У даній статті наводяться результати по гідрохімічного і мікробіологічному аналізу замазученних стічних вод. Виявлено, що аборигенна мікрофлора бере активну участь в біодеградації нафтових вуглеводнів. Внесення циано-бактеріальних спільнот і вищої водної рослинності активізує процеси самоочищення стічних вод від нафтопродуктів. Про це свідчать спад сумарних нафтових вуглеводнів - на 98%; оптичної щільності - на 71%.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Гальперіна Аліна Равильевна


THE NATIVE MICROORGANISMS OF OIL HYDROCARBONS IS FOUNDATION OF ECOLOGYCAL BIONECHNOLOGY

In this article we adduced results investigation of hydrochemical and microbiological analysis of residual masout sewage was carried out. It was revealed that the native microflora takes active part in biodegradation of oil hydrocarbons. Injection of cyano-bacterial communities and water plants activates processes of self-cleaning of sewage from oil products. About this testify a decrease of total oil hydrocarbons - on 98%; optical density - on 71%.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия Самарського наукового центру Російської академії наук

    Наукова стаття на тему 'Аборигенні мікроорганізми замазученних стічних вод як основа екологічних біотехнологій'

    Текст наукової роботи на тему «Аборигенні мікроорганізми замазученних стічних вод як основа екологічних біотехнологій»

    ?УДК: 579.26: 579.266: 574.635

    Аборигенів МІКРООРГАНІЗМИ замазученних стічних вод ЯК ОСНОВА ЕКОЛОГІЧНИХ БІОТЕХНОЛОГІЙ

    Про 2011 А.Р. Гальперіна

    ФГУП ВПО «Астраханський державний технічний університет», м Астрахань

    надійшла 15.07.2011

    У даній статті наводяться результати по гідрохімічного і мікробіологічному аналізу замазучен-них стічних вод. Виявлено, що аборигенна мікрофлора бере активну участь в біодеградації нафтових вуглеводнів. Внесення циано-бактеріальних спільнот і вищої водної рослинності активізує процеси самоочищення стічних вод від нафтопродуктів. Про це свідчать спад сумарних нафтових вуглеводнів - на 98%; оптичної щільності - на 71%.

    Ключові слова: аборигенна мікрофлора, техногенні екосистеми, екобіотехнологія.

    Росія - одна з найбільш забезпечених водними ресурсами країн, що володіє більш ніж 20% світових запасів поверхневих і підземних вод. Використовуючи при цьому не більше 3% річкового стоку щорічно, Росія в цілому ряді регіонів відчуває гострий дефіцит у воді, обумовлений нерівномірним її розподілом, а також низькою якістю вод, особливо вод поверхневих водних об'єктів. Якість води в них формується під впливом природних факторів і стічних вод промисловості, комунального і сільського господарства. При цьому вплив антропогенного забруднення є визначальним. Води головних річок країни - Волги, Дону, Кубані, Обі, Олени, Печори, які є основними джерелами питного водопостачання, оцінюються як «забруднені» [1].

    Астраханська область знаходиться в аридної кліматичній зоні. Підвищена інсоляція, перевищення випаровування над опадами - все це обумовлює високе водоспоживання не тільки містами, а й сільським господарством. Тим часом щорічно велику кількість води повністю виводиться з водооборота, внаслідок його забруднення нафтою і нафтопродуктами. Для прискорення процесів очищення і відновлення порушених нафтовими вуглеводнями екосистем доцільно використовувати біологічні резерви не тільки мікробних клітин, але і мікробних спільнот і біоценозів, що включають організми з різними біохімічними можливостями [2, 3].

    Біологічно «жорсткі» нафтопродукти (продукти переробки нафти, такі як мазут, бітум, асфальт, мінеральні масла, одержувані з важких фракцій) становлять особливу проблему біологічного руйнування. Дослідження даного питання нечисленні [4-6] і свідчать про те, що нафтопродукти значно повільніше піддаються біологічному руйнуванню.

    Мазут (можливо, від арабського «мазхулат» - покидьки), рідкий продукт темно-коричневого кольору, залишок після виділення з нафти або продуктів її вторинної переробки бензинових, керосино-

    Гал'періна Аліна Равіл'евна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    вих і газойльових фракцій, що википають до 350-360 ° С. Мазут - суміш вуглеводнів (з молекулярною масою від 400 до 1000 г / моль), нафтових смол (з молекулярною масою 500-3000 і більш г / моль), асфальтенів, карбенів, карбоїдів і органічних сполук, що містять метали (V, №, Бе , М§, N8, Са). Фізико-хімічні властивості мазуту, що залежать від хімічного складу вихідної нафти і ступеня відгону фракцій дистилятів, характеризуються такими даними: в'язкість 8-80 мм2 / с (при 100 ° С), щільність 0,89-1 г / см3 (при 20 ° С ), температура застигання 10-40 ° С, вміст сірки 0,5-3,5%, золи до 0,3%, низька теплота згоряння 39,4-40,7 МДж / моль [7].

