CC BY
55
Том 150, кн. 2
Естественные науки
2008
УДК 573.6.086.83:504
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ТВЕРДЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
Р.П. Наумова, В.Н. Кудряшов, Т.В. Григорьева, Р.Р. Гафуров, И.Р. Мухаметшин, Р.Х. Хузаянов, А.А. Несмелов
Аннотация
В работе дана оценка принципиальной возможности фиторемедиации предобрабо-танного шлама и охарактеризованы основные исходные условия для запуска этого процесса. Корректировка соотношения органического углерода, минерального азота и фосфора в предобработанном шламе способствовала 7-кратной активизации окислительной активности его аборигенной микрофлоры при соотношении С : N : P, равном 25 : 1 : 0.4. Обосновано использование сопутствующих отходов производства - опилок и мортмассы растений в качестве структурирующих агентов для улучшения физических параметров шлама, оцененных по его плотности и водоудерживающей способности. Наилучший эффект достигнут в случае опилок (изменение плотности от 1.00 до 0.88 г/см3 и водоудерживающей способности от 36 до 56%) при дозе их внесения 20% (по объему). Скрининг с привлечением 8 бобовых и злаковых растений выявил наиболее токсикотолерантные из них: горох (Pisum sativum L.), ячмень (Hordeum vulgare L.), овес (Avena sativa L.), овсяница (Festuca pratensis). Краткосрочные (1 мес.) опытно-полевые пробы при выращивании гороха и овса на смеси шлама с наполнителями и удобрениями позволили обосновать выбор фиторемедиации для последующих испытаний обезвреживания и переработки химического шлама.
Ключевые слова: биоремедиация, химический шлам, токсико-толерантные растения.
Введение
Образованием тех или иных количеств твёрдых отходов неизбежно сопровождается деятельность промышленных предприятий, в том числе заводов органического синтеза [1]. Многолетние хранилища твёрдых отходов - предмет озабоченности общества в связи с угрозой для здоровья людей и состояния окружающей среды.
В зависимости от состава и свойств шламов реализуются различные подходы к их переработке, в том числе физический, химический и их комбинации. Так, при высоком содержании нефтяных углеводородов в отходах нефтедобычи предлагается их физико-химическая обработка с целью извлечения полезных продуктов [2, 3]. Наряду с альтернативными технологиями переработки отходов интенсивно развиваются биотехнологии, которые оказываются наиболее предпочтительными как с экологической, так и с экономической точки зрения.
Для шламов с высоким уровнем углеводородного загрязнения известны примеры биоремедиации как при стимуляции собственной микрофлоры шлама
[4, 5], так и при участии почвенной микрофлоры (ландфарминг) [6, 7] или специально выращенных микроорганизмов (биоаугментация) [8].
В связи с преобладанием углерода в составе органических твёрдых отходов одним из главных условий любой биоремедиации является внесение источников азота и фосфора, которые, как правило, лимитируют процессы ремедиации. Необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов соотношение C : N : P, многократно оценённое эмпирически, варьирует в пределах 100 : 10 : 1 ... 1000 : 20 : 1 [9-11].
Для интенсификации процессов биоремедиации загрязненных почв развивается технология с участием живых растений - фиторемедиация, которая базируется на активизации обезвреживания и разложения загрязнений микроорганизмами в корневой зоне растений - ризосфере [12-14]. Так, деструкция полиароматических углеводородов (ПАУ) в загрязненной почве значительно ускорялась в присутствии плевела (Lollium perenne) [15]. Исследования же в области фиторемедиации твердых промышленных отходов, которые далеко превосходят почвы по уровню и сложности загрязнения, довольно редки.
Пример фиторемедиации почвы, загрязнённой нефтешламом канадской нефтеперерабатывающей фирмы Imperial Oil, при исходном уровне суммарного углеводородного загрязнения 50 г/кг почвы, продемонстрирован в лабораторных условиях [16]. Разработанная авторами технология включает последовательные этапы:
1) ландфарминг (распределение шлама на поверхности земли и смешивание с её верхним слоем);
2) внесение специальных препаратов на основе микроорганизмов - деструкторов загрязнений;
3) внесение микроорганизмов, способствующих росту растений - plant growth promoting rhizobacteria (PGPR);
4) собственно фиторемедиация, включающая посев токсикоустойчивых растений.
Поскольку создание, промышленное получение микробных препаратов и их интродукция в перерабатываемые отходы усложняет и удорожает технологию и далеко не всегда гарантирует предполагаемый эффект [17], представляется целесообразным ориентировать стратегию ремедиации шламов на активизацию жизнедеятельности их аборигенной микрофлоры в сочетании с взаимной стимуляцией микроорганизмов и растений, участвующих в обезвреживании и переработке того или иного шлама.
Цель данной работы - оценить принципиальную возможность фитореме-диации предобработанных твердых химических отходов и выявить основные стартовые условия для реализации данной технологии. Речь идет о гармонизации потребностей растений и микроорганизмов в биогенных элементах, подборе токсико-толерантных растений-мелиорантов и оценке влияния разрыхляющих агентов на физическую структуру шлама и его фитотоксичность.
1. Материалы и методы
1.1. Объект исследования - химический шлам предприятия ОАО «Казань-оргсинтез», образующийся на первом этапе механической очистки сточных вод, который предшествует их аэробной биологической обработке. Шлам формиру-
ется из гидрофобной углеводородной части, всплывающей при флотации, и органических и минеральных компонентов, оседающих в первичном отстойнике вместе со взвешенными частицами. В работе использовали предобработанный шлам [1]. Предобработка позволила снизить исходную 100%-ную токсичность шлама в тесте на прорастание семян и рост растений, а также изменить его физическое состояние: шлам приобретает твердую рыхлую структуру, более благоприятную для роста растений по сравнению с исходным состоянием. Характеристика исследуемого шлама: нефтепродукты (методом ИК-спектрометрии по ПНДФ16.1:2.2.22-98) 88.6 г/кг; бихромат-окисляемые вещества 133.5 г С/кг; общий азот (по Кьельдалю) 4 г N/кг [18]; валовый фосфор (по Гинзбургу, ГОСТ 26261-84) 0.1 г Р/кг; рН (ISO 10390-94) 8.4; влажность 20%. Весовое содержание всех компонентов шлама здесь и далее отнесено к сухому весу шлама.
1.2. Оценка влияния минеральных удобрений на активность микрофлоры шлама. Пробы предобработанного шлама с влажностью 20% измельчали и просеивали через сито (2 мм). Опыт проводи в лабораторных условиях (22-23 °C) в стеклянных емкостях на 0.5 л. К пробам шлама (250 г с влажностью 20%) добавили: в контрольном варианте (без удобрений) 60 мл водопроводной воды. В опытных вариантах в этих 60 мл растворили удобрения: сульфат аммония; аммиачная селитра; аммофоска; мочевина; аммиачная селитра + суперфосфат, дозы которых будут рассмотрены ниже (табл. 2).
Дыхательную активность микрофлоры определяли по интенсивности выделения углекислого газа газохроматографическим методом [19] через 24 ч инкубации при комнатной температуре (22-23 °C).
1.3. Скрининг токсикотолерантных растений проводили в полевых условиях с предобработанным шламом, используя семена следующих растений: горох (Pisum sativum L.), люцерна (Medicago sativa L.), клевер (Trifolium pratense), козлятник (Onobrychis viciafolia), ячмень (Hordeum vulgare L.), овес (Avena sativa L.), овсяница (Festuca pratensis), тимофеевка (Phleum pratense). Доза высева семян - 20 г/м . После посева растений шлам инкубировали в пластиковых контейнерах (34 х 64 х 20 см) с дренируемым дном, экспонируемых в опытно-полевых условиях. Длительность эксперимента - 14 сут. Устойчивость растений определяли по совокупности следующих параметров: всхожесть семян, биомасса корней, биомасса надземной части. Результаты выражали в процентах относительно контрольного варианта - тех же параметров при росте растений в незагрязнённой почве.
1.4. Предварительные испытания фиторемедиации шлама в опытно-полевых условиях проводили с использованием специально подготовленных делянок, размещенных на бетонированном основании шламонакопителя (рис. 1). Каркас конструкции изготовлен таким образом, чтобы, благодаря гидроизоляции избежать сообщения между делянками и перемешивания компонентов смесей. С этой же целью создан дополнительный дренаж (гравий слоем около 10 см), на который установлен каркас делянок. Для предотвращения смешивания шлама с гравием на дне делянок разместили пластиковую сетку.
