Зроблено обгрунтування способу очищення грунтів від мазутних забруднень внесенням нефтеокисляющих мікробіологічних препаратів на сорбентах-носіях з подальшим посівом багаторічних трав під полімерним покриттям. В якості сорбентів-носіїв використовувалися сорбенти на основі природної сировини Мурманської області - діатоміт, сорбент Версойл на основі вермикуліту і спучений вермикуліт. З випускаються нефтеокисляющих мікробіологічних препаратів за результатами робіт перевага була віддана препаратів, що складається з асоціації углеводородокисляющих мікроорганізмів.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Місяць Світлана Петрівна, Шемякіна Олена Борисівна


Activation of the microbiological reduction processes in oxidation of fuel-oil contaminated soils

The method of ground treatment from black oil pollution by introducing petrooxidizing microbiological preparations on sorbents-carriers with the subsequent sowing of perennial herbs under a polymeric covering has been substantiated. Sorbents based on the natural raw materials of the Murmansk region were used as sorbents-carriers: diatomite, Versoil sorbent and bloated vermiculite. Basing on the research results of all the manufactured petrooxidizing microbiological preparations the ones consisting of association of hydrocarbon-oxidizing microorganisms have been chosen.


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Вісник Мурманського державного технічного університету

    Наукова стаття на тему 'Активізація мікробіологічних процесів окислення мазутних забруднень грунтів'

    Текст наукової роботи на тему «Активізація мікробіологічних процесів окислення мазутних забруднень грунтів»

    ?Місяць С.П., Шемякіна А.Б. Активізація мікробіологічних процесів ... УДК 579.222.2: 665.637-032.61 (470.21)

    Активізація мікробіологічних процесів окислення мазутних забруднень грунтів

    С.П. Місяць, А.Б. Шемякіна

    Гірський інститут КНЦРАН

    Анотація. Зроблено обгрунтування способу очищення грунтів від мазутних забруднень внесенням нефтеокисляющих мікробіологічних препаратів на сорбентах-носіях з подальшим посівом багаторічних трав під полімерним покриттям. В якості сорбентів-носіїв використовувалися сорбенти на основі природної сировини Мурманської області - діатоміт, сорбент Версойл на основі вермикуліту і спучений вермикуліт. З випускаються нефтеокисляющих мікробіологічних препаратів за результатами робіт перевага була віддана препаратів, що складається з асоціації углеводородокисляющих мікроорганізмів.

    Abstract. The method of ground treatment from black oil pollution by introducing petrooxidizing microbiological preparations on sorbents-carriers with the subsequent sowing of perennial herbs under a polymeric covering has been substantiated. Sorbents based on the natural raw materials of the Murmansk region were used as sorbents-carriers: diatomite, Versoil sorbent and bloated vermiculite. Basing on the research results of all the manufactured petrooxidizing microbiological preparations the ones consisting of association of hydrocarbon-oxidizing microorganisms have been chosen.

    Ключові слова: мазутні забруднення, ґрунти, нафтоокислюючих мікрофлора, сорбент-носій, процеси біодеградації, активізація, посів трав, полімерне покриття

    Key words: black oil pollutions, grounds, petrooxidizing microflora, sorbent-carrier, biodegradation processes, activation, herbs sowing, polymeric covering

    1. Введення

    Нафтопродукти належать до числа найбільш поширених і небезпечних забруднень природного середовища як за обсягом надходження, так і по впливу на екосистеми. Постійна присутність нафтопродуктів в різних компонентах геосфери дозволяє зробити висновок про те, що процеси самоочищення не справляються з інтенсивним забрудненням природного середовища вуглеводнями нафтового походження.

    Одним з перспективних напрямків в зниженні нафтових забруднень, поряд з розробкою методів очищення, є вивчення природних факторів самоочищення з метою активізації мікробіологічних процесів біодеградації нафтових забруднень.

    Відомо, що в процесах самоочищення природних середовищ від нафтових забруднень провідну роль відіграють мікроорганізми. Вони мають високу пластичність, мають потужні ферментні системи, завдяки яким забруднюючі речовини минерализуются і руйнуються.

    Існує кілька підходів активізації процесів самоочищення природних середовищ від нафтового забруднення: внесення легкодоступних енергетичних і поживних речовин, зокрема, таких біогенних елементів як азот, фосфор, калій, для аборигенної углеводородокисляющих мікрофлори, а також внесення виділених активних штамів нефтеокисляющих бактерій з природних середовищ або сконструйованих за допомогою методів генної інженерії.

    В останні роки дві основні ідеї - використання мікроорганізмів-деструкторів і їх закріплення на сорбентах-носіях - справили якісний стрибок в біологічному очищенні вод і грунтів. Використання сорбентів-носіїв нафтоокислюючих мікрофлори значно скорочує період адаптації інтродуціруемих штамів.

    Значна питома поверхня біоплівки на сорбенті на кілька порядків знижує навантаження по органічним речовинам на одиницю площі поверхні прикріплених мікроорганізмів. Це призводить до утворення специфічної, якісно інший мікрофлори в складі біоплівки, здатної до більш повного окислювання забруднюючих речовин (Смирнов, 1982).

    Для активізації мікробіологічних процесів біодеградації мазутних забруднень на території паливно-транспортного ділянки одного з підприємств Мурманської області був організований дослідний полігон та визначені наступні завдання:

    а) нейтралізація мазутного забруднення на місці забруднення;

    б) утилізація мазуту з нефтеловушки.

    2. Методи і результати дослідження, їх обговорення

    При виборі мікробіологічних препаратів враховувалася їхня здатність піддавати деструкції різні нафтопродукти, в першу чергу мазут, при цьому перевага віддавалася препаратів, що складається з асоціації углеводородокисляющих мікроорганізмів, а також працюючим при низьких температурах (від + 5 ° С). Для досліджень були обрані мікробіологічні препарати, що випускаються в промислових масштабах: Деворойл, Біоойл, Дестройл.

    Внесення нафтоокислюючих мікрофлори здійснювалося на сорбенті-носії. В якості сорбентів-носіїв були обрані сорбенти на основі природної сировини Мурманської області (діятимуть і вермикуліту), що характеризуються розвиненою питомою поверхнею, биостойкостью і хімічної інертністю. Доцільність застосування цих сорбентів визначається наявністю в Мурманської області розроблюваних родовищ.

    Діатоміт являє собою масові скупчення раковин діатомових водоростей. В результаті високотемпературної обробки діатомових відкладень озер виходить сорбент - діатоміт з високорозвиненою поверхнею.

    Вермикуліт - це алюмосилікатний мінерал, що утворюється в результаті вивітрювання магнезіальних-залізистих слюд, на основі якого виходить сорбент нафти Версойл. Модифікацією природного вермикуліту на поверхні мінеральної матриці забезпечується створення гидрофобного вуглець шару. Гідрофобний характер поверхні Версойла обумовлює його здатність адсорбувати значну кількість нафтопродуктів. Модифікація вермикуліту призводить до значного збільшення питомої обсягу пір (від 0,8 см3 / г у природного вермикуліту до 4,3 см3 / г у Версойла) і сумарної питомої поверхні (від 78 м2 / г у природного вермикуліту до 378 м2 / г у Версойла ) {Місяць, 2004).

    При термообробці природного вермикуліту виходить спучений вермикуліт, має гідрофільний характер поверхні.

    Для зниження мазутних забруднень грунтів сорбент Версойл і спучений вермикуліт можуть бути використані в суміші.

    При нейтралізації мазутного забруднення за місцем забруднення після внесення мікробіологічного препарату на сорбенті-носії передбачений посів багаторічних трав з покривною культурою з подальшим створенням полімерного покриття нанесенням водних полімерних емульсій.

    Для вивчення можливості зниження нафтових забруднень грунтів за місцем забруднення були визначені майданчики 1, 3, 4, 5, вихідний рівень забруднення на яких склав в середньому по майданчиках 20 мг на грам ґрунту. Вміст нафтопродуктів в пробах визначалося флуориметричним методом на Флюорат-02-2М (Інше, Родін, 2000).

    У грунт майданчика 1 був внесений нафтоокислюючих мікробіологічний препарат Деворойл на діатомітових сорбенте-носії з наступним посівом багаторічних трав і покривної культури під полімерним покриттям. На майданчики 3, 4, 5 були внесені Біоойл, Дестройл, Деворойл відповідно на суміші сорбенту Версойл і спученого вермикуліту.

    В ході щомісячного моніторингу вмісту нафтопродуктів в грунті майданчиків виявлено, що вже в перші 2 місяці на всіх майданчиках спостерігається значне зниження вмісту нафтопродуктів (рис. 1). В кінці вегетаційного періоду ступінь очищення в середньому по всіх майданчиках склала 95% (табл. 1).

