В работе представлены современное состояние экологических проблем в местах расположения предприятий нефтегазового комплекса, проблемы загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Для решения данных экологических проблем является применение биологических технологий, основанных на использовании микробных биопрепаратов, изготовленных из активной биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов; для таких микроорганизмов углеводороды являются естественным источником питания, поэтому в процессе жизнедеятельности они, активно размножаются, потребляя загрязнения вплоть до их полного исчерпания.
Биопрепарат «Родер» для очистки почв ─ изобретение относится к области биотехнологии и является высокоэффективным. Биопрепарат «Родер» на основе только R — диссоциантов штаммов Rhodococcusruber ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д, выращиваемых на средах с высоким содержанием морской соли. Отселекционированные микроорганизмы, входящие в состав препарата, способны размножаться и деградировать углеводороды нефти.
Ключевые слова: углеводородокисляющие микроорганизмы, биогенные элементы (азот, фосфор, калий), технология очистки, биопрепарат «Родер».
The paper presents the current state of the environmental problems in the locations of oil and gas companies, the problem of soil pollution by oil and oil products. To solve these environmental problems is the use of biological technologies based on the use of microbial inoculants made of active biomass hydrocarbon-oxidizing microorganisms; for microorganisms such hydrocarbons are a natural food source, so they are in the process of life, actively proliferate, consuming dirt up to their complete exhaustion.
Biological product «Roder» for cleaning soils ─ invention relates to the field of biotechnology and is highly effective. Biological product «Roder» based only R — dissociants strains Rhodococcusruber VKM Ac — 1513 D & Rhodococcuserythropolis VKM Ac — 1514 D grown in environments with a high content of sea salt. Otselektstion microorganisms belonging to the drug, able to multiply and degrade petroleum hydrocarbons.
Key words: hydrocarbon-oxidizing microorganisms, biogenic elements (nitrogen, phosphorus, potassium), cleaning technology, biological product «Roder».
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами сказывается на спектральной отражательной способности почв. Обволакивая почвенные частицы, нефть изменяет спектральные характеристики почв. Снижает окислительно-восстановительный потенциал и емкость поглощения. Нейтральная и слабощелочная реакция нефти обуславливает подщелачивание почвенного раствора и увеличение рН. Плодородие почв связано с большим числом соединением, продуцируемых почвенными микроорганизмами ферментами, витаминами, аминокислотами, токсинами и другими. [1]
Высокая интенсивность процессов трансформации характерна для почв с высоким уровнем естественного плодородия, имеющих благоприятных режим аэрации и высокую биологическую активность; в почвах супераквальных ландшафтов (с избыточным увлажнением) разложение нефти замедленно. При этом процессы оглеения можно рассматривать как фактор, препятствующий деструкции нефти в почвах. [4]
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в настоящее время является актуальной проблемой. Извлечение нефти из недр, очистка и транспортировка представляют собой не только технически сложные, но и опасные процессы, так как при разработке месторождений невозможно сохранить естественные экологические условия. Неизбежно каждая стадия производства работ по добыче сопровождается утечкой нефти, что может стать причиной непоправимых явлений. Хронические разливы нефти являются серьезной угрозой окружающей среде и здоровью людей. [2]
Современное состояние экологических проблем в местах расположения предприятий нефтегазового комплекса требует скорейшей разработки и внедрения, новых научно-технологических решений по ликвидации углеводородного загрязнения.
Наиболее перспективным, экологически чистым и часто единственно возможным способом решения данных экологических проблем является применение биологических технологий, основанных на использовании микробных биопрепаратов, изготовленных из активной биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов; для таких микроорганизмов углеводороды являются естественным источником питания, поэтому в процессе жизнедеятельности они, активно размножаются, потребляя загрязнения вплоть до их полного исчерпания.
Технология очистки заключается во внесении препарата на загрязненную территорию или его смешивании с источником загрязнения в присутствии биогенных элементов (азота, фосфора, калия и др.) в виде обычных минеральных удобрений. [3]
Биопрепарат «Родер» для очистки почв ─ изобретение относится к области биотехнологии и является высокоэффективным. Биопрепарат «Родер» на основе только R — диссоциантов штаммов Rhodococcusruber ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д, выращиваемых на средах с высоким содержанием морской соли. Отселекционированные микроорганизмы, входящие в состав препарата, способны размножаться и деградировать углеводороды нефти в широком диапазоне солености (0,05–10 %) (оптимальная соленость среды 3–5 %) и температур (8–35°С) (оптимальная температура 25–27°С). В лабораторных условиях достигалась 81 % очистка грунта от нефтяного загрязнения; в природных условиях на грунте за один сезон достигалась 65 %, а на водных поверхностях 99 % очистка от нефтяного загрязнения. Эффективность препарата высока как в различных почвогрунтах, так и в пресной и морской воде. Препарат создает благоприятные условия для рекультивации почв. В экосистемах, постоянно загрязняемых нефтепродуктами, широко распространены микроорганизмы, принадлежащие роду Rhodococcus. Для родококков характерно использование различных органических соединений, в частности углеводородов нефти, в качестве единственного источника углерода и энергии. Размножение родококков на средах с углеводородами нефти происходит в широком интервале рН и температур. В состав многих биопрепаратов, предназначенных для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов, входят штаммы бактерий рода Rhodococcus.
После завершения очистки избыточная масса вносимых в окружающую среду микроорганизмов отмирает и превращается в легкоусвояемые растениями органические вещества. Это означает, что биопрепараты, в состав которых входят родококки, являются экологически безопасными и наиболее перспективными для очистки окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами [5].
Существенными признаками изобретения являются:
1. Вхождение в состав биопрепарата штаммов, являющихся только R-формами;
2. Способность штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов, входящих в состав биопрепарата, расти на обедненной питательной среде, и деградировать нефть в условиях высокой минерализации в любых ландшафтах независимо от типа загрязненного объекта;
3. Низкая фитотоксичность биопрепарата, выгодно отличающая его от известных биопрепаратов для деградации нефти.
Получение R-форм нефтеокисляющих микроорганизмов Rhodococcusruber ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д проводят путем частых пересевов (каждые три дня) с питательной среды в свежую питательную среду следующего состава, г\л: калий азотнокислый — 1,0, аммоний хлористый — 2,0, калий фосфорнокислый двузамещенный — 1,0, натрий фосфорнокислый однозамещенный — 1,5, магний сернокислый водный — 0,2, марганец сернокислый водный — 0,02, в которую добавлена морская соль — 30,0–50,0 и нефть — 40 мл, рН 7,0–7,4. После трех пересевов в вышеприведенную жидкую среду обязательным является последующий высев клеток штаммов на мясопептонный агар (МПА), разбавленный 1:1 минеральной средой вышеприведенного состава для контроля наличия R-форм штаммов. Такой подход позволяет селекционировать как получение R-форм родококков, так и их адаптацию к повышенной концентрации нефтепродуктов в среде и к повышенному содержанию в среде минеральных солей. Для масштабированного применения родококки ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д, выращенные на вышеуказанной среде, рассеивают на чашки Петри со средой, г/л: кукурузный экстракт — 10,0, ФБМ (ферментолизат биомассы микроорганизмов) — 3,0, NaCl — 10,0, агар — 2,5, рН — 7,2–7,5. Колонии R-формы переносят в пробирки со стерильной водой, содержащей 0,01 % Твина — 80. Полученной суспензией засевают стеклянные матрасы с указанной агаровой средой. Биомассу родококков R-формы в возрасте 7–10 суток используют для приготовления биопрепарата, предназначенного для работы в условиях низкой минерализации, входящие в его состав родококки выращивают в указанной жидкой среде (без агара) в течение 24–28 часов. Для приготовления препарата, предназначенного для расщепления нефти в морской воде или в условиях высокой минерализации, биомассу получают на среде указанного состава, но с заменой NaCl 10,0 г/л на 30,0–50,0 г/л морской соли.
Рис. 1. Пример использования биопрепарата
Биомассу двух штаммов родококков R-формы (ВКМ Ас — 1513 Д и Rhodococcuserythropolis ВКМ Ас — 1514 Д) в возрасте 48 ч переносят в колбы со стерильной средой следующего состава, г/л: калий фосфорнокислый двузамещенный — 1,0, натрий фосфорнокислый однозамещенный — 1,5, аммоний хлористый — 2,0, морская соль — 30,0–50,0 и нефть — 40 мл, рН 7,0–7,4. В колбы Эрленмейера объемом 250 мл вносят нефть 2 мл на 50 мл среды. Биомассу добавляют к среде в таком количестве, чтобы в 1 мл среды содержалось около 103 мл. Инкубацию проводят при температуре 17–20°C в стационарных условиях с периодическим встряхиванием (один раз в 5–7 дней). Количество деградированной нефти оценивают через каждые 10 дней инкубации с помощью гравиметрического метода [6].
Литература:
1. Боровский В. М. «Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана». Алматы, Наука, 1982.
2. Жанбуршин Е. Т. «Проблемы загрязнения окружающей среды нефтегазовой отраслью Республики Казахстан» // Нефть и газ.-2005. –№ 2 — стр. 84–92.
3. Кулжанова К. А., Чукпарова А. У., Шорабаев Е. Ж., Апендина Г. С., Туякбаева А. У., Текебаева Ж. Б., Саданов А. К., Айткельдиева С. А.,Талжанов Н. А., Шарапиденов К. Т. «Технология восстановления почв Атырауской области от нефти и нефтепродуктов с применением микроорганизмов» // Материалы 1-ой Международной конференции Астана Биотех, Астана, 12–13 декабря. — Астана, 2008 — стр.61.
4. Фаизов К. Ш. «Почвы Казахской ССР», выпуск 13 Гурьевская область. — Алма-Ата: Академия Наук Казахской ССР. Институт почвоведения. — 1970. — стр 176.
5. Жмыхов А. А. «Мониторинг земель Атырауской области». Аналит. обзор Атырау: ЦНИТИ, 2002.
6. Семенов А. Д. Страдомская А. Г., Павленко Л. Ф. «ИК спектрометрические методы определения нефтепродуктов в поверхностных водах. — В кн.: Методы определения нефтепродуктов в поверхностных водах» Л., Гидрометеоиздат, 1976.-стр. 47–55.
