CC BY
70
УДК 574.6+574.52+574.62+574.632
Д.И. Стом, С.В. Казаринов, А.Э. Балаян
ДЕЙСТВИЕ ПРЕПАРАТОВ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ И НЕФТЕОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ НА СОСТОЯНИЕ КАПЕЛЬ УГЛЕВОДОРОДОВ
НИИ Биологии при Иркутском государственном университете (Иркутск)
Изучено изменение состояния капель ряда гидрофобных веществ (дизельное топливо, нефть, растительное масло) при. добавлении, в среду препаратов гуминовых веществ и нефтеокисляющих микроорганизмов. Показана диспергирующая, способность гуматов и препаратов нефтеокисляющих микроорганизмов по отношению к каплям, гидрофобных веществ.
Ключевые слова: нефтеокисляющие микроорганизмы, нефтепродукты, биосурфактанты
INFLUENCE OF HUMIC SUBSTANCES AND OIL-DEGRADING MICROORGANISMS UPON CONDITION OF HYDROCARBON DROPS
D.I. Stom, S.V. Kazarinov, A.E. Balajan
Scientific-research Institute of Biology of Irkutsk State University, Irkutsk
Changes of condition of drops of hydrophobic substances sequence (diesel oil, oil, vegetable oil) with preparations of humic substances and oil-degrading microorganisms adding to medium, have been studied. Dispersive power of humates and preparations of oil-degrading microorganisms regarding to drops of hydrophobic substances have been shown.
Key words: oil-degrading microorganisms, mineral oil, biosurfactant__________________________
Сегодня одним из наиболее дешевых, эффективных и экологичных способов биоремедиации нефтезагрязненных субстратов является использование углеводородокисляющих микробиологических препаратов [7, 9]. Основным направлением получения препаратов такого рода является поиск среди прочего числа штаммов микроорганизмов, отличающихся повышенной углеводоро-докисляющей активностью, способных элиминировать нефтезагрязнения при соответствующих условиях. При этом важной задачей является подбор веществ, облегчающих взаимодействие нефтеокисляющих микроорганизмов с нефтепродуктами [3]. Имеются сообщения об ускорении элиминирования нефтезагрязнений под действием гуминовых веществ [6]. К сожалению, скрининг микроорганизмов и различных агентов, активизирующих элиминирование нефтепродуктов, резко осложняется длительностью, высокой трудоемкостью анализа концентрации углеводородов нефти, необходимостью наличия специальной дорогостоящей приборной и реактивной базы и соответствующих высококвалифицированных специалистов. В этой связи целью данного сообщения была попытка преодоления отмеченных трудностей.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования использовали препарат гуминовых веществ «Гумат-80» (производство ООО «Гумат», г. Иркутск). Он содержит 80 % калиевых и натриевых солей гуминовых кислот (ГК). «Гумат-80» получают с помощью ме-ханохимической конверсии природных ГК окис-
ленных углей Глинского месторождения при обработке их сухими щелочами NaOH и KOH [5]. Для приготовления матричного раствора навеску соответствующего мелкодиспергированного воздушно-сухого препарата гумата 0,5 г растворяли в 1 литре воды, затем его центрифугировали при 7 тыс. об/мин в течение 5 минут и фильтровали через бумажный фильтр (белая лента). В различных вариантах опытов брали следующие гидрофобные вещества: дизельное топливо, нефть и растительное масло (подсолнечное, рафинированное и дезодорированное), предварительно окрашенные Суданом IV. Углеводородо-кисляющим микробиологическим препаратом служил «Деворойл». Препарат разработан в институте Микробиологии РАН и Научно-производственном предприятии «Биотехинвест». Он состоит из вегетативных клеток непатогенных штаммов культур родов Rhodococcus, Pseudomonas и Yarowia [1].
При проведении экспериментов в контрольные чашки Петри (d = 15 см) наливали 30 мл стерильной воды и с помощью пипетки осторожно наносили одну каплю испытуемого вещества на поверхность. В опытные пробы наливали 30 мл раствора «Гумат-80» (исходная концентрация
0,5 г/л) и помещали на поверхность гидрофобное вещество. В другом варианте опыта к 30 мл стерильной воды добавляли 1 мл суспензии препарата «Деворойл» (105 — 107 кл/мл) и затем туда же вносили каплю исследуемого вещества. Чашки закрывали и оставляли при комнатной температуре на ровной горизонтальной поверхности на рассеянном свету. Оценку состояния капель гидрофобных соединений проводили спустя 1, 3, 24,
48, 72, 168 ч. Эксперимент ставили не менее чем в 4 повторностях с 3 параллельными.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
После нанесения гидрофобных соединений (дизельное топливо, нефть, растительное масло) в контроле наблюдали их медленное и равномерное растекание почти по всей площади поверхности воды. Через 1 час растекание практически прекращалось, и отмечалось образование равномерной пленки с ровными краями по всей окружности (рис. 1). При этом даже через 7 суток экспозиции не отмечали существенных различий в картине распределения всех трех испытуемых веществ.
Капля дизельного топлива, нанесенная на поверхность раствора гумата, хотя и растекалась, но через 1 час занимала меньшую площадь, чем в контроле. В противоположность дизельному топливу нефть и растительное масло, помещенные на раствор гумата в течение часа расплывались по поверхности раствора ГВ значительно быстрее, чем на воде. Спустя 3 часа на растворах гумата фиксировали образование большей, чем в контроле, неравномерной, с рваными краями, пленки для всех трех испытанных гидрофобных веществ, в том числе и с дизельным топливом. В варианте с микробиологическим препаратом со всеми испытуемыми веществами отмечали схожее с контролем растекание пленки через 1—3 часа. Через 24 часа экспозиции капли всех гидрофобных веществ в обоих вариантах (в растворе гумата и в воде с добавлением нефтеокисляющих микроорганизмов) представляли собой более тонкую, особенно в периферической части, чем в чистой воде, неоднородную пленку с длинными рваными краями со всеми испытуемыми веществами. Далее картина распределения всех трех испытуемых гидрофобных продуктов практически не менялась.
Рис. 1. Распределение гидрофобных веществ по поверхности воды через 7 суток.
В опытах с раствором гумата по прошествии 2 — 3 суток дальнейших изменений не выявили. Через 7 суток фиксировали неоднородную, более тонкую, чем в контроле, с разрывами и изорванными краями пленку, с образованием мелких капель диаметром 0,5 — 1 мм (рис. 2), схожую с 7-су-точной экспозицией в опытах с нефтеразрушающим микробиологическим препаратом.
В варианте с препаратом «Деворойл» через 2 суток отмечали постепенное обесцвечивание пленки испытуемых веществ. После 3 суток фиксировали образование мелких капель гидрофобных соединений диаметром 1—2 мм, происходило дальнейшее обесцвечивание пленки, которое не наблюдалось в контрольных пробах. Через 7 суток происходило уменьшение поверхности пленки, истончение и разрыв краев капель, а также образование мелких капель диаметром 0,2—1 мм (рис. 3), как и в опытах с раствором гумата, что свидетельствует об эмульгирующей и нефтеразрушающей активностях микроорганизмов, входящих в состав нефтеокисляющего препарата.
Характерная картина дробления капель гидрофобных веществ, истончения пленки, появления длинных языков с рваными краями, может быть использована при дальнейшей доработке в качестве экспрессного теста на наличие активности нефтеокисляющих микроорганизмов и способность препаратов гуминовых веществ диспергировать углеводороды и олеофильные вещества. В состав использованного препарата «Деворойл» входят представители рода Шоёососсш. Ранее было показано, что нефтеокисляющие микроорганизмы способны продуцировать биосурфактанты (продукты биологического происхождения, проявляющие свойства поверхностно-активных веществ), обладающие эмульгирующей способностью [11]. Схожесть эффектов в вариантах с препаратом гу-мата и с нефтеокисляющими микроорганизмами свидетельствует в пользу возможности гуминовых
Рис. 2. Распределение гидрофобных веществ по поверхности раствора гумата через 7 суток.
Рис. 3. Распределение гидрофобных веществ по поверхности воды с микробиологическим препаратом через 7 суток.
веществ диспергировать и солюбилизировать органические соединения, нерастворимые или мало растворимые в воде, выступая тем самым в роли аналога биосурфактантов. За такую возможность говорит и наличие в молекулах ГВ гидрофобных и гидрофильных группировок -СООН, -ОН, -О- и др. Дифильность является необходимым условием для того, чтобы вещества могли бы выступать в роли поверхностно-активных агентов [4]. При определенных концентрациях ПАВ способны растворять и солюбилизировать в водных растворах гидрофобные соединения [2]. Ранее нами было показано, что под действием препаратов гуминовых веществ растет гидрофильность организмов, гидрофобизированных нефтепродуктами и происходит уменьшение диаметра капель эмульгированных углеводородов нефти [10]. Диспергирование гидрофобных веществ, в частности углеводородов нефти, резко увеличивает их поверхность. В свою очередь, это существенно повышает площадь взаимодействия гидрофобных соединений с кислородом и нефтеокисляющими микроорганизмами и, соответственно, их биодоступность [12]. Естественно, что следствием названных процессов является интенсификация окисления и элиминирования гидрофобных веществ. Данная способность гуминовых веществ, по-видимому, и обусловливает возможность их применения для активизации процесса биодеградации углеводородов нефти [8].
Авторы выражают благодарность И.А. Борзенкову за предоставленный препарат «Деворойл».
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (проект № 05-04-97237).
ЛИТЕРАТУРА
1. Использование микроорганизмов при ликвидации нефтяных загрязнений почв / Р.Р. Иба-туллин, Е.И. Милехина, Д.Г. Сидоров, И.Т. Храмов и др. // Интродукция микроорганизмов в окружающую среду: Матер. конф., Москва, 17—19 мая, 1994. - М., 1994. - С. 14-15.
2. Капиллярная химия / А. Китахара, С. Косе-ки, Р. Мамамуси, С. Накаса и др. // Под. ред. К. Тамару. — М.: Мир, 1983. — 272 с.
3. Киреева Н.А. Использование биогумуса для ускорения деструкции нефти в почве / Н.А. Киреева // Биотехнология. — 1995. — №5 — 6. — С. 32 — 35.
4. Коллоидные поверхностноактивные вещества / К. Шинода, Т. Накагава, Б. Тамамуси, Т. Исе-мура. — М.: Мир, 1966. — 320 с.
5. Левинский Б.В. Все о гуматах / Б.В. Левин-ский // Изд. 3. — Иркутск: ИП С.Е. Макаров, 1999. — 40 с.
6. Перминова И.В. Детоксикация тяжелых металлов, полиароматических углеводородов и пестицидов гумусовыми веществами в водах и почвах / И.В. Перминова, Н.Н. Данченко, Н.Ю. Ященко, Г.Ф. Лебедева и др. // Вода: экология и технология: Матер. междунар. конгр., Москва, 6 — 9 сентября 1994. — М., 1994. — Т. IV. — С. 1136 — 1143.
7. Процессы биодеградации в нефтезагряз-ненных почвах. Теоретические подходы / Ан.В. Колесниченко, А.И. Марченко, Ал.В. Колесниченко, Т.П. Побежимова и др. // В 2-х томах // ООО «НПК «ПРОМЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ», Сибирский Институт Физиологии и Биохимии Растений. — М.: «Промэкобезопасность», 2004. — Т. 1. — 194 с.
8. Салеем К.М.А. Использование гуминовых препаратов для детоксикации и биодеградации нефтяного загрязнения: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. — М.: Наука, 2003. — 20 с.
9. Справочник. Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.
— М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2001. — 185 с.
10. Стом Д.И. Комбинированное действие нефтепродуктов и «Гумата» на дафний / Д.И. Стом, А.В. Дагуров // Сибирский экологический журнал.
— 2004. — № 1. — С. 35 — 40.
11. Kuyukina M.S. Bioremediation of crude oil-contaminated soil using slurry-phase biological treatment and land farming techniques / M.S. Kuyukina, I.B. Ivshina, M.I. Ritchkova, J.C. Philp et al. / / Soil and sediment contamination. — 2003. — Vol. 12 (1). — P. 85 — 99.
12. Semple K.T. Bioavailability of hydrophobic organic contaminants in soils: fundamental concepts and techniques for analysis / K.T. Semple, A.W.J. Morriss, G.I. Paton // European J. of soil science. — 2003. — Vol. 54. — P. 809 — 818.