    Застосовуються мазути як паливо для парових котлів, котельних установок і промислових печей. Води, забруднені мазутом утворюються повсюдно: при роботі ТЕС, котелень, а також при видаленні води з обвідних мазуту. Міграція мазуту в водному середовищі здійснюється в плівковій, емульгованої і розчиненої формах, серед яких найбільш складною для видалення є розчинена і емульгованих форми. Так як в нафтопродуктах є значна кількість природних емульгаторів, часто утворюється стійка грубодисперсна емульсія типу «вода-масло». Освіта дрібних частинок водної фази, покритих щільною нафтовою плівкою (оболонкою), в значній мірі ускладнює відділення мазуту від води. Крім цього, на швидкість і ступінь біодеградації нафтових вуглеводнів впливає фізична форма, в якій вони присутні в воді.

    При наявності дуже тонкої плівки нафтових вуглеводнів на поверхні води мікроорганізми діють на величезній площі, маючи доступ до кисню і поживних речовин, розчиненим у воді. А освіта водно-нафтової емульсії перешкоджає надходженню поживних речовин для розвитку мікроорганізмів і виведенню токсичних відходів обміну, що знижує швидкість біодеградації [8].

    Серйозну загрозу для навколишнього природного середовища Астраханської області є значна кількість підприємств, здійснюва-

    ляющих зберігання і «перевалку» нафти і нафтопродуктів. На території області знаходяться 5 нафтобаз і 1 распеределітельно-перевалочний комплекс. Обводнення нафтопродуктів - часте явище, що спостерігається при тривалому зберіганні. Згідно з правилами технічної експлуатації [9] в залежності від фізико-хімічних властивостей нафтопродуктів для їх зневоднення застосовують відстоювання, відстоювання з підігрівом, відстоювання з підігрівом і з використанням деемульгатора, продування повітрям, випарювання під тиском або під вакуумом, центрифугування. Найбільш ефективним способом зневоднення високов'язких мазутів є термохимический спосіб зневоднення в резервуарах із застосуванням поверхнево-активних речовин (ПАР) - деемульгатора. Найбільш ефективним деемульгатора для зневоднення мазутів і мазутних зачисток є кальцинована сода. Зачистки - це відходи нафтопродуктів, які утворюються в результаті очистки та відмивання резервуарів і транспортних ємностей (резервуарів, річкових і морських нафтоналивних суден, залізничних цистерн).

    Вилучену воду, що містить велику кількість нафтопродуктів і деемульгатора, зливають в накопичувачі. На території Астраханської області знаходяться понад 10 водойм-накопичувачів високотоксичних стічних вод. Подібні стічні води не можна поховати на полях фільтрації або скинути в міську каналізацію внаслідок їх високу токсичність. В даний час виявлено просочування стічних вод в Волгу і грунтові води.

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

    З метою розробки технології біоремедіації замазученних стічних вод досліджені стічні води, що утворилися при зневодненні мазуту на одній з нафтобаз м Астрахані.

    Гідрохімічні аналізи стічних вод виконували відповідно до загальноприйнятих методик [10].

    Виділення аборигенних мікроорганізмів різних фізіологічних груп з замазученних стічних вод здійснювали методом Коха на тверді поживні середовища (агар) [11]: м'ясо-пептони агар (МПА), Чапека, агар на основі стічної води, спеціальні середовища для виділення ліполітікі, амілолітіков, протеолітіков, глю-козолітіков, сульфатредуктори, броділиціков, це Ллю політиків.

    Для виділення альго-бактеріальних спільнот зі стічних вод і отримання накопичувальної культури використовувалися загальноприйняті в гідробіологічної практиці методи [12]. Співвідношення стічної води і елективної середовища для ціанобакте-рий склало 1: 1. Колби витримувалися при кому-

    кімнатній температурі і природному освітленні до появи шкірясто-слизових дерновінок циано-бактерій.

    Для інтенсифікації процесів самоочищення замазученних стічних вод був поставлений модельний експеримент, що імітує всі стадії біологічного очищення, що включає в себе: фільтрацію через піщаний фільтр, примусове аерірованіе, внесення в якості агентів біологічної очистки циано-бактеріальних спільнот, іммобілізованих на інертному носії, і вищої водної рослинності . Для постановки експерименту використовували накопичувальну культуру циано-бактеріального спільноти (ЦБС), виділеного з стічних вод відстійника (мікроекосистема 3) і альгологіческі чисту культуру циано-бактеріального спільноти з колекції кафедри прикладної біології і мікробіології АГТУ (мікроекосистема 2). Контролем служила мікроекосистема зі стічною водою (мікроекосистема 1). У мікроекосистема відстежувалися наступні параметри: спад сумарних нафтових вуглеводнів, вміст розчиненого кисню, БСК5, перманганатная і біхроматна окислюваність, вміст розчиненої органічної речовини, оптична щільність вод [10].

