CC BY
36
УДК 579.222
Павлищева Т.А., Градова Н.Б., Клушин В.Н.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКТИВНОГО УГЛЯ ПОЛУЧЕННОГО ИЗ КАРБОНИЗАТА КОКОСОВОГО ОРЕХА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
Павлищева Татьяна Александровна, студентка 4 курса кафедры промышленной экологии, e-mail: pavlisheva [email protected];
Градова Нина Борисовна, доктор биологических наук, профессор кафедры биотехнологии; Клушин Виталий Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Проблема утилизации отходов, очистка почв загрязненных углеводородами нефти являются актуальными экологическими проблемами в настоящее время. Решением проблемы утилизации отходов кокосовых пальм может являться их использование в качестве сырья при производстве активного угля. В данной работе исследована возможность применения активного угля в качестве носителя иммобилизованных клеток при получении биопрепарата для ремедиации почв, загрязненных нефтью.
Ключевые слова: активные угли, биопрепарат, биоремедиация, иммобилизация.
TO DETERMINE THE EFFECTIVENESS OF USING ACTIVE COAL OBTAINED FROM HYDROCARBON COCONUT UPON RECEIPT OF A BIOLOGICAL PRODUCT FOR THE BIOREMEDIATION OF OIL-CONTAMINATED SOILS
Pavlishcheva Tatiana Aleksandrovna, Gradova Nina Borisovna, Klushin Vitaly Nickolaevich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The problem of waste disposal, cleanup of soils contaminated with petroleum hydrocarbons are the urgent ecological problems at present. The solution to the problem of waste utilization of coconut palms may be their use as raw materials in the production of active carbon. In this paper we investigate the possibility of using active carbon as a carrier of immobilized cells upon receipt of a biological product for remediation of soils contaminated with oil.
Keywords: active carbon, biological product, bioremediation, immobilization.
Одной из актуальных мировых проблем обеспечения качества окружающей среды является разработка способов утилизации отходов и ремедиации загрязненных природных сред. Особенно остро она стоит в странах Азии, где жаркий климат и высокая влажность могут привести к вспышкам всевозможных заболеваний. Масштабы неиспользуемых отходов кокосового ореха предопределяет актуальность их переработки. Производство активного угля может решить сразу несколько задач - получение сорбента для очистки окружающей среды и утилизация отходов.
Очистка почв, загрязненных нефтяными загрязнениями, является одним из важных направлений в экологии. Углеводороды нефти относят к приоритетным загрязнениям. Попадая в почву, нефть оказывает пагубное влияние на растения, мезофауну и микрофлору. Содержания нефтяных углеводородов в количестве 2-5% (по массе) может сделать почву непригодной для роста растений несколько лет. Содержание же свыше 5%
может привести к гибели мезофауны и микрофлоры, что делает почву безжизненной. Попадая в более глубокие слои почвы, нефть может достичь зеркала грунтовых вод. Растворимые соединения загрязняют весь объем вод, в то время как мало- и нерастворимые соединения остаются на поверхности «зеркала»[1].
В настоящей работе целью является оценка эффективности использования активных углей из скорлупы кокоса в качестве сорбента биопрепарата для биоремедиации нефтезагрязненных почв.
Полученный методом паро-газовой активацией активный уголь из карбонизата кокосовой скорлупы в представленной работе используется в процессе биоремедиации нефтезагрязненных почв. В соответствии со схемой опыта (таблица 1.) создаются условия загрязненной углеводородами нефти почвы, где количество нефтяных загрязнений составляет около 5% массовых. Уголь используется в качестве носителя микроорганизмов -нефтедеструкторов.
Таблица 1. Схема опыта
1. Контроль почвы (чистая) 7. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на угле 13. Почва + нефть + АУ
2. Контроль почвы загрязненной нефтью 8. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на угле 14. Почва + нефть + АУ
3. Контроль почвы загрязненной нефтью 9. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на угле 15. Почва + нефть + перлит
4. Почва + нефть + суспензия клеток 10. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на перлите -
5. Почва + нефть + суспензия клеток 11. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на перлите -
6. Почва + нефть + суспензия клеток 12. Почва + нефть + клетки иммобилизованные на перлите -
Для очистки от нефти и ее углеводородов в настоящее время выделено и селекционированно большое разнообразие микроорганизмов. В работе используются две культуры микроорганизмов: Rhodococcus erythropolis и Candida tropicalis.
Rhodococcus erythropolis - это аэробные грамположительные актиномицеты. Благодаря своему широкому метаболическому разнообразию их используют как нефтедеструкторов при биоремедиации почв. Они обладают способностью деградировать гидрофобные соединения, могут разрушать н-алканы C8 - C20 и метилбензол.
