CC BY
7УДК 553.6:502.55:665.66
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-132-135
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕСТНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В КАЧЕСТВЕ НЕФТЕБИОСОРБЕНТОВ ДЛЯ БОРЬБЫ С НЕФТЯНЫМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ
Ерофеевская Л.А., Ефимов С.Е., Александров А.Р., Сивцев С.И., Далбаева Е.А.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск E-mail: [email protected]
Аннотация. В работе приводятся обобщенные данные по проведенным ранее исследованиям минерального сырья, добываемого на территории Якутии (цеолит, вермикулит, апатит и гидрослюдисто-монтмориллонитовая глина) в качестве нефтебиосорбентов используемых при биологической рекультивации нефтезагрязнений. Опытные лабораторно-полевые исследования показали, что иммобилизация микроорганизмов-деструкторов нефти на минеральные носители является перспективным и эффективным методом при борьбе с нефтяным загрязнением.
Ключевые слова: нефтебиосорбент, разлив нефти, деструкция нефти, минеральный сорбент, биоре-медиация.
Любая хозяйственная деятельность, так или иначе, оказывает негативное воздействие на окружающую природную среду. Одним из основных загрязнителей являются нефть и нефтепродукты. По данным интернет-источников на территории Якутии в 2022-2023 г.г. произошло не менее 20 случаев утечек нефтепродуктов со значительными объемами.
Для борьбы с нефтяным загрязнением применяются нефтебиосорбенты представляющие собой материалы, используемые для сорбции (поглощения или адсорбции) нефти и нефтепродуктов из окружающей среды, например, из воды или почвы. Эти сорбенты могут быть синтетическими или природными и часто содержат углеводородокисляющие микроорганизмы (УОМ), которые способствуют биодеградации углеводородов (УВ), делая процесс очистки более эффективным.
Нефтебиосорбенты с иммобилизованными УОМ обладают рядом уникальных преимуществ, которые делают их особенно эффективными для очистки окружающей среды от нефтяных загрязнений:
• Повышенная стабильность: Иммобилизация микроорганизмов на сорбенте увеличивает их стабильность и защищает от неблагоприятных условий окружающей среды.
• Улучшенная активность: Микроорганизмы, закрепленные на сорбенте, могут сохранять высокую биодеградационную активность в течение длительного времени.
• Специфичность действия: Иммобилизованные микроорганизмы могут быть подобраны таким образом, чтобы они были специализированы на разложении определенных типов нефтяных УВ.
• Экологическая безопасность: Использование биологических компонентов снижает риск химического загрязнения, связанного с некоторыми традиционными методами очистки.
Эти преимущества делают нефтебиосорбенты с иммобилизованными микроорганизмами ценным инструментом для очистки окружающей среды от нефтяных загрязнений.
Территория Якутии богата своими природными ресурсами, которые могут использоваться в качестве сырья для производства нефтебиосорбентов.
В лабораторных и опытно-полевых условиях были изучены следующие виды местного минерального сырья: вермикулит (Инаглинское месторождение), цеолит (месторождение Хонгуруу), апатит (Селигдарское месторождение), глина (Мархинское месторождение).
Вермикулит. Иммобилизованные на поверхность вермикулита микроорганизмы вносили в загрязнённые участки из расчёта 100 г/м2. В качестве контроля использовали вермику-
лит без микроорганизмов и суспензию УОМ без вермикулита. Полевые опыты по исследованию вермикулита, как носителя углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), проведены в опытных участках, заложенных на территории с. Хонуу (Северо-Восточная Якутия) и на аварийной площадке временного нефтепровода «Талакан-Витим» (Юго-Западная Якутия).
Полученные результаты свидетельствуют (таблица 1), что выделенные и иммобилизованные на вспученный вермикулит, аборигенные УОМ, эффективно разрушают нефтепродукты. Степень деградации нефтезагрязнения за один летний сезон, на опытных участках с биопрепаратами (БП), составила 80,6 и 89,5% [1].
Таблица 1 - Биодеградация нефтезагрязнения под влиянием вермикулита
Опытные участки Эксперимент Степень очистки, 3 месяца
Северо-Восточная Якутия Вермикулит + УОМ 89,5
Вермикулит без УОМ 58,5
Юго-Западная Якутия Вермикулит + УОМ 80,6
УОМ без вермикулита 74,1
Цеолит. Испытания сорбционно-биологического метода очистки нефтезагрязненных почв с применением местного цеолита проводились в рамках полевых работ в различных природно-климатических условиях Якутии. Полученные в лаборатории накопительные культуры микроорганизмов (НКМ) вносили в грунт опытных участков в двух вариантах: в виде жидкой суспензии и после иммобилизации на цеолите. Контролем служили участки почвы, не обработанные НКМ, а также почвы с внесением чистой цеолитсодержащей крошки без бактерий. Результаты по биодеградации на опытных участках приведены на рисунке 1.