    Резервуар-накопичувач є штучну ємність округлої форми діаметром близько 35 м, викладену з цегли в 50-х рр. XX ст. Резервуар виконує функцію накопичувача стічних вод, що утворилися в процесі зневоднення мазуту. В даний час обсяг стічних вод із залишковою замазученних, що містяться в резервуарі-накопичувачі, становить 40000 тонн, максимальна глибина 4-6 м.

    РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

    В ході гідрохімічних досліджень виявлено, що для стічних вод поверхневого горизонту резервуара-накопичувача відзначається перевищення ГДК для рибогосподарських водойм: загальна мінералізація (2920 мг / м3) - 3 ГДК, хлорид-іони (1420 мг / м3) - 5 ГДК, нафтові вуглеводні ( 76,4 мг / дм3) - 255 ГДК. Гідрокарбонати містяться в кількості 1530 мг / м3, рН середовища - 8,0 (слаболужна). Відповідно до проведених досліджень методом

    біотестування стічні води можна віднести до сильно забруднені, клас небезпеки II.

    При вивченні гетеротрофною мікрофлори стічних вод резервуара-накопичувача були виділені мікроорганізми різних фізіологічних груп: сапротрофи, протеолітичні, целюлозно-літичні, амилолитические, сахарозолітіческіе, глюкозолітіческіе, броділицікі, липолитические, сульфатредуцирующие, автохтонні (рис. 1).

    Мал. 1. Фізіологічні групи мікроорганізмів замазученних стічних вод

    Максимальної чисельністю (1 (Г КУО / мл) мають мікроорганізми, що засвоюють легко гід-ролізуемие полімери, олігомери (пептони, крохмаль, сахароза) і мономери (глюкоза), мінімальної (101 КУО / мл) - бактерії, гідролізуючі більш складні сполуки: білки , жири, целюлозу і автохтонне органічна речовина.

    З стічних вод резервуара-накопичувача методом накопичувальної культури було виділено циано-бактеріальне співтовариство, едіфікаторамі якого є Phormidiiim dimorphum, Synechocystis salina, Osciuatoria Woronichinii [13].

    При моделюванні процесів самоочищення замазученних стічних вод відзначена спад СНУ на всіх етапах очистки та першій-ліпшій нагоді модельних екосистем, що склала: в контролі (мікроекосистема 1) - 82,0%; в мікроекосистема 2 - 91,3%; в мікроекосистема 3 - 91,9%. Це свідчить про високий потенціал інтенсифікації деградації нафтових вуглеводнів як аборигенного ЦБС стічних вод, так і колекційного ЦБС в комплексі з вищою водною рослинністю (рис. 2).

    Оптична щільність стічних вод протягом експерименту зменшилася в мікроекосистема 2 на 71%; в мікроекосистема на 68%; в контрольній мікроекосистема 1 на 8% (рис. 3).

    Зниження оптичної щільності стічних вод свідчить про інтенсивно проходять процеси біодеградації органічної речовини. Це підтверджується і зменшенням значень таких показників як біхроматна (до 77%), перманга-кімнатній окислюваність (до 77%), вміст розчиненої органічної речовини (до 66%) в мікроекосистема після закінчення експерименту.

    Таким чином, внесення циано-бактеріальних спільнот і вищої водної рослинності в стічні води не тільки підсилює процеси біодеградації нафтопродуктів, але і веде до істотного зниження органічної речовини у воді.

    При математичній обробці результатів експерименту з використанням граф-аналізу виявлено, що автохтонна мікрофлора має високі коефіцієнти кореляції з показником оптичної щільності і змістом сумарних нафтових вуглеводнів.

    а М

    вихідна вода

    Після аерації після внесення Після вне сен (10 доба) ЦБС (50 доба) ВВР (80 доба)

    - мікроекосистема

    | Мікроекосистема 2

    - мікроекосистема 3

    Мал. 2. Динаміка вмісту СНУ в стічній воді експериментальних екосистем

    Мал. 3. Динаміка оптичної щільності стічної води експериментальних екосистем

    Відповідно до коефіцієнтів біотрансформації речовин автохтонна мікрофлора, з одного боку, є самим інтенсивним продуцентом розчиненої органічної речовини, а з іншого - найбільш ефективним деструктором нафтових вуглеводнів. Таким чином, дана фізіологічна група мікроорганізмів володіє найбільш високим потенціалом самоочищення і саме серед цієї групи слід вести пошук активних мікроорганізмів-деструкторів нафтових

    вуглеводнів.

