1279

М.Е. Калашникова, Е.С. Белик,

д-р техн. наук, проф. Л.В. Рудакова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИММОБИЛИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ

К числу актуальных экологических проблем нефтедобывающих регионов относится проблема восстановления и санации нефтезагрязненных почв. По ориентировочным расчетам общее количество земельных ресурсов, испытывающих повреждающее действие различных компонентов нефти, в России, по данным И.С. Жарова, составляет более 1000 тыс. га [1]. Так, например, в Пермском крае ежегодные объемы образования нефтезагрязненных грунтов достигают 20–30 тыс. м3 [2]. Ежегодно площади нарушенных земель, требующих рекультивации, увеличиваются на 10 тыс. га в год.

Для восстановления техногенно нарушенных территорий применяются различные технологии, отличающиеся по способам деструкции нефтепродуктов (физико-химические, биологические), аппаратурному оформлению, длительности процесса, достигаемой эффективности, экономическим затратам. Выбор технологий очистки и восстановления почв, загрязненных углеводородами нефти, основан на использовании комплексного эколого-экономического критерия, учитывающего основные технологические параметры процесса и экологическую эффективность получаемых результатов.

Распространенным методом очистки почв и грунтов от нефти и нефтепродуктов является биоремедиация, которая представляет собой комплекс мероприятий, основанных на применении нефтеразлагающих бактерий – биодеструкторов, которые позволяют снижать нефтяные загрязнения в почве [3].

391

elib.pstu.ru

Широкая распространенность метода обусловлена рядом причин: низкие капитальные затраты на реализацию технологии, возможность проведения ремедиации in situ, высокая эффективность процесса при низких концентрациях нефтепродуктов, относительно низкая себестоимость проводимых работ по сравнению с традиционными очистными сооружениями, возможность мониторинга процесса очистки [4].

В то же время использование данной технологии предполагает длительный временной интервал, в течение которого происходит биодеструкция (2–4 вегетационных сезона), отчуждение значительных земельных площадей для размещения нефтезагрязненных почв и грунтов, зависимость эффективности очистки от внешних климатических условий.

Для интенсификации процесса биодеструкции применяют высокоэффективные штаммы углеводородокисляющих микроорганизмов. Сравнительный анализ эффективности технологии биоремедиации без внесения и с внесением культур микроорганизмов дополнительно к аборигенной микрофлоре показал увеличение скорости окисления углеводородов, тем не менее эффективность очистки на технологических площадках часто не соответствует результатам, полученным в лабораторных условиях. Одной из причин снижения эффективности биодеструкции является снижение концентрации клеток микроорганизмов в перерабатываемом субстрате, обусловленное их выносом

сатмосферными осадками. Решением проблемы может быть применение биосорбентов с иммобилизованными на их поверхности активными штаммами микроорганизмов – деструкторов углеводородов нефти.

Сцелью интенсификации процесса биодеструкции углеводородов в естественных условиях на технологических площадках на кафедре охраны окружающей среды ПНИПУ проведены экспериментальные исследования по получению биосорбентов методом иммобилизации на поверхности пористых материалов. Для достижения поставленной цели решали задачи, связанные

сподбором матрицы, получением накопительной культуры уг-

392

elib.pstu.ru

леводородокисляющих микроорганизмов (УВОМ) и определения условий иммобилизации.

При выборе пористой матрицы руководствовались следующими критериями: удельная поверхность, объем микропор, мезопор, макропор, насыпная плотность, влагоемкость, нефтеемкость, маслоемкость. В качестве матрицы для иммобилизации микроорганизмов использовали карбонизат – продукт, полученный в результате термической обработки избыточного активного ила. Ранее были проведены исследования, которые позволили использовать карбонизат в качестве матрицы.

Получение накопительной культуры УВОМ, представляющей собой консорциум различных физиологических групп микроорганизмов, выделенных из нефтезагрязненных почв, проводили в ферментере Biostat A plus (рис. 1) при постоянных условиях: температура внутренней среды 37 °С, pH 5,8 и скорость перемешивания 100 об/мин [5]. Контроль видового разнообразия осуществляли еженедельно по методикам, принятым в микробиологической практике.

Рис. 1. Ферментер Biostat A plus: 1 – культуральный сосуд; 2 – основной блок; 3 – ноутбук с предусмотренным программным обеспечением; 4 – мутномер;

5 – система электрического перемешивания

393

elib.pstu.ru

В лабораторных условиях исследовали процесс иммобилизации методом физической сорбции в динамических и статических условиях.

Физическую сорбцию в статических условиях проводили в ферментере в течение 8–10 ч.

Физическую сорбцию в динамических условиях осуществляли в колонке методом фильтрации суспензии УВОМ через слой карбонизата.

Для подтверждения факта иммобилизации микроорганизмов на пористой поверхности матрицы образцы были исследованы под сканирующим электронным микроскопом (рис. 2).

Рис. 2. Матрица с иммобилизованными микроорганизмами

Результаты проведенных исследований позволили установить:

– в процессе статической иммобилизации происходит частичное нарушение структуры карбонизата и одновременно с иммобилизацией происходит вымывание микроорганизмов, вследствие чего концентрация иммобилизованных микроорганизмов снижается;

– эффективность иммобилизации УВОМ в процессе динамической сорбции выше, до 80–85 % пор карбонизата занято микроорганизмами.

394

elib.pstu.ru

В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по оценке эффективности использования биосорбента, полученного методом физической сорбции в динамических условиях, для биоремедиации нефтезагрязненных почв.

Список литерратуры

1.Жаров И.С. Проблема загрязнения почв нефтепродуктами

ипути ее решения: техника и биотехнологии // Агробиотехнологии и экологическое земледелие: материалы молодеж. форума. –

Владимир, 2005. – С. 114–117.

2.Белозеров Д.С. Повышение экологической эффективности этапа ликвидации последствий аварийных ситуаций: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 2007.

3.Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде: учеб. пособие. – М.: Изд-во РУДН. – С. 131.

4.Восстановление техногенных грунтов биотехнологическими методами / Л.В. Рудакова [и др.] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010. – № 6. – С. 23–27.

5.Белик Е.С., Рудакова Л.В. Исследование физической иммобилизации углеводородокисляющих микроорганизмов на пористой поверхности карбонизата // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2012. – № 7. – С. 10–14.

395

elib.pstu.ru

Р.А. Харахорина,

д-р мед. наук, проф. О.В. Долгих

Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, г. Пермь

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕСРЕДОВОЙ ЭКСПОЗИЦИИ ФОРМАЛЬДЕГИДОМ И ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА РАЗВИТИЕ ИММУННЫХ НАРУШЕНИЙ У ДЕТЕЙ

Проблема иммуноопосредованных нарушений здоровья является актуальной для регионов, где население проживает в условиях техногенной экспозиции. Особую роль играет воздействие на организм вредных химических факторов, в частности тяжелых металлов и органических соединений, способных нарушать компенсаторные свойства организма [1, 2]. В результате длительного поступления низкомолекулярных химических соединений в организм возникает иммунологический дисбаланс цитокин-продуцирующей активности лимфоцитов в сторону преобладания Th2-типа регуляции иммунного ответа, что, в свою очередь, характеризуется повышением специфичексой сенсибилизации организма к профессиональнымаллергенам [3, 4].

Цель исследования – анализ особенностей цитокиновой регуляции и продукции медиаторов (реагинов, лейкотриенов C4/D4/E4) у детей, страдающих аллергическими заболеваниями в условиях влияния формальдегида, марганца и хрома.

Всего, включая группу контроля, обследовано 88 детей (средний возраст составил 6,3±1,4 лет), имеющих в анамнезе аллергопатологию. В зависимости от содержания химических соединений в крови дети были разделены на две группы. В основную обследуемую группу вошли 66 детей с повышенным содержанием формальдегида, марганца и хрома в крови. Группа сравнения включала 22 ребенка с допустимым содержанием исследуемых соединений. Основная исследуемая группа и группа сравнения были сопоставимы по полу, возрасту и соматической заболеваемости.

396

elib.pstu.ru

Исследование биосред (кровь) на содержание металлов (марганец, хром) выполнено методом атомно-абсорбционного анализа. Определение формальдегида выполнялось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Концентрацию сывороточных реагиновых иммуноглобулинов (общий IgE, антигенспецифический IgE), цитокинов (IL-4, IL-8, TNF-α, INF- ) и лейкотриенов (ЛТ) C4/D4/E4 определяли методом иммуноферментного анализа с помощью тест-систем фирм «Хема-Медика» (Россия), Euroimmun (Германия), «Век- тор-Бест» (Россия) и Neogen Corporation (США) на микроплан-

шетном анализаторе Elx808IU Bio-Tek Instruments (США). Для количественного определения ЛТ предварительно проводили процедуру их экстракции из плазмы крови. Для этого подготовленный образец плазмы крови элюировали через колонку С18

Sep-Pak Waters Corporation (США). Остаток эйкозаноидов смы-

вали 2 мл метанола, который в дальнейшем выпаривали с помощью модульного концентратора DUO miVac (США).

Статистическую обработку результатов проводили с помо-

щью пакета программ Microsoft Office, Microsoft Excel и допол-

нительной программы статистического анализа Statistica 6.0. Достоверность различий между группами считали значимыми при р < 0,05.

Оценка уровня контаминации биосред обследуемых детей позволила установить, что содержание формальдегида, марганца и хрома в основной обследуемой группе в 5,4; 2,6 и 2,2 раза соответственно достоверно (p < 0,05) превышает содержание исследуемых гаптенов в группе сравнения.

