Эффективность очистки нефтезагрязненных почв с использованием микроорганизмов

В статье авторы представляют эффективность очистки почв, загрязненных нефтепродуктами, путем биоремедиации. Дана характеристика углеводородокисляющих штаммов, их морфологических, физико-биохимических свойств. Также приводится информация об исследовании с использованием штаммов при биоремедиации загрязненных нефтью почв.

Ключевые слова: нефть, почва, углеводородокисляющие бактерии, биоремедиация.

Сегодня одной из важнейших экологических проблем является загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Другими словами, из-за негативных условий на различных нефтедобывающих заводах-производствах нефтяные углеводороды попадают в почву, нарушая ее биологический баланс, почвенный микрорегион, а также ряд процессов в почвенном биоценозе, таких как нитрификация, нитрификация, дыхание.

В загрязненной нефтью почве относительный показатель между углеродом и азотом быстро увеличивается, что ухудшает азотный режим почвы и нарушает корневое питание растения, а также снижает водопоглощающие свойства частиц почвы. Кроме того, нефть вытесняет кислород, когда она выливается в землю и впитывается в почвенную кору, а кислород необходим для выживания растений и микроорганизмов.

Процессы естественного разложения загрязняющих веществ нефтью занимают довольно много времени, и даже процесс ускорения разложения нефти и нефтепродуктов механическими и физико-химическими методами, это не полностью уничтожает загрязняющие вещества в природной экосистеме.

Из многочисленных методов, снижающих концентрацию нефти в почвах, рассматриваются биологические методы, основанные на естественных процессах разложения нефти, в которых принимают участие микроорганизмы, окисляющие углерод, такие как бактерии, грибы и дрожжи.

Микроорганизмы, окисляющие углеводороды, широко распространены в природных экосистемах, и основным вкладом микробиологического разрушения является способность микроорганизмов использовать нефть и нефтепродукты в качестве источника энергии и углерода. Это позволяет снизить содержание масла при низких эксплуатационных затратах и простоте решения.

Таксономический состав водных углеводородокисляющих бактерий очень разнообразен, описано 28 родов бактерий и 14 родов грибов. В составе углеводородокисляющей микрофлоры чаще всего присутствуют: Rhodococcus, Nocardia, Corynebacterium, Frankia, Nocardiopsis, Brevibacterium, Actinomadura, Mycobacterium, Pseudonocardia, Pseudomonas, Acinetobacter, yeast genera Candida, Rhodotorula, Trichosporom, mycelial fungi genera Aspergillus, Penicillum, Gunninghamella, Cladosporum.

В почвах микроорганизмы в основном представлены бактериями и грибами. Описано 22 рода бактерий и 19 родов дрожжей. Роды Pseudomonas, Arthrobacter, Mycobacterium, Brevibacterium, Rhodococcus, Bacillus, Nocardia, Achromobacter, Micrococcus, Klebsiella, Enterobacteriaceae, Mycobacterium, Beierinckia, Alcaligenes, Corynebacterium, Xanthomonas и другие относятся к наиболее обитаемым видам в почвах.

Процесс биоремедиации можно рассматривать как способ, с помощью которого можно ускорить естественный процесс разложения нефти. Основными факторами, влияющими на применение этого метода, являются погодные условия, характеристики загрязняющего вещества, свойства почвы и условия эксплуатации. Также на эффективность биоремедиации влияет концентрация микроорганизмов, окисляющих углеводороды, наличие в почве таких питательных веществ, как растворенный кислород, азот и фосфор.

Таблица 1

Биоремедиация загрязненных нефтью почв (адаптировано из статьи Лима М. В. и др.)

М. В. Ахмадиев провел работу по оценке эффективности применения биопрепарата на основе аборигенных штаммов микроорганизмов, окисляющих углеводороды, выделенных из загрязненной нефтью почвы, и установил, что при применении биопрепарата на основе аборигенных культур биодеструкция нефтяных углеводородов Бугурусланского месторождения микроорганизмами происходила сразу после внесение биопрепарата в загрязненную нефтью почву без затрат времени на адаптацию культур к фактическому фракционному составу нефтепродуктов. Также М. В. Ахмадиев провел микроскопию во время приготовления биопрепарата, которая показала, что постепенно происходит процесс разрушения масла и его усвоения микроорганизмами (Рисунок 1, б), в то время как в варианте эксперимента биодеградации масла без УФ не происходило (Рисунок 1, а).

Рис. 1. Микроскопическая картина разрушения сырой нефти микроорганизмами (×800): а — контрольный вариант без микроорганизмов, окисляющих углеводороды; б — вариант с микроорганизмами, окисляющими углеводороды [2, с. 14]

В лабораторном эксперименте М. Паква-Плоциничака, Г. Анна Плазаб и З. Пиотровска-Сегета обнаружила, что консорциум B. subtilis и Pseudomonas sp. обладали большим потенциалом для усиления биоремедиации загрязненных нефтью почв, чем только эти штаммы.

Из исследовательской работы можно выделить следующее: были затронуты проблемы и важность этой темы, описаны бактерии, окисляющие углеводороды, и выделены бактерии с наибольшим потенциалом биоремедиации, такие как B. subtilis и Pseudomonas sp.

Литература:

1. Файзов К. Ш., Раимжанов М. М., Алимбеков Ж. С. Экология Мангышлак-Прикаспийского нефтегазового региона. Алматы. 2003.
2. Оценка воздействия на окружающую среду биологического продукта, окисляющего нефть. ТОО «ЭКО-САФ», Атырау, 2018.
3. О. А. Гоголева, Н. В. Немцева. Углеводородокисляющие микроорганизмы природных экосистем. Вестник Оренбургского научного центра Уральского отделения Российской академии наук (электронный журнал), 2012, № 2.
4. Аббасян Ф. Изменения биоразнообразия в микробной популяции почв, загрязненных сырой нефтью / Ф. Аббасян, Р. Локингтон, М. Мегарадж, Р. Найду // Современная микробиология. — 2016. — Т. 72. — №. 6.
5. Лим М. В. Комплексное руководство по технологиям восстановления загрязненных нефтью почв — текущие работы и будущие направления / М. В. Лим, Э. Фон Лау, П. Э. По // Бюллетень загрязнения моря. — 2016. — Т. 109.
6. Ахмадиев М. В. Применение нативных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов в биоремедиации нефте-загрязненных почв и грунтов / М. В. Ахмадиев// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. — 2014. — № 2(14).