CC BY
20
ЕКОЛОГ1ЧН1 АСПЕКТИ
© Кулапн О.О.
УДК 614.77:504.5:543.275.2:614.78/.79
ПОКРАЩЕННЯ САН1ТАРНОГО СТАНУ ^РУНТ1В НАСЕЛЕНИХ М1СЦЬ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ МЕТОДУ Б1ОРЕМЕД1АЩ1*
Кулагн О.О.
ДЗ «Днтропетровська медична академ1я МОЗ Укра'ни», м. Дн1пропетровськ
Цель исследований. Оценка в лабораторном эксперименте и натурных условиях эффективности разных типов биопрепаратов для очистки почвы, загрязненной нефтепродуктами (НП). Материалы и методы исследований. Для достижения поставленной задачи эксперимент проводили в лабораторных и натурных условиях с использованием двух разных типов биопрепаратов - в виде твердой смеси (№ 1) и в виде водного раствора для орошения (№ 2). В натурном эксперименте деструктивную активность препарата изучали на промышленных площадках силовых электроподстанций в г. Днепропетровск, которые были загрязнены трансформаторным маслом (тМ). В лабораторном эксперименте использовали 3 варианта загрязнения почвы дизельным топливом (ДТ) с добавлением разных концентраций сорбента. Результаты исследований. В процессе проведения исследований установлено, что на площадках силовых электроподстанций содержание ТМ во всех исследуемых образцах, отобранных с поверхностных (0-30 см) и более глубоких (30-60 см) слоев почвы значительно уменьшился и составлял 895,52-3988,03мг/кг, в сравнении с результатами анализа проб осени 2015 года 10 978,04-94 мг/кг соответственно. В процессе проведения лабораторного эксперимента установлено, что чем больше концентрация сорбента тем эффективнее его деструктивная активность в результате которой на 60 сутки эксперимента остаточная концентрация ДТ составляла 11,66-53,29 % от исходной. Вывод. Учитывая закономерности процессов фильтрации жидкости в почвах, применение биопрепаратов в жидкой форме является целесообразным при загрязнении поверхностных слоев (0-30 см) при невысоких - до 12 000 мг/кг, концентрациях НП. При значительных количествах НП (до 94,7 г/кг) и загрязненных более глубоких слоев почвы наиболее эффективным является применение деструкторов на твердой матрице. Внесение биопрепаратов № 1 и № 2 в загрязненную почву в экспозиции 2-9 месяцев обеспечивает его очищение с эффективностью от 95,8 до 46,3 %.
Ключевые слова: почва, дизельное топливо, трансформаторное масло, биоремедиация.
Актуальнкть
За останне десятилптя нафта та нафтопродукти (НП) поряд з пестицидами стали одними з найпоши-ренших забруднювачiв довктля. Враховуючи дуже стрiмкий розвиток промисловосл, збтьшення транспортного навантаження, свтовий видобуток нафти кожного року в середньому зростае майже на 2 %. Разом з цим в процес видобування, транспортування та збер^ання НП, велика ктькють 'х потрапляе у навко-лишне середовище [1, 2].
Майже 50 % нафти та НП вщ уах втрат потрапляе у Грунт. Забруднення НП Грун^в впливае на вс скла-довi екосистеми: Грунтову мiкрофлору, рослинний та тваринний св^ [3]. Нафта та НП надзвичайно важко пщдаються бюлопчному окисненню в Грунтовому се-редовищi [4]. Важливо, що в сучасних мютах це е до-датковим фактором деградаци нестшких штучних еко-
систем та збтьшення ризиюв виникнення еколопчно зумовлених захворювань серед населення [5].
Природне вщновлення Грунтових екосистем, за-бруднених нафтою та НП, е довготривалим i склад-ним процесом [6]. Грунти пщ впливом забруднення нафтопродуктами вщновлюються набагато прше, шж водне i повп"ряне середовище, осктьки вони здатн акумулювати i закртлювати токсичн речовини [7]. Дослщжено, що природна трансформа^я нафтопро-дукпв у Грунт в результат авармних виливiв, доволi тривала у часi i становить 45 i бiльше рокiв [8].