Среди дрожжевых культур, в качестве компонента биопрепаратов, наиболее часто используется Candida tropicalis, которые используют углеводороды нефти в процессах своей жизнедеятельности [2].
Суспензия двух культур приготовляется путем смыва каждой с косяка, а затем смешивания их в одной колбе. В каждую чашку Петри к почве должно вноситься 50*107 клеток. Методом измерения оптической плотности суспензии можно
см 16
узнать концентрацию клеток в одном миллилитре для определения необходимого вносимого объема.
Для сравнения вносимые клетки иммобилизуют на два носителя: активный уголь и перлит. Также вносятся суспензия без иммобилизации и сорбенты в чистом виде для получения более полной картины их эффективности. Опыт завершает фито -тестирование. Тест - объект - семена пшеницы со всхожестью 100%.
В качестве контроля используется чистая дерново-подзолистая почва, а также почва загрязненная нефтью для выявления наличия в данной почве аборигенной микрофлоры, которая способна к деструкции углеводородов.
За показатели тест-функций принимаем длину прорастания корней (рис 1.) и длину проростков (рис 2.). Фито - тестирование проводится три раза: на 7 сутки от начала опыта, на 14 и на 28. На рис. 1 представлена гистограмма длины корней. По гистограмме заметно резкое изменение длины корней пшеницы при попадании нефти в почву. Изменения длин ростков пшеницы в ходе опыта представлены на гистограмме рис. 2.
I суспензия клеток ■ клетки на угле I клетки на перлите I контроль почвы звгр. нефтью АУ
перлит чистая
14
28
сутки
Рис.1. Длины корней проросшей пшеницы.
I суспензия клеток I клетки на угле клетки на перлите ко нтро л ь з вг р. н е фтьк? АУ
перлит чистая
7 14 2В
Рис.2. Длины ростков пшеницы.
сутки
Уголь, как и перлит, сам по себе способен очищать почву, адсорбируя углеводороды нефти в своих порах. В качестве носителя биопрепарата, активный уголь является средством защиты микроорганизмов - нефтедеструкторов от неблагоприятных условий среды [3]. Внесение биодеструкторов на носителе позволяет увеличить их численность, благодаря чему окисление углеводородов происходит быстрее, снижается негативное воздействие нефти, что может стимулировать механизмы самоочищения. Препарат в виде суспензии микроорганизмов показывает результаты практически на одном уровне с препаратом на носителе. Это может быть связанно с угнетением жизнедеятельности микроорганизмов в связи с неподходящими условиями среды (влажность, аэрация, температура и др.). Внесение сорбента благотворно влияет на почву, увеличивая аэрационные свойства. При добавлении перлита увеличивается также и влагоемкость, в результате чего возможность снижения жизнедеятельности микроорганизмов из-за недостатка влаги снижается.
В соответствии с РД 52.18.575-96 и ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 определено содержание
нефтепродуктов в пробах почв методом инфракрасной спектрометрии. После экстракции нефтепродуктов из почвы растворителем при комнатной температуре производится анализ на аппарате ИКН-025, который измеряет оптическую плотность. В первой пробе (чашка 3, таблица 1) содержание углеводородов 2,01% (по массе). Проба два (чашка 6, таблица 1) - 1,55% масс. Проба три
(чашка 9, таблица 1) - 1,8 % масс. Четвертая проба (чашка 14, таблица 1) - 1,97 % масс. Снижение массового содержания с 5% до 2,01 % говорит о том, что в почве существует аборигенная микрофлора, способная окислять нефтяные углеводороды. Биопрепарат помогает запустить процесс самоочищения, увеличивая количество
микроорганизмов [4]. Использование биопрепарата на носителе позволяет сохранять активность клеток на длительное время, в отличие от биопрепарата в виде суспензии, где может произойти снижение активности и жизнедеятельности клеток в результате изменения условий среды.
Список литературы
1. Прикладная экобиотехнология: в 2-х т. / А. Е. Кузнецов [и др.]. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 485 с. - 2 т.
2. Кузнецов А.Е. Научные основы экобиотехнологии: учебное пособие для студентов / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова. - М.: Мир, 2006. - 504 с.: ил.
3. Мухин В. М. Производство и применение углеродных адсорбентов: учеб. пособие / В. М. Мухин, В. Н. Клушин. - М.: Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 2012. -308 с.
4. Прикладная экобиотехнология: в 2-х т. / А. Е. Кузнецов [и др.]. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 485 с. - 1 т.