    Таблиця 1. Ступінь очищення грунту при внесенні нафтоокислюючих мікробіологічного препарату

    на сорбенті-носії за місцем забруднення

    № майданчика Характеристика майданчиків Ступінь очищення,%

    Мікробіологічний препарат Сорбент-носій Посів під полімерним покриттям

    1 Деворойл Діатоміт З посівом 98,60

    3 Біоойл Версойл + Спучений вермикуліт - 87,89

    4 Дестройл Версойл + Спучений вермикуліт - 96,59

    5 Деворойл Версойл + Спучений вермикуліт - 96,70

    -1- майданчик 1 -|- майданчик 3 - ± - майданчик 4

    • майданчик 5

    10.06 06.07 13.08 26.09 09.10

    Дата відбору Рис. 1. Динаміка зниження вмісту мазутних забруднень в грунті при внесенні нафтоокислюючих мікрофлори на сорбенті-носії за місцем забруднення

    Мал. 2. Стан майданчика 1 на кінець вегетаційного періоду. У грунт за місцем забруднення була внесена мікрофлора на діатомітових сорбенте з подальшим посівом

    багаторічних трав з покривною культурою під полімерним покриттям

    Найбільша ступінь очищення - 98,6% - відзначена на майданчику 1, куди вносився мікробіологічний препарат Деворойл на діатомітових сорбенте-носії з наступним посівом багаторічних трав з покривною культурою і створенням полімерного покриття. Полімерне покриття забезпечує більш сприятливий гідротермічний режим, що підвищує активність мікробіологічних процесів окислення нафтопродуктів і сприяє росту і розвитку рослин при наявності забруднення. Для посіву доцільно підбирати рослини з розвиненою кореневою системою, яка розпушує уплотнившийся під впливом мазутного забруднення грунт і покращує повітряний режим кореневого шару, крім того на мікрофлору позитивно впливають кореневі виділення.

    В кінці вегетаційного періоду на майданчику 1 спостерігався високий і густий травостій (рис. 2), що є біоіндикаторами, що свідчить про значне зменшення вмісту нафтопродуктів в грунті.

    Також високий ступінь очищення відзначена при внесенні Деворойл і Дестройла на суміші сорбенту Версойл і спученого вермикуліту, трохи нижче - 87,89% - при внесенні в грунт на тому ж сорбенте-носії мікробіологічного препарату Біоойл. Отримані результати свідчать про високу активність всіх нефтеокисляющих препаратів при внесенні на сорбентах-носіях.

    Утилізація 1400 л мазуту з нефтеловушки здійснювалася наступним чином: мазут (по 200 л) змішувався з піском і нафтоокислюючих мікрофлорою на сорбенті-носії. Вивчалися 2 варіанти укладання отриманої суміші:

    - на відкриті майданчики з водотривким шаром;

    - в бурти на піддоні.

    Приготована суміш з нафтоокислюючих мікрофлорою Деворойл, Дестройл і Біоойл на суміші Версойла і спученого вермикуліту наносилася на майданчики 6, 7, 8 відповідно, шаром 5-10 см. За результатами аналізу початковий зміст нафтопродуктів на цих майданчиках склало в середньому 70 мг / г.

    Динаміка і ступінь утилізації мазуту на цих майданчиках за результатами моніторингу протягом вегетаційного періоду представлені на рис. 3 і в табл. 2.

    Таблиця 2. Ступінь утилізації мазуту з нефтеловушки на відкритих майданчиках з водотривким шаром

    № майданчика Мікробіологічний препарат Сорбент-носій Ступінь утилізації,%

    6 Деворойл Версойл + спучений вермикуліт 84,18

    7 Дестройл Версойл + спучений вермикуліт 82,75

    8 Біоойл Версойл + спучений вермикуліт 87,50

    120 1

    100 -

    р 80 -

    з

    X

    (І до 60 -

    X

    га

    й о. 40 -

    О)

    Ч

    Про Про 20 -

    майданчик 6 Деворойл майданчик 7 'Дестройл майданчик 8 * Біоойл

    Дата відбору

    Мал. 3. Динаміка утилізації мазуту, перемішаного з піском і нафтоокислюючих мікрофлорою на суміші сорбенту Версойл і спученого вермикуліту, покладеного на відкриті майданчики (6, 7, 8) з водотривким шаром

    Мал. 4. Стан майданчиків з водотривким шаром для утилізації мазуту через місяць після посіву багаторічних трав

    Мал. 5. Утилізація мазуту, змішаного з піском і нафтоокислюючих мікрофлорою на сорбенті-носії, в буртах на піддоні

    Динаміка утилізації мазуту на майданчику з Біоойлом має більш чітко виражений характер, ніж на майданчиках з Деворойл і Дестройлом. Уже через місяць ступінь утилізації на майданчику з Біоойлом склала 76%, в кінці вегетаційного періоду - 87,5%.

    Через місяць після початку робіт з утилізації мазуту на цих майданчиках був здійснений посів багаторічних трав з покривною культурою. Посів трав після тривалого проміжку часу обумовлений наявністю високого початкового вмістом нафтопродуктів, токсичних для рослин. Пізній термін посіву трав зменшив і без того короткий вегетаційний період Заполяр'я, в зв'язку з чим травостій на майданчиках має невелику висоту і повноту проективного покриття ~ 50% (рис. 4).