120 т-
Контроль (П + Н) П + Н + Ц П + Н + НКМ П + Н + НКМ + Ц
■ Дерново-луговая (Центральная Якутия) ШМерзлотно-тундровая(Северо-ВосточнаяЛкутия)
■ Мерзлотно-таежная (Юго-Западная Якутия)
Рисунок 1 - Степень биодеструкции нефтепродуктов в почвах: П - почва; Н - нефть;
Ц - цеолит; НКМ - накопительные культуры микроорганизмов
В результате проведенных исследований установлено, что за один вегетационный период биодеградация нефтепродуктов в почвах экспериментальных участков, обработанных НКМ в виде жидкой суспензии, составила 36,3-54,3%; в почвах, обработанных НКМ, иммобилизованными на цеолит - 85,5-96,9%; тогда как в контрольных почвенных образцах, не обработанных БП всего лишь - 0,8-17,7% [2].
Биоминеральная композиция (цеолит+апатит). Использованы биоминеральные композиции: а) цеолита и апатита ситовой фракции 0,5-1,0 мм; б) цеолита и апатита после механической активации на центробежной мельнице.
Деградация нефтезагрязнения к окончанию эксперимента составила: 17,8% - для контрольного варианта с нефтезагрязненной почвой; 21,76 % - для варианта с биоминеральной композицией ситовой фракции 0,5-1,0 мм; 82,43 % - для варианта биоминеральной композиции с механической активацией апатитов в присутствии добавок цеолитов (рисунок 2).
82743
17,82 21,76
я
X
с.
h и
0 ч
J Е
Ф С
01 н Ü
нефтезагряшенная почва (контроль)
пеолнт+апатит
механоактивированные цеолит+апатит
Рисунок 2 - Биодеградация нефтепродуктов в почвах опытных участков
Таким образом, внесение в нефтезагрязненную почву биоминеральной композиции после механической активации апатитов в присутствии добавок цеолитов в соотношении 5:1 (цеолит:апатит), позволяет активировать центры деструкции нефтепродуктов, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на очистку почв от нефтезагрязнения и самовосстановление нарушенной экосистемы практически за одно северное лето [3].
Гидрослюдисто-монтмориллонитовая глина. Иммобилизация микробных клеток на глину проводились двумя способами:
1) глину подвергали стерилизации в автоклаве после чего, смешивали с суспензией клеток УОМ, смесь инкубировали при температуре 28°С в течение 8-ми часов в качалочных условиях;
2) глину перемешивали с микробной взвесью, с последующей иммобилизацией в течение 24 часов и контактным высушиванием в течение 48 часов.
Полученные, таким образом, нефтебиосорбенты испытывали на способность к деструкции нефти в минеральной среде Мюнца.
Таблица 2 - Степень деградации нефти в среде Мюнца под влиянием биопрепаратов
Продолжительность испытания, часы Способ иммобилизации УОМ на глину Суспензия УОМ Глина без УОМ
1 способ 2 способ
Степень деградации нефти
6 часов + + - -
12 часов + + + + - -
24 часа + + + + + + -
36 часов + + + + + + -
48 часов + + + + + + + -
72 часа + + + + + + + + -
96 часов + + + + + + + + + -
120 часов + + + + + + + + + -
Степень деградации нефти учитывали в 3-х бальной системе, относя БП к одному из разрядов: «+++» - высокая УВ-окисляющая активность; «++» -удовлетворительная УВ-окисля-ющая активность; «+» - слабая УВ-окисляющая активность; «—» - БП, не способный утилизировать УВ нефти.
Результаты показали, что первый способ проявляет более высокую УВ-окисляющую активность. УОМ иммобилизованные на гидрослюдисто-монтмориллонитовую глину, быстро адаптируются к условиям окружающей среды и эффективно разрушают нефть в условиях лабораторного опыта, по сравнению с вариантами, где УОМ не иммобилизовали на сорбент-носитель или в опыте с простым внесением глины в нефтезагрязненную почву (таблица 2) [4].
Заключение. Проведенные опытные лабораторно-полевые исследования показали, что иммобилизация УОМ на минеральные носители дает им закрепиться и адаптироваться к окружающим условиям, активизируется рост и развитие бактерий, что позволяет в течение длительного периода времени эффективно разлагать нефтепродукты.
Таким образом, применение нефтебиосорбентов является эффективным и перспективным способом биоремедиации нефтезагрязненных почв в различных природно-климатических условиях Якутии. Кроме того, применение местного минерального сырья, имеет преимущество в экономическом и экологическом отношении.
Исследования выполнены в рамках Госзадания Министерства науки и высшего образования РФ № 122011200369-1 с использованием научного оборудования Центра коллективного пользования ФИЦ ЯНЦ СО РАН.
Список литературы
1. Ерофеевская Л. А. Влияние вермикулита на деструкцию нефтяных углеводородов // Материалы международной научной конференции «Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование», Пермь, 21-25 ноября 2011 г. Пермь, 2011. Т. 2. С. 65-68.
2. Александров А.Р., Ерофеевская Л.А. Основные результаты испытаний цеолитового сырья месторождения Хонгуруу // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы северо-востока России». Якутск, 2018. С.302-305.
3. Александров А.Р., Ерофеевская Л.А. Применение биоминеральной композиции для очистки загрязненных нефтью мерзлотных почв // В сборнике: «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России». Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию Института геологии алмазов и благородных металлов СО РАН. Якутск: Издательский дом СВФУ, Т. 2, 2017. С. 281-285.
4. Ерофеевская Л.А., Александров А.Р., Ефимов С.Е. Гидрослюдисто-монтмориллонитовая глина для очистки объектов окружающей среды от нефтезагрязнений // Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России». Якутск: СВФУ, 2023. С. 450-454.