Пластикавал сетка
Рис. 1. Схема конструкции для деляночного опыта и его размещение на шламо накопителе
Испытания на делянках включали следующие варианты (табл. 1): 1-6 -оценка фиторемедиации при варьировании различных наполнителей и их концентраций; варианты 6-8 - оценка влияния удобрений и их дозы на фоне внесения наполнителей; 9 (контрольный вариант) - фиторемедиация предобрабо-танного шлама без дополнительной стимуляции.
Наполнители вносили в сухом виде, фитомассу измельчали до размера частиц 5-7 см. Удобрения вносили в виде гранул: азотное - аммиачная селитра, фосфорное - суперфосфат. Доза вносимых удобрений (1 г N/кг + 0.6 г Р/кг) составила примерно половину от оптимальной, найденной при оценке дыхательной активности микрофлоры предобработанного шлама (табл. 2). После внесения наполнителей и удобрений и тщательного перемешивания посеяли семена. В качестве растений-фитомелиорантов для фиторемедиации использовали предварительно отобранные шламоустойчивые виды: горох (Pisum sativum L.) и овес (Avena sativa L.) (доза высева 20 г/м2). Опыт проводили в двукратной повторности.
Влияние наполнителей оценивали по изменению физической структуры шлама: плотности [20] и водоудерживающей способности [21]. При выборе наилучшего варианта с точки зрения стартового этапа фиторемедиации ориентировались на накопление общей биомассы растений-фитомелиорантов (гороха и овса) через 30 сут эксперимента. Для этого с каждой делянки собирали всю растительную массу (корни отмывали от шлама) высушивали при 105 °С до постоянного веса и взвешивали. Урожай биомассы растений в различных вариантах опыта выражали в процентах относительно такового в контрольном варианте (без наполнителей и удобрений).
1.5. Статистическая обработка результатов. Проведены интервальные оценки данных, результаты выражены в виде среднего значения ± стандартное отклонение. Различия между опытом и контролем оценивали при помощи дисперсионного анализа. Достоверность различий между результатами в вариан-
Табл. 1
Варианты испытаний фиторемедиации на делянках в полевых условиях
Варианты Наполнители, доза Удобрения, доза внесения,
опыта (%, по объему) г М(Р)/кг сух шлама
1 нет 1г М/кг + 0.6 г Р/кг
2 опилки (10%) 1 г Мкг + 0.6 г Р/кг
3 опилки (20%) 1 гМ/кг + 0.6 г Р/кг
4 фитомасса (10%) 1 г М/кг + 0.6 г Р/кг
5 фитомасса (20%) 1 г М/кг + 0.6 г Р/кг
6 опилки (10%) + фитомасса (10%) 1 г М/кг + 0.6 г Р/кг
7 опилки (10%) + фитомасса (10%) 0.5 г М/кг + 0.3 г Р/кг
8 опилки (10%) + фитомасса (10%) нет
9 (контроль) нет нет
тах опыта оценивали по критерию Стьюдента с поправкой Бонферрони. Все вычисления проводили, используя программы электронных таблиц Microsoft Excel.
2. Результаты и их обсуждение
2.1. Влияние минеральных удобрений на активность микрофлоры шлама. Необходимость выбора химического состава и дозы удобрений связана с тем, что по результатам химического анализа исходного шлама содержание бихромат-окисляемых веществ составляло в среднем 130 г С/кг, общего азота (по Кьельдалю) - 4 г N/кг; таким образом, соотношение C : N в предобработан-ном шламе находилось на уровне 32.5 : 1. По данным литературы, корректировка соотношения биогенных элементов может существенно ускорять процессы разложения органических загрязнений, при этом оптимальное соотношение С : N находится в диапазоне от 30 : 1 до 10 : 1 [10; 11]. В свою очередь, фосфор как биогенный элемент требуется в меньших количествах (С : Р от 1000 : 1 до 100 : 1) [9, 11]. Так как содержание валового фосфора в шламе находится на сравнительно высоком уровне (0.1 г Р/кг), влияние фосфорных удобрений исследовали только в варианте с комплексным удобрением (аммофоска) и в варианте с суперфосфатом на фоне аммиачной селитры (табл. 2).
Респираторная активность микрофлоры является интегральным показателем, который соотносится с интенсивностью разложения органических загрязнений [22, 23].
В нашем эксперименте внесение удобрений сопровождалось трех- пятикратным увеличением респираторной активности микрофлоры шлама по сравнению с контролем (табл. 2). Это свидетельствует о недостатке или низкой доступности биогенных элементов в шламе, несмотря на высокое абсолютное значение их валового содержания.
Из исследуемых источников азота наилучший эффект достигнут в случае аммиачной селитры при дозе внесения 1.2 г N/кг и корректировке соотношения C : N до 25 : 1. Увеличение дозы азота (до 2.5 г N/кг) не сопровождалось пропорциональным повышением дыхательной активности, что, вероятно, связано с токсическим эффектом избытка удобрений [11]. Дополнительную стимуляцию
Табл. 2
Дыхательная активность микрофлоры шлама при варьировании концентрации удобрений и их химического состава
Варианты опыта Соотношение C : N Дыхательная активность шлама, мг СО2/кг-ч
Контроль (в отсутствие удобрений) 32.5 : 1 27.7 ± 1.8
(NH4)2SÜ4 (1.2 г N/кг) 25 1 92.4 ± 4.2
NH4NO3 (0.3 г N/кг) 30 1 148.1 ± 8.3
NH4NO3 (1.2 г N/кг) 25 1 178.6 ± 4.1
NH4NO3 (2.5 г N/кг) 20 1 129 ± 6.2
(HN4)2HPO4 (0.3 г N/кг + 0.7 г Р/кг) 30 1 117.4 ± 9.6
CO(NH2)2 (1.2 гЫ/кг) 25 1 106 ± 3.7
NH4NO3 (1.2 г N/кг) + 1 г P/кг (суперфосфат) 25 1 196.2 ± 7.5
активности микрофлоры вызвало добавление фосфора в форме суперфосфата из расчета 1 г Р/кг на фоне внесения аммиачной селитры, при этом соотношение биогенных элементов (C : N : P) составило 25 : 1 : 0.4. Подобный эффект наблюдали при добавлении к нефтезагрязненной почве фосфора в виде одно-замещенного фосфата калия на фоне различных источников азота при соотношении биогенных элементов C : N : P, равном 20 : 1 : 0.1 [22]. Для сопоставления с процессами, происходящими в ПАУ-загрязненных почвах, следует отметить, что оптимальное соотношение С : N : P найдено на уровне 12 : 1 : 0.1 [24].
2.2. Скрининг токсикотолерантных растений. Предварительная обработка шлама позволила изменить его свойства таким образом, что появилась возможность роста растений. Поскольку с точки зрения фиторемедиации важна как корневая система растений, так и их надземная часть, необходимо было отобрать растения, способные прорастать, формировать развитую корневую систему и накапливать зеленую массу в условиях роста на шламе.
Скрининг с привлечением распространенных в Татарстане растений показал, что из восьми исследуемых видов наилучшая всхожесть семян в предобра-ботанном шламе выявлена у четырех: горох (около 80%), ячмень (65%), овес (около 80%) и овсяница (65%) (табл. 3). В отношении накопления биомассы корней и надземной части большинство растений имели показатели на уровне 60-70% от контроля. На основании результатов оценки всех трех параметров роста на предобработанном шламе выявлены виды наиболее устойчивых растений: горох (Pisum sativum L.), ячмень (Hordeum vulgare L.), овес (Avena sativa L.), овсяница (Festuca pratensis), которые можно рекомендовать для масштабирования фиторемедиации химического шлама.
В литературе известны примеры использования гороха и овсяницы в качестве растений-фитомелиорантов как в монокультуре, так и в смесях при фито-ремедиации почв, загрязненных дизельным топливом [25], ПАУ [26], при этом уровень загрязнения не превышал 5 г углеводородов/кг почвы. И лишь единичные работы демонстрируют возможность фиторемедиации (в том числе с участием овсяницы) при более высоком углеводородном загрязнении (до 50 г/кг) [27], которое, тем не менее, гораздо ниже, чем в изучаемом шламе.