    У варіанті утилізації мазуту при укладанні в бурти мазут (по 200 л) змішувався з піском і нафтоокислюючих мікрофлорою на сорбентах-носіях. В бурти 1, 2 був внесений Деворойл на Версойле і спученому вермикуліті відповідно. В бурти 3, 4 - Дестройл на тих же сорбентах.

    Після визначення початкового вмісту нафтопродуктів в буртах, здійснювався щомісячний моніторинг динаміки утилізації мазуту, результати якого представлені на рис. 6.

    Через 2 місяці ступінь утилізації мазуту в усіх буртах склала в середньому 78%.

    У табл. 3 представлена ​​ступінь утилізації мазуту в буртах на кінець вегетаційного періоду. Найбільша ступінь утилізації мазуту відзначена в бурти 3, в який був внесений мікробіологічний препарат Дестройл на сорбенті Версойл. При оцінці ефективності роботи кожного мікробіологічного препарату на різних сорбентах-носіях можна зробити вибір на користь сорбенту Версойл, так як бурти з внесенням нафтоокислюючих мікрофлори на цьому сорбенті-носії відрізняються найбільш високим ступенем очищення.

    Мал. 6. Динаміка утилізації мазуту в буртах

    Для визначення мікробіологічного препарату, найбільш ефективного щодо біодеструкції відпрацьованого машинного масла, закладені бурти 5 і 6, в які були внесені відповідно Дестройл і Деворойл на спученому вермикуліті.

    У буртах з відпрацьованим машинним маслом відзначається більш низька, в порівнянні з мазутом, ступінь утилізації (59,06% і 65,8%), так як відпрацьоване машинне масло є більш складним для біодеструкції нафтопродуктом. При цьому ступінь утилізації вище при внесенні мікробіологічного препарату Деворойл, який є асоціацією декількох видів углеводородокисляющих бактерій, орієнтованих на окислення різних класів нафтопродуктів, на відміну від препарату Дестройл, що представляє собою монокультуру (табл. 3).

    Таблиця 3. Ступінь утилізації мазуту в буртах

    № бурту Об'єкт утилізації Мікробіологічний препарат Сорбент-носій Ступінь утилізації,%

    1 Мазут Деворойл Версойл 85,89

    2 Деворойл спучений вермикуліт 78,83

    3 Дестройл Версойл 89,93

    4 Дестройл спучений вермикуліт 85,44

    5 Відпрацьоване машинне масло Дестройл спучений вермикуліт 59,06

    6 Деворойл спучений вермикуліт 64,80

    3. Висновок

    Результати робіт з активізації процесів біодеградації мазутних забруднень грунту

    паливно-транспортного ділянки одного з підприємств Мурманської області показали:

    - все нафтоокислюючих мікробіологічні препарати показали високу активність при внесенні їх на сорбентах-носіях як при очищенні мазутних забруднень за місцем забруднення, так і при утилізації мазуту з нефтеловушки;

    - найбільш ефективним способом очищення грунту від мазуту за місцем забруднення є внесення нафтоокислюючих мікрофлори на сорбенті-носії з наступним посівом багаторічних трав під полімерним покриттям (ступінь очищення 98,60%);

    - ступінь утилізації мазуту з нефтеловушки приблизно однакова як в буртах, так і на відкритих майданчиках;

    - при утилізації мазуту на відкритих майданчиках з водотривким шаром кращий результат показав мікробіологічний препарат Біоойл (87,5%);

    - при утилізації мазуту в буртах кращі результати отримані при внесенні нафтоокислюючих мікрофлори Дестройл (ступінь утилізації 89,93%);

    - використання в якості сорбенту-носія нафтоокислюючих мікрофлори Версойла забезпечує найбільший ступінь утилізації мазуту;

    - відпрацьоване машинне масло піддається утилізації мікроорганізмами важче.

    література

    Другов Ю.С., Родин А.А. Екологічні аналізи при розливах нафти і нафтопродуктів. Практичний посібник. СПб., Вид-во ТОВ "Анатолія", с.166-174, 2000..

    Місяць С.П. Версойл - природний сорбент для зниження нафтових забруднень. Наука Москви і регіонів, № 2, с.64-70, 2004.

    Смирнов А.Д. Сорбційна очищення води. Л., Хімія, 168 с., 1982.


    Ключові слова: мазутового забруднення / ГРУНТИ / нафтоокислюючих МІКРОФЛОРА / СОРБЕНТ-НОСИТЕЛЬ / ПРОЦЕСИ біодеградація / АКТИВІЗАЦІЯ / ПОСІВ ТРАВ / ПОЛІМЕРНЕ ПОКРИТТЯ / BLACK OIL POLLUTIONS / GROUNDS / PETROOXIDIZING MICROFLORA / SORBENT-CARRIER / BIODEGRADATION PROCESSES / ACTIVATION / HERBS SOWING / POLYMERIC COVERING

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити