотеки масс-спектров «ОТСТ05а. L».
Оценку эффективности использования биопрепарата «Унисорб-Био» проводили в нестерильных условиях, моделирующих естественные, в двух параллелях. Образцы почвы помещали в пластиковые контейнеры. Начальную влажность их доводили до 60 % путем увлажнения водой. Сырую нефть (р20 - 0,870 г/см3) вносили в количестве 5 и 15 % (об), что соответственно составило 4,35 и 13,05 мас. %. Первый образец содержал нефтезагрязненную почву с полимикробным биопрепаратом «Унисорб-Био» (суммарный титр 2,410" кл/г сорбента), второй образец - «Унисорб», который вносили в нефтезагрязненную почву из расчета 1 г на 100 г почвы. Контрольный образец содержал только почву, загрязненную нефтью. Содержимое контейнеров перемешивали, рыхление и увлажнение осуществляли каждые три дня (5 мл воды на 200 г почвы). Эффективность процесса биодеструкции оценивали гравиметрически по количеству
остаточной нефти после ее экстракции хлороформом общей смеси почвы, нефти и сорбента, без их разделения [17].
Результаты и обсуждение
На основании проведенных исследований и результатов молекулярно-биологического анализа было установлено, что штамм 11аб относится к роду Arthrobacter, штамм 12М относится к виду Bacillus cereus, 6аб относится к виду Bacillus pumilus, 2сп относятся к виду Bacillus subtilis. Об изменениях содержания нефти в почве в процессе биоремедиации с использованием биопрепарата «Унисорб-Био» и сорбента «Унисорб» можно судить по результатам, приведенным на рис. 1.
На рис. 1а представлена динамика деструкции нефти c применением сорбента «Унисорб», биопрепарата «Унисорб-Био» и в контрольном варианте при уровне начального нефтяного загрязнения почвы 5 % (об).
Как видно из результатов, за шесть недель экспонирования наибольшему количественному преобразованию подверглось загрязнение в почве с внесением биопрепарата «Унисорб-Био», остаточное содержание нефти составило 0,24 %, что составляет 4,85 % от начального содержания нефти в почве. Степень деструкции нефти в этих условиях равнялась 95,15 %, это позволяет говорить о практически полной ликвидации нефтяного загрязнения.
Сравнительно большее количество нефти осталось в почве с внесенным в нее сорбентом «Унисорб», степень деструкции ее за 45 сут. составила 78,90 %, т. е. остаточное содержание нефти в данном случае на 12 % выше, чем в эксперименте с использованием сорбента с иммобилизованной микрофлорой. Следует сказать, что это все равно достаточно высокий уровень утилизации нефти. Такой уровень связан с тем, что «Унисорб», благодаря его развитой пористой структуре, сорбировал часть нефти, снижая ее содержание в почве, а наличие в составе сорбента биогенных компонентов (С, N, P) способствовало активизации аборигенной микро-
а б
Рис. 1. Динамика деструкции нефти при применении биопрепарата «Унисорб-Био» и сорбента «Унисорб» при уровне начального загрязнения 5 % (а) и 15 % (б)
Fig. 1. The Dynamics of degradation of oil with application of biopreparation "Unisorb-Bio" and sorbent "Unisorb" at the level of initial contamination of 5 % (а) and 15 % (б)
флоры нестерильной почвы. Благодаря этому содержание нефти в почве снизилось до 21,10 % от начального количества, принятого за 100 %.
За этот же период, деструкция нефти в контрольном варианте составила около 40 %, вероятней всего, это связано с фотохимическим разложением нефти и частичным воздействием находящейся в почве аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры.
Как видно из результатов (рис. 16), деструкция нефти при более высоком содержании ее в почве (15 %) происходит медленно, что, по-видимому, связано со специфическими условиями: снижением доступности кислорода и воды для микрофлоры. Известно, что особенно это проявляется в случае длительного воздействия нефти на почву, когда в верхних горизонтах сорбируются высокомолекулярные фракции, особенно смолы и асфальтены, лимитируя доступ кислорода и воды в нижние горизонты почвы [5]. Внесение сорбента «Унисорб» при уровне загрязнения почвы 15 % (об) позволяет в течение 45 сут снизить в ней содержание нефти на 71,16 % от начального уровня загрязнения. Более высокие показатели деструкции получены при внесении биопрепарата «Унисорб-Био»; так, за 45 сут экспонирования содержание нефти в почве снизилось до 13,35 %. Количество нефти, утилизированной иммобилизованной культурой, превышает количество нефти, утилизированной при использовании только сорбента на 15 %. Концентрация загрязнителя в контрольном варианте, как и при уровне загрязнения 5 %, снизилась на 40 % за весь период экспонирования, что свидетельствует о низкой активности аборигенной микрофлоры в почве при этом уровне загрязнения.
