2379
.pdfОценку изменения активности каталазы проводили на следующих образцах дерново-подзолистой почвы:
контрольный образец (незагрязненная дерново-подзолистая
почва);
нефтезагрязненная почва (НЗП) с общей концентрацией неф-
тепродуктов 150–160 г/кг, отобранная с площадки биоремедиации
втечение первого вегетационного периода;
НЗП с общей концентрацией нефтепродуктов 38–40 г/кг, отобранная с площадки биоремедиации в течение второго вегетационного периода;
НЗП с общей концентрацией нефтепродуктов 10–15 г/кг, которая была отобрана по завершении процесса очистки из биореактора.
В исследуемых почвенных образцах оценивали общее содержание нефтепродуктов и изменение активности фермента каталазы. Определение общего содержания нефтепродуктов проводили по общепринятой методике с помощью гравиметрического метода. Для измерения каталазнойактивностипочвыприменялигазометрическийметод[4].
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с применением компьютерной программы Excel 2007 (Microsoft Inc., 1999). Для каждого исследуемого образца рассчитывали среднее арифметическое и стандартное среднеквадратичное отклонение. Достоверность различий между средними величинами оценивали при помощи t-критерия Стьюдента для уровня значимости α = 0,05.
На рисунке представлены результаты оценки каталазной активности почв в различной степени загрязненных нефтепродуктами.
В ходе эксперимента наименьшая активность каталазы
((4,9±0,15) мл O2/5 мин/ 1 г почвы) была установлена в НЗП с концентрацией нефтепродуктов 38–40 г/кг, что могло быть обусловлено токсическим эффектом нефтепродуктов на микроорганизмы и, как следствие, снижением продукции данного фермента.
Для образцов НЗП с общим содержанием нефтепродуктов 38– 40 г/кг были установлены достоверные различия между контрольными и опытными образцами при уровне достоверной вероятности α = 0,05.
Относительно высокий показатель каталазной активности
((8,37±0,38) мл O2/5 мин/ 1 г почвы) проявили образцы НЗП после очистки в биореакторе с концентрацией нефтепродуктов 10–15 г/кг. Установленные высокие значения могут свидетельствовать о восстановле-
41
нии почвы после проведения процесса биоремедиации и постепенном приближении НЗП к фоновым показателям активности каталазы (9,7±0,47 мл O2/5 мин/ 1 г почвы), что подтверждается отсутствием достоверных различий между опытными и контрольными образцами при уровне достоверной вероятности α = 0,05.
Рис. Результаты оценки каталазной активности почв в различной степени загрязненных нефтепродуктами; ВП* – вегетационный
период (для территории Пермского края с мая по октябрь)
Результаты оценки образцов НЗП с концентрацией нефтепродуктов 150–160 г/кг показали высокие значения каталазной активности ((8,37±0,38) мл O2/ 5 мин/ 1 г почвы) близкие к фоновым значениям ((9,7±0,47) мл O2/ 5 мин/ 1 г почвы). По результатам статистической обработки данных, между образцами НЗП с концентрацией нефтепродуктов 150–160 г/кг и фоновыми образцами не было выявлено достоверных различий.
42
Высокая активность каталазы в НЗП с концентрацией нефтепродуктов 150–160 г/кг может быть объяснена интенсивным развитием углеводородокисляющих микроорганизмов и увеличением общей бактериальной численности в почве, что связано с доступностью углеводородов нефти как субстрата и увеличением интенсивности окисли- тельно-восстановительных реакций разложения углеводородов нефти, которые протекают при участии фермента каталазы. Литературные источники подтверждают возможность увеличения каталазной активности вследствие загрязнения почвы нефтепродуктами. Для прочих ферментов (гидролазы, дегидрогеназы, протеазы и др.), как правило, происходит угнетение их активности при высоких концентрациях нефтепродуктов [1].
Проведенные лабораторные исследования показали неоднозначность изменения активности фермента каталазы при загрязнении почвы нефтепродуктами.
При высоких концентрациях нефтепродуктов в НЗП (150–160 г/кг) отмечали высокие показатели каталазной активности, для которых не было установлено достоверных различий по сравнению с контрольными образцами. Причиной высоких значений активности фермента могло стать активное развитие углеводородокисляющих микроорганизмов, аследовательно, рост интенсивности окислительных процессов органическихсубстратоввпочве.
При средних концентрациях нефтепродуктов в НЗП (38–40 г/кг) отмечали достоверное снижение активности каталазы по сравнению с контрольными образцами. Снижение активности каталазы могло быть обусловлено ингибированием фермента каталазы продуктами окисления углеводородов нефти. Изменение интенсивности окислительных процессов также могло быть связано с наличием в НЗП труднодоступных для окисления фракций углеводородов нефти, что отразилось на снижении общей бактериальной численности, в том числе и на численности углеводородокисляющих микроорганизмов.
При малых концентрациях нефтепродуктов в НЗП (10–15 г/кг) были установлены высокие значения активности каталазы, близкие к фоновым показателям дерново-подзолистых почв. Увеличение активности каталазы в образцах НЗП, прошедших очистку, свидетельствует о восстановлении окислительно-восстановительных процессов в почве и приближении НЗП к фоновым показателям.
43
На основании проведенных исследований было установлено, что загрязнение почв углеводородами нефти оказывает влияние на каталазную активность почв, изменение которой зависит не только от концентрациинефтепродуктоввпочве, ноиотдлительностизагрязнения.
Список литературы
1.Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Мифтахова А.М. Биологическая активность нефтезагрязненных почв. – Уфа: Гилем, 2001. – 376 с.
2.Минеев В.Г. Практикум по агрохимии: учеб. пособие / под ред. академика PACXH В.Г. Минеева. – 2-е изд., перераб. и доп. – M.:
Изд-во МГУ, 2001. – 689 с.
3.Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ин-т биологии Уфим. науч. центра. – М.: Наука, 2005. – 225 с.
4.Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий / Карел. науч. центр РАН. – Петроза-
водск, 2009. – 84 с.
Сведения об авторах
Ахмадиев Максим Владимирович – ассистент кафедры
«Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: akhmadiev-m@yandex.ru.
Максимова Мария Григорьевна – студентка, кафедры «Охра-
на окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: Merry-May_Emy@bk.ru.
44
УДК 504.3.064:656
М.В. Ахмадиев, Г.С. Арзамасова, А.А. Чугайнова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
Рассматривается проблема утилизации «грубой» фракции отходов газового конденсата, образующихся на предприятиях газотранспортной отрасли. Приведены данные по биотехнологическому способу их обезвреживания с применением активных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из исходных образцов. Результаты исследования показали возможность использования аборигенных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов для переработки «грубой» фракции отходов газового конденсата.
Ключевые слова: газотранспортные предприятия, отходы газового конденсата, биоремедиация, биопрепарат, углеводородокисляющие микроорганизмы.
M. Akhmadiev, G. Arzamasova, A. Chugainova
USAGE OF HYDROCARBON OXIDIZING MICROORGANISMS FOR RECYCLING OF GAS CONDENSATE WASTE
The article is about the utilization of raw fraction of gas condensate waste that is generated in gas-transport factories. In the article there is information about biotechnological way to neutralize it using active strains of hydrocarbon oxidizing microorganisms separated out from the original prills. The result of the research showed the possibility of using aboriginal strains of hydrocarbon oxidizing microorganisms for recycling of raw fraction of gas condensate waste.
Keywords: gas transporting enterprises, gas condensate waste, bioremediation, biopreparation, hydrocarbon oxidated microorganisms.
Для предприятий нефтегазового комплекса отличительной характеристикой воздействия на окружающую среду является образование большого количества нефтесодержащих отходов.
45
К нефтесодержащим отходам газотранспортных предприятий относятся преимущественно отходы III класса опасности, такие как отходы очистки природного газа от механических примесей (отходы газового конденсата), обтирочный материал, отработанные масла, загрязненный песок, шлам очистки трубопроводов и емкостей и т.д.
Из перечисленных отходов наиболее значительными являются отходы газового конденсата (далее ОГК), поэтому проблема их обезвреживания актуальна.
Данный тип отходов образуется при зачистке внутренней полости пылеуловителей, а также в результате отстаивания отхода в емкостях сбора при разделении его на две фракции: жидкую нефтесодержащую и твердую («грубую»), включающую механические примеси. «Грубая фракция» ОГК представляет собой шламообразные отходы с высоким содержанием нефтепродуктов (от 10 до 90 %) и механических примесей. Для обезвреживания данной фракции в качестве оптимальных методов обезвреживания могут рассматриваться не только термические, но и биотехнологические методы [1, 2].
Применение биотехнологического метода возможно на основании того, что «грубая» фракция ОГК содержит в своем составе почвенные частицы и ее переработка может быть основана на естественных механизмах самоочищения почвы, в которых принимают участие различные штаммыуглеводородокисляющихмикроорганизмов(УВОМ) [3].
Целью работы являлась оценка эффективности использования культур углеводородокисляющих микроорганизмов для переработки отходов газового конденсата.
Из емкостей накопления на линейных газокомпрессорных станциях ООО «Газпром трансгаз Чайковский» были отобраны образцы ОГК с Можгинского, Чайковского и Кунгурского ЛПУмг (ЛПУмг – линейно производственное управление магистрального газопровода).
Определение общего содержания нефтепродуктов проводили гравиметрическим методом. Общую бактериальную численность оценивали прямым методом с использованием электронного микроскопа Carl Zeiss (Германия) с увеличением 20×40. Посевы на твердые питательные среды МПА и Таусона проводили по общепринятым методикам. Для учета численности сапрофитов использовали среду МПА (мясо-пептонный агар). Оценку численности УВОМ проводили на се-
46
лективной среде Таусона, куда в качестве единственного источника углерода вносили углеводороды нефти, которые были отобраны непосредственно из емкости накопления ОГК.
Из исходных образцов ОГК были выделены аборигенные культуры углеводородокисляющих микроорганизмов. Культуры представляли собой преимущественно бактериальные формы, а также грибы рода Penicillium sp.
Культивирование консорциума аборигенных культур УВОМ проводили с использованием ферментера Biostat A plus (Германия).
На начальном этапе эксперимента в исследуемые образцы отхода газового конденсата вносили биопрепарат на основе культур УВОМ с титром клеток 108. Одновременно ставили контрольный вариант без внесения биопрепарата.
Впроцессе проведения лабораторных исследований контролировали изменение общего содержания нефтепродуктов в пробах.
Статистическую обработку полученных данных осуществляли с использованием компьютерной программы Excel 2007 (Microsoft Inc., 1999), рассчитывая среднее арифметическое и среднее квадратичное отклонение. Достоверность различий между средними величинами оцени- валиспомощьюt-критерияСтьюдентадляуровнязначимостиα= 0,05.
Визуальная оценка исходных образцов отхода газового конденсата показала различие в их механическом составе, что повлияло на содержание нефтепродуктов в исходных образцах, которое варьировало в диапазоне от 92,0 до 244 г/кг.
Проведенная оценка микробиологических показателей исходных проб отхода газового конденсата позволила установить высокую
численность УВОМ во всех исследуемых образцах, которая составила от (3,85±0,44)106 до (5,77±0,44)107 КОЕ/г.
Висследуемые пробы вносили структуратор, опил с размером частиц 5–7 мм, что является оптимальным условием при проведении биоремедиации [4].
С целью интенсификации процесса очистки вносили биопрепарат на основе аборигенных культур УВОМ с титром клеток 108, которые были выделены из исходных образцов.
Изменение содержания углеводородов нефти контролировали
в опытных и контрольных образцах (рисунок), по прошествии 45 и 180 дней экспозиции.
47
Рис. Изменение концентрации углеводородов нефти
впроцессе биоремедиации отходов газового конденсата
Впроцессе очистки ОГК для контрольных проб отходов газово-
го конденсата Можгинского, Чайковского и Кунгурского ЛПУмг, в которые не вносили биопрепарат на основе культур УВОМ, было отмечено снижение содержания углеводородов нефти, обусловленное деятельностью автохтонной микрофлоры и эмиссией легких фракций углеводородов из ОГК.
Для опытных образцов, в которые производили инокуляцию культур УВОМ, были получены следующие результаты по изменению содержания углеводородов нефти:
–в пробе Можгинского ЛПУмг отмечали значительное снижение концентрации углеводородов нефти (с 92,0±2,3 до 23,0±5,2 г/кг), это объяснялось тем, что проба Можгинского ЛПУмг имела высокую исходную численность УВОМ, которая могла потенциально обеспечить высокую эффективность процесса биоремедиации. Общая эффективность биоремедиации за все время экспозиции составила 75 %, причем за первые 45 суток экспозиции отмечали наибольшую эффективность процесса биоремедиации на уровне 55 %;
–в пробе Чайковского ЛПУмг было также установлено существенное снижение концентрации углеводородов нефти (с 207,0±1,7 до 42,0±2,3 г/кг), что могло быть связано с интенсивной деятельностью
48
микроорганизмов и испарением легких фракций углеводородов нефти. Общая эффективность биоремедиации за все время экспозиции составила 80%, причем аналогично пробе Можгинского ЛПУмг максимальную эффективность процесса очистки на уровне 73% наблюдали за первые 45 суток экспозиции;
– в пробе Кунгурского ЛПУмг было зафиксировано значительное снижение концентрации углеводородов нефти (с 244,0±1,2 до 89,0±5,5 г/кг), что также объяснялось высокой активностью углеводородокисляющей микрофлоры и испарением легких фракций нефтепродуктов. Общая эффективность биоремедиации за все время экспозиции составила 64%, максимальную эффективность очистки отмечали за первые 45 дней экспозиции, которая составила 61%.
Высокие исходные концентрации углеводородов нефти в образцах ОГК ((92,0±2,3…244,0±1,2) г/кг) обусловливали высокую численность УВОМ в исходных образцах ОГК ((3,85±0,44)106…((5,77±0,44)× ×107)КОЕ/г). Консорциум УВОМ, выделенный из образцов ОГК, был использован для создания биопрепарата с целью интенсификации процесса биологической очистки. Внесение структуратора ибиопрепарата в отход газового конденсата достоверно приводило ксущественной интенсификации процесса биоремедиации во всех исследуемых пробах, что было установленопорезультатамстатистическогоанализа.
В исследуемых пробах ОГК изменение концентрации углеводородов нефти в процессе биоремедиации носило схожую динамику. За первые 45 дней экспозиции отмечали высокую эффективность процесса очистки (от 55 до 73 %), которая затем существенно снижалась. Общая эффективность биоремедиации за 180 дней экспозиции для проб ОГК составила от 64 до 80%.
Процесс биоремедиации, смоделированный в лабораторных условиях, показал высокую эффективность очистки ОГК в широком диапазоне концентраций нефтепродуктов.
Проведенные лабораторные исследования позволили установить достоверное повышение эффективности процесса очистки ОГК при внесении биопрепарата на основе аборигенных культур УВОМ.
Список литературы
1. Современные методы переработки нефтешламов / Г.Г. Ягафарова, С.В. Леонтьева, А.Х. Сафаров, И.Р. Ягафаров. – М.: Химия, 2010. – 190 с.
49
2.Арзамасова Г.С., Карманов В.В. Решение комплексных вопросов обращения с отходами очистки природного газа от механических примесей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – 2013. – № 2. – С. 7–15.
3.Ахмадиев М. В., Арзамасова Г. С., Чугайнова А.А. Исследование микробиоценоза отходов газового конденсата // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-т, 2014. – Т. 1. – С. 264–267.
4.Ахмадиев М.В., Рудакова Л.В., Сакаева Э.Х. Разработка исходных данных для проектирования опытно-промышленного биореактора по биоремедиации нефтезагрязненных почв// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2012. – № 7. – С. 34–37.
Сведения об авторах
Ахмадиев Максим Владимирович – ассистент кафедры
«Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: akhmadiev-m@yandex.ru.
Арзамасова Галина Сергеевна – ст. преподаватель кафедры
«Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследователь-
скийполитехническийуниверситет, e-mail: arzamasova-g@eco.pstu.ac.ru
Чугайнова Анастасия Александровна – студентка, кафедра
«Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: nuwada@mail.ru.
50