Нефтяная промышленность по уровню отрицательного воздействия на окружающую среду занимает одно из первых мест среди ведущих отраслей производства, оказывая интенсивную техногенную нагрузку и нарушая равновесие в экосистемах. В процессе эксплуатации нефтяных месторождений, очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, при чистке резервуаров и другого оборудования неизбежно образуются нефтешламы - стойкие эмульсии, куда входят нефтепродукты, вода и минеральная часть (песок, глина, ил и т.д.), соотношение которых колеблется в очень широких пределах. Состав шламов может существенно различаться в зависимости от способа добычи сырья, компонентного состава и физико-химических свойств нефтей, схем переработки, применяемого коагулянта, температуры и др. В основном, они представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем (по массе) 10-56% нефтепродуктов, 30-85% воды, 1,3-46% твердых примесей. Сбор и хранение нефтеотходов, как правило, осуществляется в открытых земляных резервуарах - нефтешламовых амбарах различной конструкции, без какой-либо сортировки и классификации. В шламонакопителях происходят естественные явления - накопление атмосферных осадков, развитие микроорганизмов, протекание окислительных и других реакций, т.е. идет самовосстановление, однако, в связи с наличием большого количества солей и нефтепродуктов при общем недостатке кислорода этот процесс затягивается на десятилетия. Состав нефтяного шлама, депонированного в накопителях в течение нескольких лет, отличается от состава свежего [7]. Со временем эмульсия «стареет», что приводит к ее упрочнению и уплотнению. Легкие фракции испаряются, нефть и нефтепродукты окисляется, смолы переходят в другое качество. Кроме того, происходит попадание в эмульсию твердых примесей. В результате образуются сложные дисперсные системы, которые отличаются значительной устойчивостью к разрушению, что делает задачу их утилизация достаточно сложной.
Отсутствие современных технологий ликвидации и обезвреживания нефтешламов превратило значительное число хранилищ из средства предотвращения загрязнения в угрозу крупномасштабной контаминации компонентов природной среды (почв, подземных и поверхностных вод, атмосферы). К тому же, продукты частичного распада, содержащиеся в накопителях нефти и нефтепродуктов, намного более токсичны и канцерогенны, чем сама нефть [1]. Поэтому, в связи с возрастающими экологическими требованиями проблема создания высокоэффективных и экологически чистых технологий утилизации нефтешламов и ликвидации нефтешламовых амбаров приобретает все большее значение.
Выбор способа переработки нефтяного шлама, в основном, зависит от количества содержащихся в нем нефтепродуктов. Наиболее часто используемые методы обезвреживания этих отходов (термические, физико-химические, химические) недостаточно технологичны, экологически небезопасны, энергоемки и требуют значительных капитальных вложений, поэтому объемы утилизации отстают от объемов образования и к уже накопленным количествам добавляются новые.
Биологический метод обезвреживания является наиболее экологически чистым, но область его применения имеет свои ограничения, связанные с диапазоном активности биопрепаратов, температурой, кислотностью, концентрацией нефтезагрязнения, аэробными условиями. Перспективно использование биотехнологии для утилизации шламов, образующихся при очистке емкостей и резервуаров от нефтепродуктов, нефтезагрязненной земли и поверхности воды [7].
Целью работы была проверка способности консорциума микроорганизмов-нефтедеструкторов к обезвреживанию нефтяного шлама в ходе полевого эксперимента.
Материал и методы исследования
Газонефтяное месторождение Каражанбас находится на полуострове Бузачи в Республике Казахстан. Оно входит в тройку крупнейших нефтедобывающих предприятий Мангистауской области, в 2012 г. здесь извлекли более двух млн. тонн «чёрного золота» [2]. На его территории находится несколько амбаров-хранилищ, различающихся по площади, объемам депонированных отходов и по концентрации нефтепродуктов в шламе. Обработке консорциумом микроорганизмов-нефтедеструкторов было подвергнуто 5 тыс.м3 нефтешлама, складированного на участке размером 120 п.м на 35 п.м, со средним содержанием нефтепродуктов 10,47%. Уровень загрузки составлял приблизительно 0,40 м. Консорциум был выделен из серой лесной почвы, загрязненной дизельным топливом и состоит из микроорганизмов Acinetobacter sp. ИБ ДТ-5.1/1 и Оchrobactrum sp. ИБ ДТ-5.3/2 [3]. Он обладает высокой окислительной активностью по отношению к нефтяным углеводородам различного строения, нефти и ее фракциям и хорошо зарекомендовал себя в модельных экспериментах по ремедиации замазученных грунтов с территории нефтеместорождений Жетыбай и Каламкас (Республика Казахстан) [4, 6].
Обработка участка включала следующие стадии:
- отбор и анализ проб на содержание нефтепродуктов;
- вспашка и рыхление;
- внесение удобрений;
- вспашка и рыхление;
- внесение консорциума микроорганизмов;
- полив водой.
