Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор литературы 14
1.1 Проблема охраны окружающей среды от загрязнения отходами нефтедобычи, нефтепереработки и транспортировки нефти и нефтепродуктов 14
1.2 Источники загрязняющих веществ окружающей среды на объектах нефтегазовой отрасли 16
1.2.1 Нефтесодержащие производственно-технические отходы 17
1.2.2 Источники загрязнения природной среды при бурении скважин 19
1.2.3 Характеристика состава и загрязняющих свойств буровых отходов 20
1.3. Методы утилизации отходов добычи и переработки нефти 22
1.4 Биоремедиация нефтезагрязненных сред 23
1.4.1 Принципы разработки технологий биоремедиации нефтезагрязнснной среды 25
1.4.2 Микроорганизмы - деструкторы нефти и нефтепродуктов 26
1.4.3 Биопрепараты для биодеградации нефти, нефтепродуктов и органических полимеров буровых растворов 32
1.5 Поверхностно-активные вещества, продуцируемые микроорганизмами 40
1.5.1 Применение микробных биоПАВ 40
1.5.2 Типы микробных ПАВов 44
1.5.3 Роль микробных ПАВ в жизнедеятельности микроорганизмов 47
1.5.4 Способы очистки окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающие применение ПАВ 48
1.5.5 Основные сведения об эмульсиях и эмульгаторах 51
1.6 Подходы и способы интенсификации биодеградации нефти, нефтепродуктов и органических веществ буровых растворов
1.6.1 Способы и технологии биоремедиации нефтезагрязненных сред 54
1.6.2 Интенсификация биоремедиации нефтезагрязненных почв с помощью мелиорации 59
1.6.2.1 Восстановление нефтезагрязненных почв внесением органических и минеральных удобрений 59
1.6.2.2 Фиторемедиация почвы, загрязненной нефтью, нефтепродуктами и буровыми отходами 62
2 Материалы и методы исследований 68
2.1 Характеристика ксенобиотиков, использованных в работе 68
2.2. Биологические объекты исследования 68
2.3 Составы питательных сред, использованных в работе 69
2.4 Методы определения содержания нефти и нефтепродуктов 70
2.5 Метод оценки способности Вас. subtilis 1742D, Ps. putida 1301 и Rh. erythropolis АС—1339Д продуцировать биоэмульгаторы углеводородов нефти 70
2.6 Метод определения способности Rh. erythropolis АС-1339Д
продуцировать биоэмульгаторы углеводородов нефти на различных субстратах 71
2.7 Метод Купера для определения эмульгирующей активности 72
2.8 Метод определения влияния температуры на эмульгирующую способность биоПАВ, синтезируемого штаммом Rh. erythropolis AC-1339Д 73
2.9 Определение способности бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д к адгезии на углеводородный субстрат, содержащийся в водной среде 73
2.10 Метод изучения влияния продуктов окисления керогена сланцев на рост бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д и на биодеградацию нефти и гексадекана в водной среде 74
2.11 Метод изучения влияния продуктов окисления керогена сланцев на биодеградацию нефти в почве бактериями Rh. erythropolis АС 1339Д 75
2.12 Метод сравнения стимулирующей способности ВМК и дрожжевого автолизата по отношению к бактериям Rh. erythropolis AC-13 39Д 76
2.13 Метод изучения фитотоксичности ВМК и продуктов их
окисления 76
2.14 Метод подбора мелиорантов из растительных отходов (солома, остатки бобовых трав, опилки и гречишная шелуха) для интенсификации процесса биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» 76
2.15 Метод исследования влияния мелиорантов и чернозема на очистку нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» 78
2.16 Метод биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема, использования фитомелиорантов 79
2.17 Методы определения активностей дегидрогеназы, каталазы и инвертазы 82
2.18 Метод подбора растений-фитомелиорантов для процесса биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема и применения фитомелиорантов 82
2.19 Метод оценки биостойкости некоторых крахмальных реагентов (кукурузный крахмал, крахмал fito-R и Габроза EHV) и модификаций КМЦ (КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Selpol-RX и КМЦ-Финфикс) относительно бактерий Rh. erythropolis AC - 1339Д 83
2.20 Метод формирования математической модели, позволяющей прогнозировать результаты процесса биодеградации КМЦ бактериями 86 Rh. erythropolis AC - 1339 Д при изменении условий культивирования
Результаты экспериментальных исследований 89
3.1 Поиск продуцентов биоэмульгаторов углеводородов нефти из коллекционных нефтеокисляющих культур
3.1.1 Оценка способности Bacillus subtil is 1742D, Pseudomonas putida 1301 и Rhodococcus erythropolis АС-1339Д продуцировать биоэмульгаторы углеводородов нефти 89
3.1.2 Определение способности Rh. erythropolis АС-1339Д продуцировать биоэмульгаторы углеводородов нефти на различных субстратах 90
3.1.3 Поверхностные свойства культуральной жидкости Rh. erythropolis AC-1339Д при росте на нефти 92
3.1.4 Анализ биоэмульгаторов, образуемых Rh. erythropolis АС-1339Д 95
3.1.5 Изучение структуры эмульсии керосин - культуральная жидкость Rh. erythropolis АС-1339Д 97
3.1.6 Эмульгирующая способность культуральной жидкости Rh. erythropolis АС-1339Д по отношению к различным углеводородам 99
3.1.7 Изучение влияния температуры на эмульгирующую способность биоПАВ, синтезируемого штаммом Rh. erythropolis АС-1339Д 100
3.1.8 Способность бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д к адгезии на углеводородный субстрат, содержащийся в водной среде 101 3.2 Изучение влияния продуктов окисления керогена сланцев на рост
и нефтеокисляющую активность бактерий Rh. erythropolis AC - 1339Д 103
3.2.1 Изучение влияния продуктов окисления керогена сланцев на рост Rh. erythropolis AC - 1339Д 103
3.2.2 Изучение влияния продуктов окисления керогена сланцев на биодеградацию нефти бактериями Rh. erythropolis AC - 1339Д в водной среде 109
3.2.3 Изучение влияния продуктов окисления керогена сланцев на биодеградацию гексадекана бактериями Rh. erythropolis AC - 1339Д в водной среде 111
3.2.4 Изучение влияния продуктов окисления керогена сланцев на биодеградацию нефти в почве бактериями Rh. erythropolis AC - 1339Д 111
3.2.5 Сравнение стимулирующей способности ВМК и дрожжевого автолизата по отношению к бактериям Rh. erythropolis АС- 1339Д
3.2.6 Изучение фитотоксичности ВМК и продуктов его окисления 113
3.3 Оценка влияния мелиорантов (солома, остатки бобовых трав, опилки и гречишная шелуха) и чернозема на очистку нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» 11 5
3.3.1 Подбор мелиорантов из растительных отходов (солома, остатки бобовых трав, опилки и гречишная шелуха) для интенсификации процесса биоочистки нефтешлама от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» 115
3.3.2 Исследование влияния мелиорантов и чернозема на очистку нефтешлама от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» 120
3.3.3 Фитотоксическая активность нефтешлама, очищенного с помощью биопрепарата «Родотрин» и мелиорантов 126
3.4 Технология биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема, использования фитомелиорантов 128
3.4.1 Применение биопрепарата «Родотрин» для биодеградации нефти и нефтепродуктов в нефтешламе 128
3.4.2 Оценка необходимости дополнительного внесения биопрепарата «Родотрин» и биостимуляторов (диаммофос и биотрин) 137
3.4.3 Подбор растений-фитомелиорантов 139
3.4.4 Фиторемедиация нефтешлама после биоочистки биопрепаратом «Родотрин» 141
3.5 Использование бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д для биоочистки буровых отходов от органических полимеров ] 48
3.5.1 Биостойкость некоторых крахмальных реагентов (кукурузный крахмал, крахмал fito-R и Габроза EHV) и модификаций КМЦ (КМЦ Selpol-SL, КМЦ-Selpol-PvX и КМЦ-Финфикс) относительно бактерий Rh. erythropolis AC - 1339Д J48
3.5.2 Формирование математической модели, позволяющей прогнозировать результаты процесса биодеградации КМЦ бактериями
Rh. erythropolis AC - 1339Д при изменении условий культивирования 155
4 Промышленные испытания способа ликвидации нефтяных загрязнений с помощью биопрепарата «родотрин», биогенных добавок и фитомелиорантов 159
Основные выводы 162
Литература
- Нефтесодержащие производственно-технические отходы
- Способы очистки окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающие применение ПАВ
- Методы определения содержания нефти и нефтепродуктов
- Поверхностные свойства культуральной жидкости Rh. erythropolis AC-1339Д при росте на нефти
Нефтесодержащие производственно-технические отходы
В ближайшем будущем нефть и газ останутся главными первичными источниками, призванными удовлетворить основную часть потребностей современного человечества в энергии. Об этом свидетельствует непрерывное повышение удельной значимости природных углеводородов в топливном балансе развитых стран мира. В мировых запасах горючих ископаемых нефть составляет 10%, а уголь 70%. Человечество в настоящее время потребляет 70% нефти и только 10% угля. За сутки топлива потребляется столько, сколько природа может синтезировать за тысячелетие [1]. За последние 20 лет мировое энергопотребление увеличилось на 38% [2]. Россия относится к числу государств, наиболее обеспеченных энергетическими ресурсами. Она обладает пятой частью мировых, разведанных к настоящему времени запасов органического топлива - нефти, газа и угля. При этом запасы нефти в стране составляют 20% от мировых [2]. Объемы добычи и производства энергетических ресурсов и электроэнергии за последние годы в России значительно снизились. Между тем в России создан огромный потенциал энергосбережения, составляющий 40 - 45% современного энергопотребления [1]. Энергетическая политика России нацелена на проведение экстренных антикризисных мер. Важнейшей задачей предстоящего периода является формирование энергетики, отвечающей триединому критерию высокой энергетической, экономической и экологической эффективности. Нефтегазовая индустрия превратилась в доминанту энергетического роста и является необходимым условием решения этой задачи. В энергетической стратегии России на ближайшее десятилетие практически отсутствует альтернатива нефтегазовой отрасли как основе коренного качественного и количественного совершенствования развития топливно-энергетического комплекса. Россия стала правопреемником в газонефтеснабжении как стран СНГ, так и в удовлетворении потребности в природном газе и нефти европейских стран и США [1,2, 3]. Экспорт нефти и газа в эти страны стал для России главным источником пополнения бюджета, поэтому бюджет Российской федерации жестко привязан к ценам на нефть на мировом рынке и, несмотря на временные ограничения на вывоз нефть, объем добычи нефти в России увеличивается. Необходимо отметить, что на фоне общего экономического кризиса в России наблюдается также катастрофическая экологическая ситуация, которая с течением времени все больше усугубляется изношенностью основного оборудования, трубопроводов предприятий топливно-энергетического комплекса, недостаточностью средств на предотвращение и ликвидацию последствий загрязнения окружающей среды. При нынешних темпах развития производительных сил и освоения углеводородных ресурсов вопросы охраны окружающей среды приобретают особую остроту и социальную значимость. Это обусловлено тем, что производственная деятельность предприятий нефтяной и газовой промышленности неизбежно связана с техногенным воздействием нефтедобычи и нефтепереработки на объекты природной среды. Почти все производственные объекты нефтяной и газовой промышленности при соответствующих условиях загрязняют окружающую среду множеством опасных вредных веществ разной экологической значимости. Помимо собственных природных углеводородов, их спутников, продуктов переработки, в составе загрязняющих веществ содержатся многочисленные реагенты, катализаторы, поверхностно-активные вещества (ПАВ), ингибиторы, щелочи, кислоты, вещества, образующиеся при горении, химическом превращении и т. д. Геохимический техногенез свойственен всем этапам освоения месторождений углеводородов - от бурения до введения в эксплуатацию, а также на протяжении всего периода эксплуатации.
Известно, что степень нарушения природных экологических систем обусловлена не только самим загрязнителем, но и биологическими особенностями района. Это обусловлено тем, что природная среда обладает определенными самоочищающейся способностью и устойчивостью к техногенному воздействию [3, 4]. Основные районы ведения буровых работ бонифицированы по уровню их устойчивости [2, 5]. Из данных работ следует, что основные районы массового бурения (Западная Сибирь, Тимано Печерский бассейн, районы Татарстана и Башкортостана) относятся к группам высокого риска загрязнения объектов природной среды [2 - 5].
Таким образом, в России 70% объемов буровых работ приходится на экологически уязвимые районы с крайне неблагоприятными природно климатическими и почвенно-ландшафтными условиями, характеризующимися ограниченной самоочищающейся способностью и слабыми защитными функциями к любому антропогенному воздействию. В таких районах отмечаются нарушение естественного экологического равновесия, снижение народнохозяйственной ценности педо- и гидросферы, падение ресурсо-биогенетического потенциала биосферы, страдает генофонд, а в ряде случаев имеет место и деградация отдельных компонентов природной среды (резкое снижение рыбных запасов, стойкое загрязнение почвогрунтов и водных объектов, значительное уменьшение биотической нагруженности среды и т. д.). В связи с этим на современном этапе добычи, транспортировки, переработки и использования горючих природных ископаемых одновременно должны решаться две неразрывно связанные между собой проблемы: рациональное использование всех без исключения ресурсов, вовлекаемых в производство, и охрана природной среды.
Способы очистки окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающие применение ПАВ
Биологическая обработка загрязненной дизельным топливом почвы с использованием суспензионных и твердофазных реакторов периодического действия. Показано, что 10-дневный период гидравлического осаждения в почвенно-суспензионном последовательно загружаемом реакторе оптимален для испытываемых почв. Скорость и степень извлечения дизельного топлива были увеличены посредством повышения концентрации дизельного топлива в начале цикла. Правильно подобранная стратегия периодического аэрирования обеспечивает высокоэффективное общее извлечение дизельного топлива со значительным уменьшением его испарения, по сравнению с процессом непрерывной аэрации [134].
Разрабатываются методы интенсификации биоочистки нефтезагрязнепных почвогрунтов за счет их орошения суспензией микроорганизмов-деструкторов углеводородов в виде пены. Биопены являются источником питательных веществ и кислорода для бактерий. В то же время внесение микробной суспензии в виде пены обеспечивает равномерное поступление микроорганизмов независимо от рельефа на глубину 30 - 40 см. Основу биопены должны составлять поверхностно-активные вещества, которые должны обладать достаточно высокими пенообразующими свойствами, эмульгирующей активностью и способностью к биодеградации. Данный метод довольно широко применяется за рубежом. Например, фирма Biodetox использует в виде пены биопрепарат Noggies NG20 для очистки in-situ почвы, загрязненной углеводородами нефти. При заданных параметрах процесса (тип загрязнителя - легкие мазуты; глубина загрязнения - до 20 см; начальная концентрация углеводородов - 8000 - 9000 мг/кг а.с.п., продолжительность процесса -35 дней) содержание углеводородов снизилось до 700 мг/кг а.с.п. и степень биоочистки составила 91 - 92% [135]. В качестве основы биопен для микробной очистки нефтезагрязненных почв предлагаются, например, биоПАВ из мелассы и активного ила [136]. Применение биопрепарата «Лестан» в виде биопены для очистки нефтезагрязненной почвы (20500 мг углеводородов/кг сухой почвы) позволило снизить содержание нефти на 89% за 35 сут. [72].
Предлагаются способы биоремедиации нефтезагрязненных почв с применением сорбирующих материалов. Предлагается методы, в которых сорбирующие материалы используются просто как сорбенты углеводородов, в этом случае они вносятся до биопрепаратов и их роль заключается в снижении концентрации нефти и нефтепродуктов в среде. Более перспективно использование сорбентов, которые одновременно выполняют роль сорбента углеводородов нефти, иммобилизатора бактерий и стимулятора их роста и углеводородокисляющей активности. Например, предлагается метод восстановления плодородия почв с помощью активированного угля, пропитанного раствором неорганических солей. Повышение окисления ксенобиотиков обуславливается пролонгированным действием выщелачивания микроэлементов из пористой структуры активированного угля и активацией сорбирования токсичных остатков ксенобиотиков освобождающимися сорбционными центрами [137].
Особое место среди методов восстановления плодородия нефтезагрязненных почв и вод играют методы, основанные на мелиорации.
Главный эффект стимулирования биоочистки нефтезагрязненных почв от поступления в почву органических остатков состоит в их благотворном влиянии на структуру почвы и в том, что эти материалы содержат связанные элементы питания растений и микроорганизмов. Внесение органических удобрений является одним из приемов регулирования воздушного и водного режимов, относится к прямым приемам восстановления структуры почвы путем изменения её физических и физико-механических свойств. Улучшение структуры почвы при мелиорировании связано со снижением объемного веса, повышением скорости инфильтрации воды и водоудерживающей способности почвы. При разложении органических остатков происходит выделение тепла, поэтому внесение опилок, древесных стружек, остатков сельскохозяйственных и диких растений или компостов на их основе позволит создать наиболее благоприятные условия жизнедеятельности нефтеокисляющих бактерий и должно широко использоваться в очистке нефтезагрязненных почвогрунтов. Кроме того, при разложении органические вещества служат источниками легкоутилизируемых соединений углерода, азота, фосфора и других элементов питания. Интенсивность такого положительного действия органических удобрений определяется их качеством и дозой. Это представляет большой практический интерес точки зрения необходимости свести к минимуму применение азотных удобрений [138].
Таким образом, внесение органических остатков в принципе должно благоприятно влиять на процесс очистки почвы от нефти и нефтепродуктов
Главное воздействие минеральных удобрений на органическое вещество - косвенное. Оно проявляется через влияние на величину биомассы, создаваемой растениями, и на процесс превращения поступающих в почву органических остатков [16].
Положительное действие органических веществ на очистку нефтезагрязненных почв также связано с их сорбционными свойствами. Промывной водный режим и восстановительные условия среды, характерные для нефтезагрязненных почв северных регионов России, приводят к вымыванию интродуцированных клеток биопрепаратов, а также к подавлению их роста и углеводородокисляющей активности. Применение мелиорантов с адсорбирующими свойствами может быть решением обеих вышеозначенных проблем.
Методы определения содержания нефти и нефтепродуктов
Поверхностно-активные свойства, проявляемые культуральной жидкостью, могут быть обусловлены свойствами поверхности родококков. Известно, что поверхность большинства бактерий гидрофильна, и они имеют тенденцию оставаться в водной фазе, однако поверхность некоторых бактерий, наоборот, чрезвычайно гидрофобна, например, у микобактерий. Микобактерии имеют тенденцию скапливаться на границе раздела воздух/вода, а в масляно-водной системе быстро переходят в масляную фазу, например в нефтяную пленку на поверхности океана [43].
Целью опыта явилось определение способности бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д к адгезии на углеводородный субстрат, содержащийся в среде. В качестве углеводородного субстрата был использован гексадекан. Для определения способности Rh. erythropolis переходить в гексадекановую фазу в системе гексадекан/вода подсчитывалось количество клеток в водной фазе до и после внесения гексадекана.
После внесения гексадекана в минеральную среду, содержащую родококки в количестве внесения гексадекана (l,6±0,7)xlOJ.
Из полученных 9,9x10 кл/мл, перемешивания и отстаивания визуально наблюдалось скопление родококков в гексадекановом слое, так как он приобрел явственную палево-розоватую окраску, характерную для клеток Rh. erythropolis AC-13 39Д. В результате подсчета клеток методом высева на К А были получены следующие значения количества родококков в водной фазе (кл/мл): - до внесения гексадекана (7,9±1,5)х10 ; - после данных можно сделать вывод, что в системе углеводород - вода наибольшее количество клеток штамма Rh. erythropolis АС-1339Д будет содержаться в углеводородной фазе по сравнению с водной фазой. Например, содержание родококков в гексадекановой фазе было на 6 порядков выше, чем в водной фазе.
Таким образом, можно сделать обобщенный вывод по данной серии опытов: при росте на углеводородных субстратах типа нефти и гексадекана бактерии Rh. erythropolis АС—1339Д способны продуцировать поверхностно-активные вещества. Образуемые биоПЛВ являлись частично внеклеточными (приблизительно на 50%), так как эмульгирующая активность и снижение поверхностного натяжения культуральной жидкости Rh. erythropolis и ее супернатанта различались. При этом культуральная жидкость данного штамма родококков является сложной системой, включающей различные метаболиты, взаимно влияющих на проявление поверхностно-активных свойств. В экспоненциальной и линейной фазах, а также в начале стационарной фазы основная часть продуцируемых биоПАВов является катионоактивными, при этом в системе вода - керосин происходило образование эмульсии обратного типа (в/м) со средним диаметром капель 38-42 мкм.
В нефтезагрязненной среде родококки будут перераспределяться между водной и гидрофобной (нефтяной) фазами с преимущественным накоплением в последней. Таким образом, можно сказать, что родококки обладают повышенным сродством к нефти и нефтепродуктам.
На основе штамма Rh. erythropolis ВКМ АС-1339Д создан эффективный нефтеокисляющий биопрепарат «Родотрин» [22]. Известно, что эмульгирование нефти и нефтепродуктов в среде интенсифицирует их биодеградацию. Для этого в среду, загрязненную нефтью и нефтепродуктами, вносят или ПАВ, или микроорганизмы, продуцирующие ПАВ in situ. Поэтому способность данного штамма Rh. erythropolis АС-1339Д к адгезии на углеводородный субстрат и его способность продуцировать частично внеклеточные эмульгаторы углеводородов нефти являются несомненным преимуществом биопрепарата «Родотрин». Эти свойства штамма Rh. erythropolis АС-1339Д позволяют достигнуть высоких результатов очистки среды от нефти и нефтепродуктов без внесения каких-либо дополнительных эмульгаторов углеводородов нефти.
Одним из перспективных направлений интенсификации биодеградации нефти и нефтепродуктов в почве и водной среде является применение ПАВ, которые одновременно выполняют роль стимуляторов роста углеводородо-кисляющих бактерий.
Цель работы - изучить стимулирующую роль продуктов окисления керогена сланцев на рост и нефтеокисляющую активность бактерий Rh. erythropolis AC-1339Д.
При окислении керогена гдовских сланцев кислородом воздуха в водно-щелочной среде образуются высокомолекулярные и двухосновные кислоты. Выход и процентное соотношение кислот зависят от условий процесса окисления (продолжительности процесса, давления воздуха, степени измельчения керогена, щелочных добавок и т.д.). Среди двухосновных кислот значительную часть (до 33% масс.) составляет янтарная кислота [165].
Известно, что органические соединения, молекулы которых содержат гидрофильные и гидрофобные атомные группы, являются ПАВ [87, 128]. Высокомолекулярные кислоты (ВМК) относятся к типичным ПАВ. Поэтому наличие в продуктах окисления керогена сланцев ВМК позволили предполагать наличие поверхностно-активных свойств.
Предполагается, что у ряда актшгомицетов цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) является разомкнутым из-за отсутствия а-кетоглутаратдегидрогеназы, поэтому активный рост и потребление субстратов возможны только при наличии мощных анаплеротических реакций, обеспечивающих пополнение ЦТК за счет генерации четырехуглеродных дикарбоновых кислот. Рядом исследователей было показано, что культуры нокардий быстрее растут на ацетате или углеводородных субстратах, чем на глюкозе. Ацетат индуцирует у них ферменгы глиоксилатного цикла, который является в данном случае важнейшим механизмом восполнения оксалоацетата [24]. Исходя из особен
Поверхностные свойства культуральной жидкости Rh. erythropolis AC-1339Д при росте на нефти
Исследования многих авторов показали, что активность инвертазы лучше других ферментов отражает уровень плодородия и биологической активности почвы [16, 144]. Нужно отметить, что в опыте с «Родотрином» без системы аэрирования и в опыте с «Родотрином» и системой аэрирования отмечалось не только увеличение активностей каталазы и дегидрогеназы, но и инвертазы. Данные по активностям дегидрогеназы, каталазы и инвертазы представлены в таблице 3.4.6.
Из таблицы 3.4.6 следует, что биоочистка нефтешлама от нефти и нефтепродуктов с помощью биопрепарата «Родотрин», системы аэрирования и растений-фитомелиорантов (костра и суданской травы) на 540 сут. увеличивало активность инвертазы до 11,9 мг глюкозы/(г грунта за 24 часа) для верхнего слоя и 9,1 мг глюкозы/(г грунта за 24 часа) для нижнего, что составляло 68,4 и 52,3% от активности инвертазы незагрязненного чернозема.
Наилучшие результаты по биодеградации нефти и нефтепродуктов были получены при очистке нефтешлама с помощью биопрепарата «Родотрин», системы аэрирования и фитомелиорантов: через 540 сут. содержание нефти и нефтепродуктов в верхнем слое нефтешлама составило 0,2 мг/ггрунта, в нижнем - 0,3 мг/г грунта (рисунок 3.4.3), что меньше нормативно допустимого содержания нефти и нефтепродуктов в почве (1 мг/г почвы) [176].
В то время как при очистке нефтешлама только с помощью биопрепарата «Родотрин» и фитомелиорантов при снижении содержания нефти и нефтепродуктов в верхнем слое до 0,9 мг/г грунта (рисунок 3.4.3), очистка нижнего слоя недостаточно эффективна (содержание нефти и нефтепродуктов составило 14,7 мг/г грунта). Высокая степень биодеградации нефти и нефтепродуктов при применении разработанной технологии также подтверждается данными газохроматографического анализа (приложение А). Таким образом, применение биопрепарата «Родотрин», системы аэрирования и фитомелиорантов (костра и суданской травы) позволяет снизить содержание нефти и нефтепродуктов ниже допускаемого уровня за 540 сут. как в нижнем, так и в верхнем слоях нефтешлама модельной установки.
Полученные результаты позволяют сделать предположение, что разработанная технология биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема, применения фитомелиорантов может являться базовой для очистки донных осадков нефтешламовых амбаров, а также для восстановления нефтезагрязненных почв в природных условиях или в условиях специальных полигонов, предназначенных для переработки, очистки и восстановления нефтезагрязненных почвогрунтов.
Трудноудаляемым загрязняющим компонентом буровых отходов является органика, представленная широкой гаммой химических реагентов, применяемых в бурении. Подавляющая часть таких веществ является структурообразующей органикой, обладающей выраженным стабилизирующим эффектом, что в сочетании с коллоидной составляющей минеральной части взвешенных веществ (глинистая фракция), придает буровым отходам повышенную агрегативную устойчивость. Такие стабилизированные коллоидно-дисперсные системы становятся малочувствительными к физико-химическому воздействию и для их дестабилизации требуются значительные энергетические затраты [3, 177, 178]. В связи с этим при подборе органических добавок в буровой раствор необходимо учитывать их биостойкость с целью защиты от них окружающей среды.
Целью исследований явилась оценка биостойкости некоторых крахмальных реагентов (кукурузный крахмал, крахмал fito-R и Габроза EHV) и модификаций КМЦ (КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Selpol-RX и КМЦ-Финфикс) относительно бактерий Rh. erythropolis АС-1339Д.
Для оценки биостойкости указанных модификаций КМЦ и крахмальных реагентов относительно бактерий Rh. erythropolis были проведены эксперименты в жидкой минеральной среде 1 с добавлением в качестве фактора роста дрожжевого автолизата. В качестве единственного источника углерода и энергии добавляли соответствующий буровой реагент: КМЦ в количестве 0,3, 0,5 и 1,0% масс; крахмальный реагент в количестве 0,5 и 1,0% масс. Культивирование производили в качалочных колбах на термостатированной качалке при температуре 30С и частоте вращения 100 мин" в течение 8 ч в сутки, в течение 16 ч в сут. колбы содержались в термостате при 30С.
О степени биодеградации крахмала судили по уменьшению количества крахмала, а также косвенно по приросту численности бактерий. О степени биодеградации КМЦ судили по изменению удельной вязкости культуральной жидкости, а также косвенно по приросту численности бактерий и изменению рН среды.
Степень биодеградации крахмальных реагентов бактериями Rh. erythropolis в жидкой минеральной среде представлена в таблице 3.5.1.
Численность микроорганизмов, внесенных в жидкую минеральную среду вместе с крахмальными реагентами, составляла в среднем 1,2 - 5,6 х 10 кл/мл (таблица 3.5.2), в дальнейшем при культивировании их численность увеличилась в 1,6 - 3,5 раза. Предварительный анализ крахмалдеструкти-рующей активности аборигенной микрофлоры показал, что степень разложения крахмальных реагентов за 10 сут. не превышала 3,4% относительно их первоначального содержания. Аналогичные результаты наблюдались в опытах с модификациями КМЦ, так, степень биодеградации КМЦ аборигенными микроорганизмами не превышала 2,6% относительно их первоначального содержания. Таким образом, жизнедеятельность микроорганизмов, инфицирующих крахмальные реагенты и КМЦ, подавлена, поэтому степень биодеградации крахмальных реагентов и КМЦ рассчитывали относительно контрольных колб, содержащих нестерильные крахмальные реагенты (или КМЦ), но не инокулированных бактериями Rh. erythropolis.
Результаты прироста численности родококков на исследуемых крахмальных реагентах показывают, что динамика численности родококков во всех опытах была сходной и выражалась в постепенном увеличении их количества на два порядка и последующем снижении к концу эксперимента на 10 сут. Вместе с тем, численность родококков была различной и зависела от вида используемых крахмальных реагентов. На протяжении всего эксперимента наибольшая численность бактерий наблюдалась в вариантах с крахмалом fito-R. Например, в вариантах с начальной концентрацией крахмальных реагентов 1,0% масс, численность родококков на крахмале fito-R составила 250,7x107 кл/мл на 8 сут., в то время как на кукурузном крахмале только