Сравнивая полученные показатели деструкции нефти сорбентом «Унисорб» и биопрепаратом «Унисорб-Био», можно заключить, что деструкция проходит более эффективно с применением биопрепарата при любом уровне загрязнения. Результаты хромато-масс-спектрометрии позволили установить изменение качественного состава нефти в условиях эксперимента. Об изменении состава нефти при уровне начального загрязнения 5 % можно судить по результатам, приведенным в табл. 1.
Из результатов видно, что изменение компонентного состава нефти в процессе ремедиа-ции протекает неоднородно. Снижение содержания отдельных компонентов составляет от 6 до 94 % от их содержания в исходной нефти. На процесс ремедиации существенное влияние оказывает химический состав исходной (сырой) нефти. Судя по результатам, приведенным в табл. 1, можно говорить о том, что чем меньше молекулярная масса углеводорода и чем меньше его содержание в нефти, тем быстрее и полнее он утилизируется. Более глубокая деградация углеводородов прошла при обработке почвы биопрепаратом «Унисорб-Био». Алифатические углеводороды изомеры ряда декана и ундекана окислились полностью. Такие углеводороды, как додекан, ундекан, доля которых в исходной нефти составляет более 6 %, утилизируются значительно медленнее; через 15 сут экспонирования доля додекана в нефти составляет более 33 %, ундекана - 10,5 %. Даже при экспонировании в течение 45 сут не наблюдается полной утилизации этих компонентов. Интересные изменения происходят среди таких высших алка-нов, как тридекан, тетрадекан, пентадекан, гексадекан и тритетраконтан, содержание которых в начальный период экспонирования снижается до 0, к 30-м сут вновь возрастает до 10-33 %, а при дальнейшем экспонировании наблюдается снижение в 2,0-2,5 раза. Такой характер изменений, по-видимому, связан с образованием этих соединений в результате деструкции других высших углеводородов. Подобные изменения происходят с алициклическим углеводородом
Таблица 1. Изменение состава нефти в процессе ремедиации при уровне загрязнения 5 %
Table 1. Changes in the composition of oil in the process of remediation when the pollution level 5 %
Содержание, % от его содержания
Время удержания, Содержание в исходной в исходной нефти
Наименование «Унисорб» Контроль
мин нефти, % Продолжительность экспонирования, сут
15 30 45 45
i 2 3 4 5 6 7
Carbon dioxide 1,49 0,499 174,710 46,112 6,531
68,191 57,234 34,758
1-Ethyl-4-methylcyclohexane 6,011 - - - -
Benzene, 1,3,5-trimethyl 8,883 0,61 - 27,147 3,657 29,980
Decane 10,971 4,343 _ 24,580
3,896 -
Cyclohexane, butyl 12,593 1,489 22,493 - - 41,295
Decane, 5-methyl 13,94 1,869 - - - 41,86
22,354 13,034 10,477 -
Decane, 4-methyl 14,083 1,624 - - - 42,591
28,525 15,277 11,680 -
Decane, 2-methyl 14,238 1,699 - - - 41,361
28,907 13,331 10,705 -
Decane, 3-methyl 14,507 1,568 44,878
33,928 17,851 14,291 -
Cyclohexane, 1-ethyl-2-propyl 15,201 0,447 46,563 - - 54,658
Undecane 15,703 6,159 10,5046 3,814 0,933 30,441
15,407 8,592 7,677 -
trans-Decalin, 2-methyl 15,904 0,883 112,614 40,039 13,649 46,804
46,148 25,821 21,411 -
Benzene, 16,349 1,087 - 17,912 4,096 50,429
1,2,3,5-tetramethyl 48,765 13,993 - -
Naphthalene, decahydro-2-methyl 16,502 0,523 50,312 45,918 26,673 10,590 43,778
Cyclohexane, pentyl 16,865 1,818 - - - 45,201
40,585 16,2211 14,183 -
Undecane, 5-methyl 17,667 2,508 - - - 46,182
45,332 31,256 27,317 -
Undecane, 4-methyl 17,789 1,784 - - - 46,816
45,661 31,328 26,564 -
Undecane, 2-methyl 17,929 2,088 - - - 45,356
Undecane, 3-methyl 18,132 1,519 - - - 47,494
54,431 38,058 32,657 -
Cyclohexane, 1-methyl- 18,566 0,754 - - - 65,443
2-pentyl 67,111 51,167 40,689 -
Продолжение табл. 1 Continued Table 1
1 2 3 4 5 6 7
Dodecane 19,045 6,341 33,7483 7,839 2,578 32,845
36,136 24,365 21,313 -
Undecane, 2,6-dimethyl 19,45 1,27 - - - 52,951
63,269 50,409 40,854 -
Heptylcyclohexane 20,1 1,096 - - 45,328
49,689 39,553 32,420 -
Oxalic acid, bis(6- 20,402 0,617 - - - 60,681
ethyloct-3 -yl)ester 63,815 62,139 47,159 -
Undecane, 2,6-dimethyl 20,523 0,999 - - - 45,742
55,087 47,838 40,531 -
Undecane, 2,4-dimethyl 20,576 0,989 - - 43,875
45,986 37,421 -
Dodecane, 2-methyl 20,823 1,909 - - - 43,399
49,413 42,069 33,943 -
10 -Methylnonadecane 20,995 1,154 - - -
53,413 47,262 56,151
Tridecane 21,764 3,848 - 10,307 3,618 29,813
44,413 34,810 29,479 -
Tetradecane 24,141 2,684 - 11,049 4,790 35,660
46,784 38,383 31,249 -
Tetradecane, 5-methyl 46,103
25,304 0,329
60,456 47,908
Tetradecane, 4-methyl 25,419 0,331 63,897 47,565
47,997 57,009 47,236
Pentadecane 26,302 2,009 17,232 6,149 32,111
40,091 32,300 28,746
Hexadecane 28,311 0,926 12,376 7,055 39,499
37,077 33,726 29,850
Tritetracontane 30,201 0,306 33,137 13,329 55,843
54,019 52,474 -
Примечание: числитель - «Унисорб-Био», знаменатель - «Унисорб».
транс-декалин 2-метил, содержание которого в первый период экспонирования возрастает до 112 % от его содержания в исходной нефти, при дальнейшем экспонировании содержание этого углеводорода плавно снижается до 13,6 %.
Следует отметить, что изомеры бензена, ундекана, додекана, тридекана, тетрадекана, пен-тадекана и гексадекана остаются в почве в следовых количествах, их присутствие отмечено в анализируемых образцах, и после 45 сут экспонирования, деструкция их за весь период экспонирования составляет более 95 %. В ходе эксперимента, при увеличении продолжительности экспонирования более 30 сут, отмечено появление изомеров ряда бензена, нафталина, декана,
"УнтЕсорб-Бпо" ■ "УЪпСОрб" ■ Контроль
Рис. 2. Состав остаточной нефти 5%-го загрязнения после 45 сут биоремидиации Fig. 2. Composition of residual oil of 5 % contamination after 45 days of bioremediation
тридекана, тетрадекана, пентадекана, гексадекана, тритетраконтана, появление которых в среде может быть связано с распадом и трансформацией более сложных соединений, под действием ферментативных систем иммобилизованной микрофлоры.
К концу экспонирования, как это хорошо видно на рис. 2, где показано изменение содержания основных компонентов нефти, индентифицированных методом хромато-масс-спектрометрии, в пробе преобладают такие соединения, как тритетраконтан, нафталин, трансдекалин на их долю приходится около 10 % от общего содержания остаточной нефти.
В варианте с применением сорбента «Унисорб» качественный состав нефти в процессе экспонирования практически не изменился, однако динамика изменения концентрации компонентов носит неоднородный характер. Как видим (табл. 1) в составе нефти преобладают соединения: оксолиниевая кислота, бис (6-этилокт-3-ил) эфир, 10-метилннонадекан, трите-траконтан, их остаточное содержание в пробе после шести недель экспонирования составляет 47-56 %.
Деструкция изомеров ряда додекана, транс-декалина, тридекана, пентадекана и гексадекана значительно выше, в пределах 70-78 %. Более полной деструкции подверглись такие соединения, как ундекан - 97 % и циклогексан - 85 %.
При концентрации нефти в почве 5 % биохимическая активность аборигенной углеводо-родокисляющей почвенной микрофлоры частично сохраняется, а наличие в среде полимерного сорбента «Унисорб» как источника азота и фосфора, меллиоранта и структурообразователя способствует активации их окислительной активности, что ускоряет процесс деструкции нефти. Из результатов, приведенных в табл. 1 и на рис. 3, видно, что при применении сорбента «Унисорб» содержание компонентов в нефти в процессе экспонирования снижается в 1,5 раза и более по сравнению с контрольным образцом.
В случае 15 % (об) уровня загрязнения динамика изменения состава нефти в процессе ре-медиации выглядит несколько иначе, так как это загрязнение относится к категории высоких и за 45 сут эксперимента ферментативная деградация углеводородов происходит не полностью.
Рис. 3. Состав остаточной нефти 15%-го загрязнения после 45 сут биоремидиации Fig. 3. Composition of residual oil of 15 % contamination after 45 days of bioremediation
Общее снижение загрязнителя при использовании биопрепарата «Унисорб-Био» составляет 70 %, при обработке сорбентом «Унисорб» менее 50 %, в контрольном образце не превышает 32 %.
Сравнительный анализ ремедиации почвы с уровнем нефтяного загрязнения 15 % (об) с использованием биопрепарата «Унисорб-Био» и полимерного сорбента «Унисорб» представлен на рис. 3.
По результатам, несмотря на высокое содержание загрязнителя в почве, концентрация анализируемых компонентов в почве по мере проведения процесса биодеструкции уменьшается, максимальная деструкция их наблюдается при применении биопрепарата «Унисорб-Био». Значительной деструкции подверглась парафино-нафтеновая фракция. Следует отметить, что результаты изучения динамики изменения состава нефти в процессе экспонирования показали, что на начальной стадии биоремидиации количественное содержание гептилциклогексана, 10-метилнонадекана, оксалиниевой кислоты, нафталина, транс-декалина увеличивается в пределах 20-90 %. Несмотря на это, в целом концентрация этих компонентов в процессе ремедиации уменьшается в среднем на 50 %. Результаты исследования динамики изменения состава нефти в процессе биоремедиации показали также, что в начальный период в ней увеличивается количество соединений с разветвленной цепью, которые содержат метил-этильные радикалы. Эти соединения в дальнейшем, после 15 сут экспонирования, полностью утилизируются либо присутствуют в следовых количествах.
Таким образом, за шесть недель экспонирования деструкции подверглись все представленные на графике соединения, их количество в почве составляет около 60 % от остаточной нефти.
Анализ результатов, приведенных на рис. 2 и 3, позволяет сделать вывод о влиянии уровня загрязнения на изменение состава нефти в процессе биоремедиации. В почве с 15%-м начальным уровнем загрязнения на 45-е сутки экспонирования с использованием «Унисорб-Био» отсутствуют тритетраконтан, гексадекан, гептациклогексан, нафталин, декан(5,4,3,2)
метил. За такой же период экспонирования в почве с 5%-м начальным уровнем загрязнения из перечисленных выше компонентов не обнаружены только гептациклогексан и тетра-метилдекан. Наличие таких углеводородов, как тритетраконтан, гексадекан, гептациклогексан, нафталин, декан(5,4,3,2)метил в почве с 5%-м уровнем загрязнения, по-видимому, связано с их образованием в результате биодеструкции высших алканов. В то же время в утилизации таких компонентов, как пентадекан, тридекан, тетрадекан, ундекан, различия наблюдаются, но не столь существенные. В почве с более высоким уровнем начального загрязнения их содержание выше в среднем на 1-2,5 % по сравнению с образцами с низким уровнем загрязнения.
Иной характер изменения компонентного состава нефти в процессе экспонирования наблюдается при использовании сорбента «Унисорб». Как видно на рис. 3, при использовании этого сорбента наблюдаются изменения состава нефти менее существенные по сравнению изменениями, происходящими при использовании «Унисорб-Био». Содержание большинства компонентов практически прежнее, что, по-видимому, связано как с относительным перераспределением компонентов вследствие снижения доли углеводородов, более подверженных деградации, так и с увеличением их концентрации за счет деструкции более сложных соединений, так как остаточное содержание нефти к концу экспонирования составляет менее 30 % (рис. 1).
Следует отметить, что опытные образцы почвы с внесенным в нее сорбентом «Унисорб» по составу остаточной нефти сходны с контролем, где степень деструкции отдельных компонентов составляет 52-95 % при содержании остаточной нефти более 60 %. Сходство состава остаточной нефти и различие ее содержания в этих почвенных образцах служит подтверждением активирующего воздействия сорбента «Унисорб» на аборигенную микрофлору.
Выводы
Таким образом, результаты проведенных исследований в модельных экспериментах на не-фтезагрязненной почве показали, что утилизация нефти проходит более полно с применением биопрепарата «Унисорб-Био». Количество утилизированной за девять недель экспонирования нефти при 5 % (об) уровне загрязнения составило 95 %, а при 15 % (об) - 86 % от исходного, что свидетельствует о высокой эффективности полученного биопрепарата при относительной простоте его использования. Полученные результаты позволяют рекомендовать для борьбы с нефтяными загрязнениями биопрепарат «Унисорб-Био» и создавать резервные запасы на случай возникновения аварийных ситуаций.
Нефть и продукты его аэробной биодеструкции изучены с использованием приборов Красноярского регионального центра коллективного пользования СО РАН.
Список литературы
1. Артемов А.В., Пинкин. А.А. Сорбционные технологии очистки воды от нефтяных загрязнений. Вода: химия и экология 2008. № 1, С. 19-25. [Artemov A.V., Pinkin A.V. Sorbtion technology of treat oil contaminated water. Water: chemistry and ecology 2008. Vol. 1, P. 19-25 (In Russ.)]
2. Надеин А.Ф. Очистка воды и почвы от нефтезагрязнений. Экология и промышленность России 2001, ноябрь, С. 24-26. [Nadein A.F Cleaning water and soil from oil pollution. Ecology and Industry of Russia. 2001. November. P. 24-26 (In Russ.)]
3. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при розливах нефти и нефтепродуктов. СПб.: Наука, 2000. 250 c. [Drugov U.S., Rodin A.A. Ecological analyzes for bottling of oil and oil production. Sanct-Peterburg: Nauka, 2000. 250 p. (In Russ.)]
4. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем. Под ред. Доломато-ва М.Ю., Теляшева Э.Г. М.: Химия, 2002. 608 с. [Abrosimov A.A. Ecology convert of hydrocarbon systems. Under Ed. Dolmatova M.U., Teleysheva E.G. Moscow: Chemistry, 2002. 608 p. (In Russ.)]
5. Туманян А.Ф. Батовская Е.К. Влияние нефтяного загрязнения на состояние почв. Технология нефти и газа 2009. № 6 (65), С. 8-12 [Tumaneyn A.F., Batovskay E.G. The impact of oil pollution on soil condition. Technogy of oil and gas 2009. Vol. 6 (65), P. 8-12 (In Russ.)]
6. Мазлова Е.А., Шагарова Л.А. Экологические решения в нефтегазовом комплексе. М.: Техника. 2001. 122 с. [Mazalova E.A., Shagarova L.A. Ecological decision in oil and gas complex. Moscow: Technika. 2001. 122 р. (In Russ.)]
7. Бреус И.П Мониторинг и восстановление почв загрязненных нефтяными углеводородами. Технология нефти и газа 2008. № 1, C. 29-40. [Beus I.P. Monitoring and reduction of soil contaminated with petroleum hydrocarbons. Technogy of oil and gas 2006. Vol. 1, P. 29-40 (In Russ.)]
8. Давыдова С.И. Тагасова В.И. Нефть как топливный ресурс и загрязнитель окружающей среды. М.: РУДН, 2006. 156 с. [Davidova S.I., Tagasova V.I. Oil as a fuel resource and environmental contaminant.. Moscow: RUDN. 2006. 156 р. (In Russ.)]