В качестве источника доступного азота, фосфора и калия использовали комплексное минеральное удобрение «Азофоска» (NPK) марки 15:15:15 (ОАО "ММУ" г. Мелеуз, Россия, по ТУ 2186-682-00209438-06), которое вносили однократно в количестве 0,26 кг/м3 нефтяного шлама.
Обработку консорциумом проводили один раз в дозе 0,056 кг/м3 нефтеотхода. Для достижения наилучших результатов каждые 5 кг сухой препаративной формы консорциума микроорганизмов и 0,5 кг минерального гранулята («Азофоска» (NPK) марки 15:15:15 (ОАО "ММУ" г. Мелеуз, Россия, по ТУ 2186-682-00209438-06)) разводили в 1000 л технической воды. Суспензию тщательно перемешивали и вносили в нее 1 л дизельного топлива для обеспечения бездефицитного питания, необходимого для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.
Вспашку осуществляли трактором «Беларусь». После обработки консорциумом ее производили регулярно 1 раз в неделю на протяжении всего эксперимента.
Климат Мангистауской области относится к резко континентальным, с жарким сухим летом и холодной малоснежной зимой, со значительными амплитудами сезонных и суточных температур. Для него характерна большая сухость воздуха. Осадков выпадает менее 200 мм в год. Поэтому ходе рекультивации осуществлялся частый полив (через 1-2 дня).
Пробы отбирались методом «конверта» в количестве 1 кг каждая. Для оценки эффективности применения консорциума контролировали степень разложения углеводородов в соответствии с ПНД Ф 16.1.41-04 [5].
Численность основных групп микроорганизмов, участвующих в биотрансформации нефтепродуктов, определяли посевом суспензии на агаризованные элективные питательные среды. Для гетеротрофных микроорганизмов - на питательный агар, для углеводородокисляющих бактерий - на среду Раймонда с добавлением дизельного топлива в качестве единственного источника углерода и энергии [8].
Контролем служили пробы нефтешлама, не обработанные консорциумом микроорганизмов.
Продолжительность эксперимента - 90 суток (август-ноябрь).
Результаты и обсуждение
После завершения эксперимента содержание нефтепродуктов в контрольной пробе снизилось только на 0,39%, а в пробах нефтешлама, обработанного консорциумом, произошло уменьшение концентрации загрязнителя на 4,99-8,64% (табл.)
Таблица
Численность гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов и концентрация нефтепродуктов в нефтешламе
|
Проба |
Количество микроорганизмов, КОЕ/г |
Содержание нефтепродуктов, % |
||||
|
гетеротрофные |
углеводородокисляющие |
|||||
|
1 сутки |
90 сутки |
1 сутки |
90 сутки |
1 сутки |
90 сутки |
|
|
Контроль |
8,1·104 |
8,5·104
|
7,9·103 |
8,4·103
|
10,47 |
10,08
|
|
1 |
9,0·104 |
1,1·107
|
9,6·103 |
8,2·104
|
10,08 |
4,93
|
|
2 |
7,1·104 |
2,0·107
|
1,0·104 |
7,7·105
|
10,32 |
1,68
|
|
3 |
7,9·104 |
1,0·107
|
7,6·103 |
1,6·104
|
9,84 |
3,84
|
|
4 |
7,2·104 |
4,0·106
|
8,1·103 |
3,0·104
|
9,63 |
4,64
|
|
5 |
9,8·104 |
1,0·108
|
1,2·104 |
1,3·106
|
10,17 |
4,31
|
Концентрация биомассы как гетеротрофных, так и углеводородокисляющих микроорганизмов в контрольной пробе за время эксперимента практически не изменилась, в то время как в образцах, обработанных консорциумом, численность гетеротрофов увеличилась на 2-4 порядка, а количество углеводородокисляющих бактерий возросло на 1-2 порядка. Не смотря на то, что мероприятия по утилизации нефтеотхода были непродолжительными, начались в самом конце рекультивационного сезона (в середине августа) и длились до глубокой осени при постепенном понижении среднесуточной температуры, а также включали в себя лишь однократное внесение бактерий-нефтедеструкторов, использованный консорциум микроорганизмов Ochrobactrum sp. ИБ ДТ- 5.3/2 и Acinetobacter sp. ИБ ДТ-5.1/1 хорошо зарекомендовал себя при обезвреживании такого труднодоступного субстрата как нефтешлам в сложных погодно-климатических условиях Республики Казахстан.
Выводы
Результаты полевого эксперимента свидетельствуют о том, что консорциум микроорганизмов Ochrobactrum sp. ИБ ДТ- 5.3/2 и Acinetobacter sp. ИБ ДТ-5.1/1 может применяться в качестве основы биопрепарата для очистки окружающей среды от нефти и продуктов ее переработки.
Рецензенты:
Фархутдинов Р.Г., д.б.н., профессор кафедры биохимии и биотехнологии биологического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет», г.Уфа.
Баймиев А.Х., д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и нанобиотехнологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук, г.Уфа.