Введение к работе
Актуальность работы
Проблема разливов углеводородов нефтяного происхождения, в результате которых большие массы токсичных соединений попадают в почву и воду, занимает особое место. В России существует устойчивая тенденция к увеличению аварийности промышленных производств, связанных с переработкой углеводородного сырья или применением больших объемов растворителей на его основе, из-за несовершенства технологических процессов, изношенности оборудования, а также коррозии трубопроводных систем. По данным Международного социально-экологического союза, размеры утечек углеводородов на предприятиях нефтехимической, химической и нефтеперерабатывающей отраслей составляют от 1,5 до 11% от объемов годовой добычи жидкого углеводородного сырья. Содержание углеводородов в почве на территориях ряда предприятий достигает 4 т/га, а в среднем составляет около 1,8 т/га.
При рекультивации загрязненных углеводородами почвенных экосистем применяются различные методы: физико-химические, механические, биологические. На биологическом этапе рекультивации и при низкой концентрации углеводородов в почве, не превышающей 5-20%, в зависимости от типа почвы, используются препараты на основе бактерий - или дрожжей-деструкторов углеводородов, или же происходит стимулирование почвенных микроорганизмов за счет введения питательных веществ в загрязненную систему.
Основной проблемой при использовании известных биопрепаратов для
рекультивации загрязненных углеводородным сырьем почв является снижение
численности или даже полная гибель внесенных микробных популяций.
Причинами этого могут быть вытеснение или выедание внесенных
микроорганизмов местной почвенной микрофлорой, их вымывание из верхних
почвенных горизонтов, неустойчивость углеводородокисляющих
микроорганизмов (УОМ) к ароматическим углеводородам.
Токсическое действие залпового характера углеводородов на местную
микробиоту, а также накопление в почве токсичных соединений значительно
снижает микробиологическую активность почв, в том числе ее
углеводородокисляющий потенциал. Кроме того, важным негативным
фактором являются низкие средние температуры основных промышленных регионов России, в особенности районов Восточной и Западной Сибири, где проблема углеводородного загрязнения почв стоит особенно остро. Это значительно ограничивает временной интервал активной работы известных биопрепаратов в процессе рекультивации.
В связи с этим большую актуальность для процессов рекультивации природных почвенных экосистем приобретает использование высших древоразрушающих грибов (базидиомицетов) как агентов-деструкторов углеводородов. Эти грибы способны вырабатывать широчайший спектр ферментов, расщепляющих такие сложные вещества, как, лигнин, целлюлоза, алканы, конденсированная ароматика, углеводороды других групп и т.д. В процессе роста они способны обеспечить доступ кислорода по почвенному профилю, что благоприятно сказывается на состоянии почвенной экосистемы и развитии флоры и фауны почвы, процессах восстановления экосистем после негативной техногенной нагрузки. Базидиомицеты, образуя консорциум с представителями аборигенной микробиоты почвы или УОМ промышленных биопрепаратов, способны усваивать чужеродные для живых организмов химические вещества (ксенобиотики), в том числе многочисленные токсичные соединения, не доступные для окисления другим группам организмов почвенной экосистемы. Кроме того, в составе указанных грибов содержится большое количество питательных веществ и микроэлементов, которые могут быть полезными для обитателей микробиоценоза почвы.
Эффективность исследуемых биодеструкторов на основе высших древоразрушающих грибов для восстановления почвенных экосистем может быть значительно увеличена за счет объединения в одном препарате бактериальных и грибных организмов или продуктов их метаболизма. Более широкий температурный диапазон, в котором исследуемые грибные организмы сохраняют достаточно высокую активность (до 5-10С) также способствует повышению эффективности биопрепаратов на их основе.
Таким образом, высшие нетоксигенные грибы, способные утилизировать широкий набор различающихся по химической природе субстратов и являющиеся источником разнообразных питательных веществ и микроэлементов, представляются весьма актуальными и перспективными
объектами-деструкторами углеводородов в практике рекультивационных мероприятий загрязненных почв.
Цель работы и задачи исследования
Основная цель данного исследования заключалась в разработке метода рекультивации загрязненных углеводородами почв за счет совместного применения биодеструкторов на основе высших древоразрушающих грибов и УОМ.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Провести отбор видов и штаммов высших древоразрушающих грибов, способных колонизировать загрязненный углеводородами субстрат -потенциальных биодеструкторов углеводородов;
-
Разработать систему оценки и провести изучение способности отобранных объектов к деструкции углеводородов различной структуры;
-
Выявить аспекты взаимодействия между исследуемыми биодеструкторами и УОМ в процессе их жизнедеятельности - совместный нефтедеструктивный потенциал;
-
Провести оценку деструкции углеводородов при комплексном воздействии биодеструкторов и УОМ на ксенобиотики;
-
Оценить деструкцию углеводородов отобранными грибными биодеструкторами в условиях полевых испытаний.
Научная новизна
Впервые установлено, что более интенсивное восстановление нефтезагрязненных почв за счет отобранных биодеструкторов вызвано спецификой их развития как на поверхности, так и в объёме загрязненного субстрата.
Показана возможность совместного применения исследованных грибных биодеструкторов и УОМ промышленного биопрепарата «Девороил» с целью интенсификации процессов восстановления загрязненных почвенных экосистем.
Впервые установлена высокая устойчивость отобранных штаммов грибов к токсическому действию полиароматических углеводородов (ПАУ) в высокой концентрации (2 % масс).
Практическая значимость
Доказана эффективность окисления углеводородов отобранными биодеструкторами в условиях лабораторных и полевых испытаний. Натурные испытания показали, что биодеструкторы на основе исследуемых представителей высших древоразрушающих грибов могут являться основой для создания высокоэффективного комплексного биопрепарата для ликвидации разливов углеводородов и применяться в технологиях рекультивации почв как самостоятельные углеводородные биодеструкторы.
Результаты, полученные в данной работе, могут иметь значение как для проведения биологического этапа технологических работ по рекультивации загрязненных углеводородами почв, а также могут использоваться в качестве учебных материалов для чтения курса лекций по промышленной экологии: «Охрана почв, рекультивация земель и утилизация отходов на предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и газохимии», «Экологические проблемы нефте- и газопереработки и нефтехимии», «Промышленная экология».
Апробация работы
Основные результаты исследований были представлены в докладах и презентациях на российских и зарубежных научных конференциях: III Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 24-28 мая 2010г.); SPE Russian Oil and Gas Conference and Exhibition (October 26-28, 2010, Moscow); Вторая международная студенческая научная и практическая конференция «Нефтегазовые горизонты» (Москва, 6-7 декабря 2010г.); Первый Российский Нефтяной Конгресс (Москва, 14-16 марта 2011г); 65-ая международная студенческая научная конференция «Нефть и газ 2011» (Москва, 11-14 апреля 2011г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 2 тезиса докладов конференций и 3 доклада в сборниках материалов научно-технических конференций.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из аннотации, списка сокращений, введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, трех приложений. Библиография включает наименований 119, в том числе 33 иностранных источника. Диссертация иллюстрирована 14 таблицами, 28 рисунками.
Работа посвящается памяти моей мамы Коканиной Анны Прокопъевны, которая подарила мне жизнь, была надежной опорой и поддержкой для меня каждую минуту своей жизни и сделала все, чтобы эта работа была завершена.