Табл. 3
Параметры роста растений на предобработанном шламе, % относительно контроля (те же параметры в незагрязненной почве)
Растение Всхожесть Биомасса Биомасса
семян, % корней, % побегов, %
Горох Pisum sativum L. 77 ± 4 64 ± 6 67 ± 3
Люцерна Medicago sativa L. 23 ± 2 43 ± 10 37 ± 12
Клевер Trifolium pratense 42 ± 6 67 ± 4 58 ± 6
Козлятник Onobrychis viciafolia 30 ± 8 64 ± 6 60 ± 5
Ячмень Hordeum vulgare L. 65 ± 6 71 ± 8 54 ± 5
Овес Avena sativa L. 76 ± 7 74 ± 11 62 ± 13
Овсяница Festuca pratensis 65 ± 5 73 ± 4 58 ± 6
Тимофеевка Phleum pratense 15 ± 7 48 ± 12 54 ± 9
2.3. Испытания стартового этапа фиторемедиации шлама в опытно-полевых условиях. Испытания проведены с использованием специально подготовленных делянок, как описано в разд. 1 «Материалы и методы» (п. 1.4.).
2.3.1. Изменение физических свойств предобработанного шлама при внесении наполнителей. Осуществленная ранее предобработка шлама [1], включающая его частичное обезвоживание, позволила кардинально изменить его структуру. Тем не менее представляла интерес возможность дальнейшего улучшения воздушного и водного режимов в предобработанном шламе. С этой точки зрения целесообразно было оценить эффективность использования доступных на предприятии побочных отходов (опилок, скошенной фитомассы) в качестве наполнителей и их влияние на физическую структуру шлама.
Внесение наполнителей благоприятно сказалось на структуре шлама: уменьшилась его плотность и увеличилась водоудерживающая способность, что отражает улучшение воздушного и водного режимов в толще шлама (табл. 4). Подобный эффект был продемонстрирован в эксперименте по ремедиации неф-тезагрязненной почвы, в котором использование опилок, сена и соломы отражалось как на физической структуре почвы, так и на ходе ремедиации в целом [28].
Очевидно более существенное влияние внесения опилок по сравнению с фитомассой на изменение характеристик шлама (табл. 4). Добавление опилок к шламу в количестве 20% (по объему) сопровождалось снижением плотности с 1.00 до 0.87 г/см3 и увеличением водоудерживающей способности с 36 до 58%. В свою очередь, при внесении 20% фитомассы плотность снизилась на 10%, водоудерживающая способность увеличилась до 49%.
При одновременном внесении смеси половинных доз (10%) наполнителей результат был аналогичен таковому в случае внесения 10% опилок (табл. 4). Тем не менее, с точки зрения активизации микробного разложения компонентов шлама, в том числе после завершения стартового периода, целесообразно применение опилок совместно с фитомассой, так как высокое соотношение С : N в опилках (до 600 : 1) может привести к дисбалансу органогенных элементов. В свою очередь, соотношение углерода и азота в фитомассе варьирует от 30 : :1 до 100 : 1, поэтому ее внесение в почву существенно стимулирует биологическую активность почвы [29].
Табл. 4
Характеристика физических свойств шлама при внесении наполнителей
Варианты Наполнители, доза (%, от объема шлама) Плотность, г/см3 Водоудерживающая способность, %
1 нет 1.00 ± 0.01 36.0 ± 1.6
2 опилки (10%) 0.93 ± 0.02 48.0 ± 2.9
3 опилки (20%) 0.87 ± 0.01* 58.0 ± 1.4*
4 фитомасса (10%) 0.97 ± 0.04 41.5 ± 3.4
5 фитомасса (20%) 0.91 ± 0.06 47.5 ± 3.9
6 опилки (10%) + фитомасса (10%) 0.91 ± 0.04 49.8 ± 1.3*
* Статистически значимые результаты (п = 4, P < 0.05).
2.3.2. Оценка параметров роста токсикотолерантных растений в пре-добработанном шламе при варьировании наполнителей и удобрений. Степень деградации углеводородного загрязнения в процессе фиторемедиации напрямую зависит от состояния растения-мелиоранта, как это было продемонстрировано, например, на нефтезагрязненной почве [16]. В этой связи необходимо охарактеризовать условия, способствующие фиторемедиации в полевых условиях, ориентируясь на состояние растений. Речь идет о стартовом периоде фи-торемедиации предобработанного шлама, для которого необходимо выбрать растения-фитомелиоранты; установить первоначальную дозу внесения удобрений с учетом гармонизации интересов микроорганизмов и растений, а также оценить влияние внесения наполнителей на физическое состояние шлама и начальный уровень его фитотоксичности.
Как указывалось выше (табл. 3), скрининг токсикотолерантных растений позволил выявить четыре вида потенциальных фитомелиорантов для ремедиа-ции химического шлама. По данным литературы известно, что в смешанном посеве устойчивость растений повышается. Так, при совместном культивировании бобовых (люцерна) со злаковыми (плевел) в нефтезагрязненной почве увеличивалась общая растительная биомасса по сравнению с биомассой данных растений в монокультуре [30]. В наших опытно-полевых испытаниях начального этапа фиторемедиации шлама предпочтение было отдано смеси гороха с овсом с учетом сопоставления параметров роста растений (табл. 3).
Несмотря на высокую дозу удобрений (1 г К/кг + 0.6 г Р/кг), примерно в 10-15 раз превышающую рекомендуемую для почв, удобрения оказывали положительное влияние на рост растений в предобработанном шламе - накопление биомассы растений в вариантах с удобрениями на 80% выше по сравнению с контролем (шлам без удобрений и наполнителей) (рис. 4).
Добавление любого из исследуемых наполнителей на фоне выбранной дозы удобрений улучшало состояние растений-фитомелиорантов по сравнению с вариантами без наполнителей. При этом достоверно значимый положительный результат получен в варианте с внесением опилок (20%), что соотносится с изменением физических свойств шлама в этом варианте. Наилучшие результаты в отношении роста растений (стимуляция около 160% по сравнению с контрольным вариантом) получены в варианте с внесением смеси наполнителей и половинной дозы удобрений. Это означает целесообразность дробного внесения
300 250 200 150 100 50 0
«
я и
о*
4«
У
У
с?\»
Варианты опыта
2
2
Рис. 4. Общая биомасса растений-мелиорантов в вариантах месячного опыта на делянках. Обозначения: уд - удобрения; оп - опилки; фм - фитомасса. * - биомасса растений в шламе без добавления удобрений и наполнителей (контроль 100%), 1 - статистически значимые различия между вариантами по влиянию наполнителей, 2 - статистически значимые различия влияния удобрений (п = 4, P < 0.05)
удобрений с учетом чувствительности растений к повышенным дозам удобрений, а именно азоту [31]. Внесение в предобработанный шлам только наполнителей (без удобрений) оказывало менее выраженный стимулирующий эффект, но проявилось в снижении исходной фитотоксичности шлама.
Заключение
Проведенные лабораторные и опытно-полевые испытания позволили продемонстрировать возможность биотехнологического подхода к переработке твердых химических отходов с участием микроорганизмов и растений и обосновать выбор фиторемедиации для последующего масштабирования в полевых условиях. С позиции стартового этапа фиторемедиации охарактеризованы необходимые технологические условия: дозировка источников азота (нитрат аммония) и фосфора (суперфосфат), добавление к предобработанному шламу сопутствующих отходов в виде опилок и растительной массы.
Авторы благодарят О.И. Якушеву за помощь в выборе методов химического контроля ремедиации шлама, Е.В. Гицареву и Р.Р. Юсупова за участие в проведении опытно-полевых испытаний.
Работа выполнена при финансовой поддержке НИОКР РТ (проект № 099.4-38/2006 (Г) «Научное обоснование, разработка и опытно-промышленная реализация технологии фиторемедиации твердых нефтехимических отходов -нефтешламов»); ДЗН-07.15 от 2007 г. «Биологическое обезвреживание, переработка и утилизация экологически опасных отходов нефтехимии на основе мик-робно-растительных взаимодействий».
Summary
R.P. Naumova, V.N. Kudrjashov, T. V. Grigorjeva, R.R. Gafurov, I.R. Mukhametshin, R.K. Khuzajanov, A.A. Nesmelov. Preliminary Estimation of Chemical Solid Waste Phy-toremrdiation Potencial.
The present work is devoted to the estimation of principal possibility of pretreated sludge phytoremediation. Basic prerequisites for initiation of this process are characterised. The correction of ratio of organic carbon to mineral nitrogen and phosphorus resulted in the 7-fold stimulation of oxidative activity of indigenous microflore. The usage of concomitant wastes -sawdust in combination with phytomass (hay) - as the components improving the sludge structure. was grounded The sawdust was shown to be the best structuring agent. In its presence at the level of 20% (v/v), the sludge density decreased from 1.00 to 0.88 g/cm3, the water holding capacity increased from 36 to 56%. The screening of potential phytomeliorants involving 8 leguminous and cereal plants allowed revealing the most toxicotolerant ones among them: pea (Pisum sativum L.), barley (Hordeum vulgare L.), oat (Avena sativa L.), fescue (Festuca pratensis). Experimental field estimations by growing of pea and oats on the mixture of sludge with filling components and fertilizers allowed grounding the choice of phytoremediation for the following field-scale approval of detoxification and treatment of chemical sludge.
Key words: bioremediation, chemical sludge, toxico-resistant plants.
Литература
1. Наумова Р.П., Кудряшов В.Н., Несмелов А.А., Гафуров Р.Р., Мухаметшин И.Р., Баширов Р.Р., Григорьева Т.В. Предобработка твердого химического отхода перед его биоремедиацией // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. -2008. - № 4. - С. 29-36.
2. Яковлев В.Н., Галеева Г.Р., Нуртдинова Л.А. Экологические проблемы Нефтеюган-ского региона // Вестн. инжинирингового центра Юкос. - 2002. - № 4. - С. 61-63.
3. Yang L., Nakhla G., Bassi A. Electro-kinetic dewatering of oily sludges // J. Hazardous Materials. - 2005. - V. 125. - P. 130-140.
4. Никитина Е.В., Якушева О.И., Гарусов А.В., Наумова Р.П. Биоремедиация отходов нефтехимического производства с использованием компостирования // Биотехнология. - 2006. - № 1. - С. 53-61.
5. Гафаров А.Б., Панов А.В., Филонов А.Е., Боронин А.М. Изменение состава бактерий-деструкторов ароматических соединений в нефтешламах в процессе их обезвреживания в проточном биореакторе // Прикл. биохимия и микробиол. - 2006. -Т. 42, № 2. - С. 180-186.
6. El-Nawawy A.S., El-Bagouri I.H., AbdalM., Khalafawi M.S. Biodegradation of oily sludge in Kuwait soil // World J. Microbiol. Biotechnol. - 1992. - V. 8. - P. 618-620.
7. Prado-Jatar M., Correa M., Rodriguez-Grau J., Carneiro M. Oil sludge landfarming biodegradation experiment conducted at a tropical site in Eastern Venezuela // Waste Management and Research. - 1993. - V. 11. - P. 97-106.
8. Mishra S., Jyot J., KuhadR.C., LalB. In situ bioremediation potential of oily sludge-degrading bacterial consortium // Current Microbiol. - 2001. - V. 43. - P. 328-335.
9. Dibble J.T., BarthaR. Effect of environmental parameters on the biodegradation of oil sludge // Appl. Environ. Microbiol. - 1979. - V. 37, No 4. - P. 729-739.
10. Beaudin N., Caron R.F., Legros R., Ramsay J., Ramsay B. Identification of the key factors affecting composting of a weathered hydrocarbon-contaminated soil // Biodegradation. - 1999. - V. 10, No 2. - P. 127-133.
11. Atagana H.I., HaynesR.J., Wallis F.M. Optimization of soil physical and chemical conditions for the bioremediation of creosote-contaminated soil // Biodégradation. - 2003. -V. 14, No 4. - P. 297-307.
12. He Y., Xu J., Tang C., Wu Y. Facilitation of pentachlorophenol degradation in the rhizos-phere of ryegrass (Lolium perenne L.) // Soil Biol. Biochem. - 2005. - V. 37, No 11. -P. 2017-2024.
13. Kechavarzi C., Pettersson K., Leeds-Harrison P., Ritchie L., Ledin S. Root establishment of perennial ryegrass (L. perenne) in diesel contaminated subsurface soil layers // Environ. Pollut. - 2007. - V. 145, No 1. - P. 68-74.
14. Merkl N., Schultze-KraftR., Infante C. Phytoremediation in the tropics - influence of heavy crude oil on root morphological characteristics of graminoids // Environ. Pollut. -2005. -V. 138, No 1. - P. 86-91.
15. April W, Sims R.C. Evaluation of the use of prairie grasses for stimulating poly cyclic aromatic hydrocarbon treatment in soil // Chemosphere. - 1990. - V. 20, No 1-2. -P. 253-256.
16. HuangX.D., El-Alawi Y., Gurska J., Glick B.R., Greenberg B.M. A multi-process phy-toremediation system for decontamination of persistent total petroleum hydrocarbons (TPHs) from soils // Microchem. J. - 2005. - V. 81, No 1. - P. 139-147.
17. Petrisor I.G., Dobrota S., Lazar I., Voicu A., Stefanescu M., Kuperberg J.M. Bioremediation of soils contaminated with oily sludge: A Romanian field study // AEHS Contaminated Soil Sediments and Water. - 2001. - Intern. Issue, August, - P. 48-50.
18. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 487 c.
19. Гарусов А.В., Алимова Ф.К., Захарова Н.Г., Ильинская О.Н., Скипина И.М. Газохро-матографически метод анализа в биомониторинге почвы. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1999. - 32 с.
20. Вадюнина А.Ф. Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. -М.: Агропромиздат. - 1986. - 415 с.
21. Shinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R. Methods in soil biology. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. - 1995. - 426 p.
22. Margesin R., Zimmerbauer A., Shinner F. Monitoring of bioremediation by soil biological activities // Chemosphere. - 2000. - V. 40, No 4. - P. 339-346.
23. Hollender J., Althoff K., Mundt M., Dott W. Assessing the microbial activity of soil samples, its nutrient limitation and toxic effect of contaminants using a simple respiration test // Chemosphere. - 2003. - V. 53, No 3. - P. 269-275.
24. Wilson S.C., JonesK.C. Bioremediation of soil contaminated with polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs) // Environ. Pollut. - 1993. - V. 81, No 3. - P. 229-249.
25. Parrish Z.D., Banks M.K., Schwab A.P. Assessment of contaminant lability during phy-toremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon impacted soil // Environ. Pollut. -2005. - V. 137, No 2. - P. 187-197.
26. PalmrothM.R.T., PichtelJ., Puhakka J.A. Phytoremediation of subarctic soil contaminated with diesel fuel // Bioresource Technol. - 2002. - V. 84, No 3. - P. 221-228.
27. Hutchinson S.L., Schwab A.P., BanksM.K. Phytoremediation of aged petroleum sludge: effect of irrigation techniques and scheduling // J. Environ. Qual. - 2001. - V. 30, No 5. -P. 1516-1522.
28. RhykerdR.L., CrewsB., McInnesK.J., WeaverR.W. Impact of bulking agent, forced aeration, and tillage on remediation of iol-contaminated soil // Bioresource Technol. -1999. - V. 67, No 3. - P. 279-285.
29. Dornbush M.E. Grasses, litter, and their interaction affect microbial biomass and soil enzyme activity // Soil Biol. Biochem. - 2007. -V. 39, No 9. - P. 2241-2249.
30. Kirk J.L., Klironomos J.N., Lee H., Trevors J.T. The effects of perennial ryegrass and alfalfa on microbial abundance and diversity in petroleum contaminated soil // Environ. Pollut. - 2005. - V. 133, No 3. - P. 455-465.
31. Sánchez E., Soto J.M., Garcia P.C., Lopez-Lefebre L.R., Rivero R.M., Ruiz J.M., Romero L. Phenolic compounds and oxidative metabolism in green bean plants under nitrogen toxicity // Aust. J. Plant Physiol. - 2000. - V. 27. - P. 272-277.
Поступила в редакцию 16.11.07
Наумова Римма Павловна - доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии Казанского государственного университета.
Е-таП: [email protected]
Кудряшов Владимир Николаевич - кандидат технических наук, главный инженер ОАО «Казаньоргсинтез», г. Казань.
Григорьева Татьяна Владимировна - аспирант кафедры микробиологии Казанского государственного университета.
Е-таП: [email protected]
Гафуров Рамис Раисович - кандидат технических наук, инженер-технолог ОАО «Казаньоргсинтез», г. Казань.
Мухаметшин Ильнар Рафкатович - инженер-технолог отдела биологической очистки цеха нейтрализации и очистки промышленно-сточных вод ОАО «Казаньорг-синтез», г. Казань.
Е-таП: [email protected]
Хузаянов Рафис Харисович - начальник цеха нейтрализации и очистки промышленно-сточных вод ОАО «Казаньоргсинтез», г. Казань.
Несмелов Александр Александрович - студент кафедры микробиологии Казанского государственного университета.
Е-таП: [email protected]