На сьогодншшй день iснуе дектька методiв очи-щення Грунту забрудненого нафтою та НП, а саме: мехашчш, фiзичнi, хiмiчнi, бiологiчнi та комплексы ме-тоди [9, 10]. З них найбтьш перспективним е бюлопч-ний метод, суть якого полягае у застосуванн мiкроор-ганiзмiв-деструкторiв (нафтоокислювальних бактерiй). Використовуються також поверхнево-активн речовини мiкробного походження (бюПАР, бiосурфактанти) -
* Цитування при атестацТ кадрв: Кулагн О.О. Покращення сантарного стану Грунтiв населених мсць iз застосуванням методу боремедацТ//Проблеми екологТi медицини. - 2016. - Т. 20, № 1-2. - С. 20-22.
Проблеми екологц та медицини
продукти синтезу нафтоокиснювальних бактерiй, ме-хашзм дм яких полягае в десорбцií та солюбозацп вуглеводнiв, а також - у стимуляци активностi дестру-CTopiB нафти [11]. Ефективнiсть бiологiчного методу ремедiацií фун^в залежить вiд багатьох чинниюв -ступеню вихiдного забруднення фунту, типу бактерй деструкторiв, способу ix внесення, часу експозици, зовшшшх клiматичниx факторiв тощо. Отже, досль дження оптимальних умов застосування бюлопчних методiв очищення фун^в вiд НП в натурних i експе-риментальних умовах е актуальним еколого-ппешчним завданням.
Мета дослiджень
Оцiнка в лабораторному експеримент та натурних умовах ефективност рiзниx типiв бiопрепаратiв для очищення Грунту, забрудненого НП.
Матерiали та методи дослiджень
Для досягнення поставлено'!' мети експеримент проводили в лабораторних та натурних умовах iз за-стосуванням двох рiзниx титв бiопрепаратiв - у ви-глядi твердо'' сумiшi (№ 1) та у виглядi водного розчи-ну для зрошування (№ 2).
В натурному експеримент використовували препарат № 1, який включае iммобiлiзованi на нафтопог-линальному сорбентi (подрiбнене деревне вугiлля, фракцiя 1-5 мм) активы штами вуглеводнеокислюва-льних актинобактерш, що належать до видiв Dietzia maris, Gordonia rubripertincta, Rhodococcus erythropolis. Деструктивну активнiсть препарату ви-вчали на промислових майданчиках силових електро-пщстанцм у м. Днiпропетровську, якi були забруд-неннi трансформаторною оливою (ТО) в результат зливально-наливальних операцiй та витоку ТО через шпарини у мюцях з'еднання окремих частин агрегатв. До внесення бiопрепарату було вобрано 9 проб для визначення концентрацп НП у забруднених землях промислових майданчиш. В серединi вересня 2015 року розпочато експеримент по очищенню забрудне-но'' дiлянки ТО, в xодi якого було скопано (спушено) забрудненi дiлянки на голубину 40 см i зволожено. В процес скопування було внесено бiопрепарат № 1 в розрахунку 2-4 ктограми на 1 м2. Через дев'ять мюя-цiв - у середин травня 2016 року, було вобрано повторно 9 проб фунту для встановлення концентрацп НП. Визначення вмюту НП проводили за допомогою МВВ № 081/12-0116-03 [12].
Для проведення лабораторного експерименту було обрано препарат № 2, який створено на 6a3i авь рулентних нафтоокислюючих бактерш роду Pseudomonas fluoresceins. В ходi проведення досль дження використовували 3 вaрiaнти забруднення фу-нтiв дизельним паливом (ДП) у ктькостях 6000, 12000 та 22000 мг/кг. Кожен i3 вaрiaнтiв був розмщений у окремому ящику, який, в свою чергу, розподтяли на чотири комiрки розмiром 20*15*15 см куди засипалося по 3,0 кг фунту. Експеримент проводили з викорис-танням чорнозему малогумосного типового, в^фбра-ного у вщдаленому мюц вщ aвтодорiг та будь-яких джерел з використанням нафти та НП. Пюля розподь лення у ящику забрудненого фунту ДП на комiрки одну залишали без додавання препарату (контроль), а в ^i вносили рщкий препарат бaктерiй-деструкторiв у ктькост 30, 60 та 90 мл (10, 20, 30 мг/кг) з додаван-ням 10 г торфу. Нaдaлi фунт, препарат та нафтопро-дукти ще раз ретельно перемшували i зволожували до 60 % вщносноТ вологостi. Контроль вмiсту НП проводили на 1, 15, 30 та 60 добу за допомогою згадано-го вище методу.
