Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕОТХОДОВ

Коршунова Т.Ю. 1 Логинов О.Н. 1
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Уфимского научного центра РАН
В последнее время все больше внимания уделяется микробиологическому методу очистки экосистем. Его преимуществами являются эффективность, экономичность, экологическая чистота и безопасность, технологическая гибкость и возможность многократной обработки «хронических» загрязнений. В статье приведены результаты полевого эксперимента по обезвреживанию 5 тыс. м3 нефтешлама, складированного на территории нефтегазового месторождения Каражанбас (Республика Казахстан) с помощью консорциума микроорганизмов Ochrobactrum sp. ИБ ДТ- 5.3/2 и Acinetobacter sp. ИБ ДТ-5.1/1. За 90 суток содержание нефтепродуктов в отходе снизилось на 4,99-8,64%, а в контрольной пробе этот показатель составил только 0,39%. На участках, обработанных консорциумом, численность гетеротрофов увеличилась на 2-4 порядка, а углеводородокисляющих бактерий - на 1-2 порядка. В контрольной пробе за время эксперимента концентрация биомассы гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов практически не изменилась. Примененный консорциум микроорганизмов в дальнейшем может служить основой биопрепарата по очистке окружающей среды от нефтезагрязнения.
нефтешлам
консорциум микроорганизмов-нефтедеструкторов
1. Иванов В.Б. Рекультивация нефтезагрязненных земель: проблемы и перспективы // Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов: теория, методы, практика: тезисы докл. IV Междунар. научно-практич. Конф. (Нижневартовск, 26-30 окт. 2010 г.).- Нижневартовск: НГГУ, 2010.- С. 87-89.
2. Интернет портал АО НК «КазМунайГаз». URL: http://www.kmg.kz/press/company_news/6772#.UpgtECfXjPI- (дата обращения: 29.11.2013).
3. Логинов О.Н., Султанов И.М., Четвериков С.П., Давлетшин Т.К., Коршунова Т.Ю., Столярова Е.А., Мухаматдьярова С.Р., Кобызева Н.В. Консорциум штаммов микроорганизмов Acinetobacter sp. ИБ ДТ-5.1/1 и Ochrobactrum sp. ИБ ДТ-5.3/2, используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов // Заявка на выдачу патента РФ № 2012151289/10 (дата подачи 29.11.2012).
4. Коршунова Т.Ю., Мухаматдьярова С.Р., Логинов О.Н. Консорциум микроорганизмов, окисляющий нефтяные углеводороды // Вестник Башкирского университета.- 2013.- № 3.- С. 734-735.
5. ПНД Ф 16.1.41–04 «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почв гравиметрическим методом». 2004. Портал нормативных документов. URL: http:// www.OpenGost.ru- (дата обращения: 30.11.2012).
ё6. Четвериков С.П., Валиуллин Э.Г., Гареева Э.Р., Бакаева М.Д., Коршунова Т.Ю., Логинов О.Н. Биоремедиация замазученного грунта с помощью микробиологических препаратов // Вестник Башкирского университета.- 2013.- № 3.- С. 723-725.
7. Юльтимирова И.А. Проблемы утилизации нефтешламов // Электронный портал автономной некоммерческой организации «Международный центр содействия развитию предприятий по переработке нефтешламов». URL: http://oil-slime.ru/index.php?id=502- (дата обращения: 25.11.2013).
8. Raymond R.L. Microbial oxidation of n-paraffinic hydrocarbons // Develop. Industr. Microbiol. 1961. V. 2. № 1. P. 23-32.
Введение

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.


Библиографическая ссылка

Коршунова Т.Ю., Логинов О.Н. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕОТХОДОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13407 (дата обращения: 19.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074