В качестве маркера реагинового механизма аллергических реакций использовали уровень содержания иммуноглобулина Е (IgE). Нами выявлена тенденция к увеличению содержания общего IgE в основной обследуемой группе по отношению к группе сравнения (таблица). Для доказательства участия химических соединений (формальдегид, марганец, хром) в развитии сенсибилизации у детей определена концентрация специфических антител к исследуемым гаптенам. Обнаружено, что IgE специ-

397

elib.pstu.ru

фический к формальдегиду в основной обследуемой группе детей достоверно (p < 0,05) в 4,3 раза превысил IgE специфический к формальдегиду в группе сравнения. При определении специфических IgE-антител к марганцу и хрому у детей основной обследуемой группы обнаружено достоверное (p < 0,05) увеличение исследуемых показателей в 14,2 и 2,6 раз соответственно по отношению к группе сравнения (см. таблицу).

Содержание реагинов и лейкотриенов C4/D4/E4 в крови обследуемых детей

* разница достоверна по отношению к группе сравнения (p < 0,05).

При количественной оценке метаболитов арахидоновой кислоты – ЛТ C4/D4/E4 – установлено достоверное (p < 0,05) повышение их содержания в 2,0 раза в основной исследуемой группе детей по отношению к группе сравнения (см. таблицу).

В результате исследования цитокинового профиля обнаружено повышение в 2,4 раза фонового содержания провоспалительного IL-8 и достоверное (p < 0,05) увеличение в 4,2 раза содержания противовоспалительного IL-4 у детей основной обследуемой группы по отношению к группе сравнения. При этом отмечено снижение продукции TNF-α и INF- в 1,2 и 1,5 раз соответственно.

Таким образом, установлено, что длительное воздействие тяжелых металлов (марганец, хром) и формальдегида ведет к кумуляции в организме не только самих веществ, но и вызываемых ими дисрегуляторных процессов, прежде всего со сто-

398

elib.pstu.ru

роны иммунной системы, что может выражаться в нарушении функции иммунокомпетентных клеток синтезировать цитокины. Так, снижение уровня TNF-α и INFна фоне повышенного содержания IL-4 и IL-8 указывает на более выраженную активацию лимфоцитов Тh2-типа при снижении активности Тh1лимфоцитов. Развитие специфической сенсибилизации на химические аллергены идет c одновременной активацией сывороточных реагиновых иммуноглобулинов (общий IgE, аллергенспецифические IgE к формальдегиду, марганцу и хрому) и метаболитов арахидоновой кислоты – лейкотриенов C4/D4/E4 (с кратностью превышения 2,0 по отношению к группе сравнения).

Список литературы

1.Моисейчик П.Н., Скепьян А.Н. Формирование аллергических реакций в зависимости от сочетанного воздействия гаптенов // Состояние стоматологической помощи населению и пути ее усовершенствования в условиях переходной экономики: материалы 3-го съезда стоматологов Беларуси. – 1997. – С. 214.

2.Алексеева О.Г., Дуева Л.А. Аллергия к промышленным химическим соединениям. – М.: Медицина, 1978.

3.Долгих О.В., Кеворков Н.Н. Особенности функционального состояния иммунной системы в условиях воздействия низкомолекулярных химических соединений // Медицинская имму-

нология. – 2002. – Т. 4, № 3. – С. 473–476.

4.Долгих О.В., Зайцева Н.В., Дианова Д.Г. Цитокиновый статус аппаратчиков производства активированных углей // Гигиенические и медико-профилактические технологии управления рисками здоровью населения в промышленно развитых регионах: материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием. –

Пермь, 2010. – С. 344–346.

399

elib.pstu.ru

7. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И СЕРТИФИКАЦИЯ

П.В. Батракова,

д-р. техн. наук, проф. В.В. Карманов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АКТУАЛЬНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ МЕНЕДЖМЕНТА ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЯ

В последнее время вопрос внедрения интегрированных систем менеджмента (ИСМ) становится все более актуальным для российских компаний, которые сталкиваются с конкуренцией со стороны западных и некоторых отечественных компаний, подтвердивших сертификатами свои достижения в области управления качеством, экологией ипрофессиональной безопасностью.

Организация зачастую несет дополнительные издержки, а следовательно, теряет часть прибыли, если выпускается продукт низкого качества, наносится ущерб здоровью персонала и имуществу, загрязняется окружающая среда. В большинстве случаев дополнительные издержки вызваны недостатками в системе управления организации, а не небрежностью или злым умыслом персонала. Для устранения недостатков в системе управления организацией самым эффективным способом является разработка и внедрение интегрированной системы менеджмента, отвечающей требованиям различных международных стандартов. С каждым годом возрастает заинтересованность организаций в создании интегрированных систем, отвечающих требованиям нескольких международных стандартов, например, ISO 9001:2008 (системы менеджмента качества), ISO 14001:2004 (системы экологического менеджмента); OHSAS 18001:2007 (системы менеджмента здоровья и безопасности напроизводстве) идр. [1].

400

elib.pstu.ru