Статистична обробка мaтерiaлiв проводилась з використанням пакету програм Microsoft Excel 2010 та STATISTICA v.6.1®.
Результати та ïx обговорення
В ходi проведення дослiджень встановлено, що на майданчиках силових електропщстанцп вмют ТО у всiх дослщжених зразках, вiдiбрaних з поверхневих (0-30 см) та бтьш глибоких (30-60 см) шaрiв Грунту значно зменшився у порiвняннi з результатами аналь зу проб восени 2015 року. Так, навесы 2016 року кон-центра^я НП у пробах № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 та 8 стано-вила 1984,12 мг/кг; 895,52 мг/кг; 3984,06 мг/кг; 2994,01 мг/кг; 3988,03 мг/кг; 2985,07 мг/кг; 1988,07 мг/кг та 996,01 мг/кг вщповщно, що в свою чергу не переви-щувало залишкову ктькють НП вщ початковоТ концентрацп' бтьш шж на 16,6 % (табл. 1).
В ходi проведення лабораторного експерименту встановлено, що з першо'1' по п'ятнадцяту добу вмют ДП у вах дослщжуваних зразках значно зменшився i становив не бтьше 60 % вщ внесено!' на початку експерименту концентрацп'. Це явище ми пов'язуемо з тим, що летка частина ДП при поверхневому забруд-нен Грунту активно випаровуеться у атмосферне по-вiтря.
Таблиця 1
Динамiка вмсту нафтопродутв у fpyHmi в натурному eKcnepuMeHmi.
№ проби Глибина вщбору, см Концентра^я нафтопродуклв, мг/кг (до проведення ремедiaцiï Фунту) Концентра^я нафтопродуклв, мг/кг (глсля проведення ремедiaцiï фунту) Залишкова ктькють вщ початково!' концентраций %
1 30-60 11 928,42 1984,12 16,6
2 30-60 10 978,04 895,52 8,1
3 30-60 94 715,85 3984,06 4,2
4 0-30 21 934,19 2994,01 13,6
5 0-30 83 000 3988,03 4,8
6 0-30 29 880,47 2985,07 9,9
7 0-30 33 932,13 1988,07 5,8
8 0-30 24 950,09 996,01 3,99
9 (фон) 0-30 4990,01 3980,09 79,6
Слщ зауважити, що на 60 добу проведення експерименту вмют ДП у вах контрольних зразках коливав-ся в межах 54,11-49,07 % вщ початковоТ концентрацп'.
Найвщчутнший ефект деструктивно' дiï сорбенту встановлено при забруднен Грунту найменшою з дослщжуваних концентрацп ДП (6000 мг/кг), де залиш-
KOBi ктькост НП порiвняно з початковими становили 31,64; 18,33 та 11,66 % при концентра^ях сорбенту 30, 60 та 90 мл вщповщно. Також слщ в^^тити варь ант з 90 мл сорбенту де, вмют ДП зменшився до 26,65 % вщносно початковоТ концентраци при забрудненi
Динамка вмсту
Грунту у ктькост 12000 мг/кг. При вщносно бтьшому забрудненi Грунту ДП (22000 мг/кг) деструктивна дiя сорбенту була менш ефективна i становила 50,87; 44,52 та 36,79 % вщ початковоТ концентраци при вмю-т сорбенту 30, 60 та 90 мл вщповщно (табл. 2).
Таблиця 2
топродутв у fpyHmi в лабораторному eKcnepuMeHmi, мг/кг.
№ Варiанти Доба Залишок, %
1 15 30 60
1 Контроль (6000) 5198,44 3598,92 3398,64 3098,76 51,64
2 Сорбент 30 мл 4997,00 3399,32 2499,25 1898,48 31,64
3 Сорбент 60 мл 5099,49 2997,60 1898,48 1099,89 18,33
4 Сорбент 90 мл 4898,04 2899,42 1598,88 699,79 11,66
5 Контроль (12000) 10794,60 7395,56 6997,20 6494,15 54,11
6 Сорбент 30 мл 10292,79 6896,55 5195,84 4497,30 37,47
7 Сорбент 60 мл 10995,60 7497,00 6695,98 6394,88 53,29
8 Сорбент 90 мл 10891,28 6298,11 4798,56 3198,40 26,65
9 Контроль (22000) 24992,50 12593,70 11392,02 10795,68 49,07
10 Сорбент 30 мл 20997,90 11289,83 11995,20 11193,28 50,87
11 Сорбент 60 мл 22986,20 10994,50 10292,79 9795,10 44,52
12 Сорбент 90 мл 19984,01 10393,76 9392,48 8095,14 36,79
Висновки
1. Дослщження процеав очищення Грунту вщ наф-топродуктiв в лабораторному експеримент показали, що при вщносно невеликих Тх кiлькостях (до 12 000 мг/кг) первинне очищення верхых шарiв 0-30 см на початковому етат до 15 дiб вщбуваеться значною мь рою за рахунок аборигенноТ мiкрофлори та процесiв випаровування летких фракцм НП i може сягати 50 % вщ початковоТ концентраци. Застосування рщкого бю-препарату (№ 2) сприяе iнiцiюванню процеав дестру-кцiТ НП, залишкова концентра^я яких на 60 добу екс-перименту становить 11,66-53,29 % вщ початковоТ. Кращу ефективнiсть при вах вивчених дiапазонах за-бруднення проявляе найбiльша (30 мл/кг) доза препарату. Застосування бюпрепаратв в рщкш формi, з огляду на закономiрностi процесiв фiльтрацiТ рiдин у Грунтах, е доцтьним до при забрудненш НП поверх-невих шарiв (0-30 см).
2. При забрудненн НП глибших шарiв Грунту (3060 см та бiльше) найбтьш ефективним е застосування мiкроорганiзмiв-деструкторiв, iммобiлiзованих на нафтопоглинальному сорбентi, що дае змогу «адресно» розмютити препарат на потрiбнiй глибинi та бтьш точно розрахувати його необхщну кiлькiсть. Досль дження деструктивно!' ди бiопрепарату № 1 у натурному експеримент показали, що вш е ефективним при бiльш значних ктькостях НП (до 94,7 г/кг), а кш-цева концентрацiя ТО через 9 мюя^в пiсля внесення сорбенту становить 4,2-16,6 % вщносно початковоТ.
Л^ература
1. Тюленева В.А. К вопросу исследования фильтрации нефти в почвах / В.А. Тюленева, В.А. Соляник, И.В.
Васькина, В.С. Шалугин // Вюник КДПУ. Випуск 2. Частина 2. 2006. - С. 110-112.
2. Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений / А.В. Королев // М., 2001. - 365 с.
3. Звягинцева Д.Г. Микроорганизмы и плодородие почвы / Д.Г. Звягинцева // М.: Изд-во Московского ун-та. 1989. - С. 206.
4. Бтоненко Г.М. Змши родючост Грунту при вуглево-дневому забрудненш
5. / Г.М. Бтоненко// Вюник аграрноТ науки. 2002. -№10. - С. 52-54.
6. Профтактична токсиколопя та медична еколопя: за загальною редак^ею академка НАМН УкраТни 1.М. Трахтенберга. - К.: ВД «АВ1ЦЕНА», 2011. - 320 с.
7. Пиковский Ю.И. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение. 2003. - №9. - С.1132-1140.
8. Солнцева Н.П. Принципы и методы экспериментального моделирования миграции и закрепления нефти и нефтепродуктов в почвах. Геохимия ландшафтов и география почв / Н.П. Солнцева // Ойкумена. 2002. - С. 65-90.
9. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов / Н.П. Солнцева // М., МТУ. 1998. - 405 с.
10. Воробьев Ю.А. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов / Ю.А. Воробьев, В.А. бкимов, Ю.И. Соколов // М.: Инокта-во. 2005. - С. 368.
11. 10. Середина, В. П. Нефтезагрязненные почвы: свойства и рекультивация / В. П. Середина, Т. А. Андреева, Т. П. Алексеева, Т. И. Бурмистрова, Н. Н. Терещенко // Томск : Изд-во ТПУ. 2006. - С. 270.
12. Wei Q.F. Oil removal from used sorbents using a biosurfactant / Q.F. Wei, R.R. Mather, A.F. Fothering-ham // Bioresourse Technol. 2005. - P. 331-334.
13. МВВ. № 081/12-0116-03. Грунти. Методика виконан-ня вимiрювань масовоТ частки нафтопродуклв гра-вiметричним методом. Мшютерство охорони навко-лишнього середовища УкраТни. - К., 2003.