9. Абдрахмонов Т.А., Жаббарова З.А., Хушвактов Э.М. Влияние загрязнений почвы нефтью и нефтепродуктами на ее микрофлору. Материалы IV съезда почвоведов и агрохимиков Узбекистана. Ташкент 2005, С. 208-209. [Abdarxmanov T.A., Dzabbarova Z.A., Xushvaktov E.M. The influence of contamination of soil by oil and oil products on her micro flora. Materials IV congers of soil scientists and agricultural chemical of Uzbekistana. Tashkent 2005, Р. 208-209 (In Russ.)]
10. Сжабменов Е.В. Выбор активного микроорганизма-деструктора для очистки не-фтезагрязненных почв. Прикладная биохимия и микробиология 1995. Т. 31, (5), С. 534-539 [Sjabmenov E.V. The choice of active microorganism - destructor for cleaning oil-contaminated soil. Prikladnaya-biohimiya-i-mikrobiologiya 1995. Vol. 5 (31), P. 534-539 (In Russ.)]
11. Коновалова Е.А., Лазыкин А.Г., Гаврилов К.Е. Сравнительная характеристика сорбентов, используемых в составе биопрепаратов для очистки почвы от нефтезагрязнений. Наука вчера, сегодня, завтра: сб. ст. по матер. XXXIVмеждунар. науч.-практ. конф. Новосибирск: СибАК 2016. № 5(27). Часть I, С. 6-17. [Konovalova E.A., Sazykin A.G., Gavrilov K.E. [and others] Comparative characterization of sorbents used in the composition of biopreparations for cleaning soil from oil pollution. Science yesterday, today, tomorrow: collected articles on the mater. XXXIV international. scientific.-pract. Conf. Novosibirsk: Sibak 2016. No. 5(27). Part I, P. 6-17. (In Russ.)]
12. Рязанова Т.В., Федорова О.С. Динамика микробиоценоза гетеротрофов в модельных опытах с применением биосорбента на основе смешанной бактериальной культуры. Системы. Методы. Технологии 2017. № 1(3), С. 157-164. [Ryazanova T.V., Fedorova O.S. Dynamics of microbiocenosis of heterotrophs in the model experiments with the use of a biosorbent based on a mixed bacterial culture. System. Methods. Technology 2017. Vol. 1(3), Р. 157-164 (In Russ.)]
13. Рязанова Т.В. Федорова О.С. Получение биосорбента на основе аборигенной микрофлоры для очистки нефтезагрязненных территорий. Всероссийская научно-практическая конференция «Новые экологобезопасные технологии для устойчивого развития регионов Сибири». Улан-Удэ, 2005. C. 65-70 [Ryazanova T.V., Fedorova O.S. Obtaining a biosorbent based on aboriginal microflora for cleaning oil-contaminated areas. All-Russian scientific-practical conference "New ecologically safe technologies for sustainable development of the regions of Siberia", Ulan-Ude. 2005, Р. 65-70 (In Russ.)]
14. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. Под ред. В.К. Шильниковой. М.: Дрофа, 2004. 256 с. [Tepper E.Z., Shilnikova V.K., Pereverzeva G.I. Practical work for microbiology. Under Ed. Pereverzeva G.I. Moscow: Drofa, 2004. 256 p. (In Russ.)]
15. Практикум по микробиологии. Под ред. А.И. Нетрусова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 608 с. [Practical work for microbiology. Under Ed. Under Ed. A.I. Netrusovoy. Moscow: Academy, 2005. 608 p. (In Russ.)]
16. Современная микробиология. Прокариоты: Т. 2. Пер. с англ. Под ред. Й. Ленглера, Г. Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, 2005. 496 с. [Contemporary microbiology. Prjcarioti. Under Ed. I. Lenglera, G. Drevsa, G. Shlegeley, Moscow: Mir, 2002. 608 p. (In Russ.)]
17. ПНД Ф 16.1.41-04 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почв гравиметрическим методом». [PND F 6.1.41-04 "Quantitative chemical analysis of soils. Technique of execution of measurements of mass concentration of oil products in soil samples by the gravimetric method" (In Russ.)]