    Таким чином, стічні води резервуара-накопичувача характеризуються високим

    вмістом тяжелоокісляемих органічних речовин і відносяться до сильно забруднені, клас небезпеки - II. В ході експерименту з замазученних стічних вод виділені аборигенні мікроорганізми різних фізіологічних груп: фототрофні (ціанобактерії) і гетеротрофні (сапротрофи, протеолітичні, целлюлозолитические, амилолитические,

    сахарозолітіческіе, глюкозолітіческіе,

    броділицікі, липолитические,

    сульфатредуцирующие, автохтонні); виявлено, що аборигенна мікрофлора бере активну участь в біодеградації нафтових вуглеводнів; при моделюванні багатоступінчастої очищення замазученних стічних вод (фільтрація- »примусове аерірованіе -> внесення циано-бактеріальних спільнот, іммобілізованих на

    інертному носітеле- »внесення вищої водної рослинності), виявлено, що циано-бактерійні групи і вища водна рослинність беруть участь в активізації процесів самоочищення стічних вод від нафтопродуктів, що створює передумови використання подібної технології біоремедіації для розробки методів біологічної очистки замазученних стічних вод.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Міхєєв H.H. Проблеми технічного забруднення відкритих і підземних джерел водопостачання та заходи щодо забезпечення населення Росії питною водою. Глобальні питання природокористування [Електронний ресурс] / ОРДА; ред. Коренева І.Б. Режим доступу URL: http://www.koreneva.com/

    2. Янкевич М.І. Формування ремедіаціонних біоценозів для зниження антропогенного навантаження на водні і грунтові екосистеми: Автореф. дис. ... докт. біол. наук. Щелково, 2002. 48 с.

    3. Сопрунова О.Б. Особливості функціонування альго-бакгеріальних спільнот техногенних екосистем: Дис. ... д-ра біол. наук. М., 2005. 432 с.

    4. Грищенков В.Г., Гаяз P.P., Токарев В.Г. та ін. Бактеріальні штами-деструктори топкового мазуту: харак-

    тер деградації в лабораторних умовах // Прикл. біохімія і мікробіологія. 1997. Т. 33. № 4. С. 423-427.

    5. Карпов A.B., Селезньов С.Г., АрінбасаровМ.У. та ін. Мікробіологічна деструкція мазуту: оцінка змін фракційного складу шляхом аналізу ІК-Фур'є-спектрів // Прикл. біохімія і мікробіологія. 1998. Т. 34. №6. С. 609-616.

    6. Сидоров Д.Г., Борзенков H.A., Мілєхін E.H. та ін. Мікробіологічна деструкція мазуту в грунті при використанні біопрепарату Деворойл // Прикл. біохімія і мікробіологія 1998. Т. 34. № 3. С. 281-286.

    7. Сергієнко С.Р. Високомолекулярні сполуки нафти. М .: Хімія, 1964. 542 с.

    8. Давидова C.JI. Перетворення нафти в біосфері // Енергія. 2006. Вип. 5. С. 53-58.

    9. Правила технічної експлуатації нафтобаз. Затверджено наказом Міненерго Росії від 19.06.2003 № 232.

    10. Лур'є Ю.Ю. Уніфіковані методи аналізу вод. М .: Хімія, 1973. 376 с.

    11. Практикум з мікробіології / Ю.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.І. Переверзєва. М., 2004. 254 с.

    12. Методи фізіолого-біохімічного дослідження водоростей в гідробіологічної практиці / JI.A. Сіренко, А.П. Сакевич, Л.Ф. Осипов та ін. Київ: Наукова думка, 1975.247 з.

    13. ГоллербахМ.М., Коссінскімв Е.К., Полянський В.І. Визначник прісноводних водоростей СРСР. Синьо-зелені водорості. Вип. 2. М .: Сов. наука, 1953. 651 с.

    THE NATIVE MICROORGANISMS OF OIL HYDROCARBONS IS FOUNDATION

    OF ECOLOGYCAL BIONECHNOLOGY

    © 2011 A.R. Galperina

    Astrakhan State Technical University, Astrakhan

    In this article we adduced results investigation of hydrochemical and microbiological analysis of residual masout sewage was carried out. It was revealed that the native microflora takes active part in biodegradation of oil hydrocarbons. Injection of cyano-bacterial communities and water plants activates processes of self-cleaning of sewage from oil products. About this testify a decrease of total oil hydrocarbons - on 98%; optical density - on 71%.

    Key words: native microflora, technogenic ecosystems, ecobiotechnology.

    Galperina Alina Raviljevna, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: аборигенів МІКРОФЛОРА / ТЕХНОГЕННІ екосистеми / екобіотехнологій / NATIVE MICROFLORA / TECHNOGENIC ECOSYSTEMS / ECOBIOTECHNOLOGY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити