УДК 550.72:579.9.12.7
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРаТУРЫ На НЕФТЕОКИСЛЯЮЩУЮ аКТИВНОСТь УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГаНИЗМОВ
А.Б. Курманбаева1, А.У. Туякбаева1, Г.С. Апендина1, К.Т. Муканова1, А.Я. Ягофарова1, Р.Т. Омаров2, Ж.К. Масалимов1,2, Н.Б. Модлагулова1, Е.М. Раманкулов1
1 Национальный центр биотехнологии РК, г. Астана
2 Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана
В работе изучено влияние температуры на процесс деструкции углеводородов нефти при относительно низких, средних и высоких температурах.
Введение
На современном уровне развития не- фтегазового комплекса не представляет- ся возможным исключить его негативное воздействие на окружающую среду. По экспертным оценкам, на нефтепромыслах теряется до 3,5% от всего объема добыва- емой нефти. Также потеря нефти проис- ходит в системе сбора и сепарации, при транспортировке по трубопроводам [1].
Для уязвимых экосистем Западного Казахстана со специфическими природ- но-климатическими условиями (резкокон- тинентальный климат, большие перепады температур летнего и зимнего периода, скудность флоры и фауны и др.) само- очищение нефтезагрязненных почв про- исходит медленно. Легко разрушаемые при техногенном воздействии в результа- те интенсивного освоения природных ре- сурсов и медленно восстанавливающиеся природные экосистемы требуют разра- ботки особого подхода к решению эколо- гических проблем. Считается, что одним из приоритетных решений для Западного Казахстана является использование био- логических методов очистки от нефте- загрязнений с применением микроорга- низмов-деструкторов [2]. В связи с этим важно, чтобы их численность была вы- сокой (особенно на начальном этапе вос-
становления экосистемы). Это не всегда возможно, поскольку микробоценоз стра- дает от токсического шока, вызываемого поступлением больших количеств нефти в случае разлива и соответственно чис- ленность микроорганизмов сокращается.
Внесение дополнительных количеств эф- фективных микроорганизмов-нефтеде- структоров в почву позволяет усилить и ускорить скорость нефтеокисления [3, 4].
Для условий Западного Казахстана опти- мальным является внесение эвритермных микроорганизмов, способных функциони- ровать при экстремальных температурах.
Исследования влияния факторов окру- жающей среды на процесс биодеструкции углеводородов нефти с помощью углеводо- родокисляющих микроорганизмов необхо- димо для эффективного применения био- технологий при ремедиации загрязненных территории. Одним из наиболее значимых факторов, влияющих на рост микроорга- низмов, является температура [5].
Целью данного исследования было из- учение влияния температуры на процесс деструкции углеводородов нефти при от- носительно низких, средних и высоких температурах.
Материалы и методы
Объектом исследования были нефте-
доля ионов хлора составляла 24%, кон- центрация углеводородов нефти – 165 г/кг, рН почвы - 8,7.
Изучение динамики изменения числен- ности микроорганизмов в почвенных об- разцах проводилось по методу определе- ния общей микробной численности [6].
Общее микробное число (ОМЧ) в по- чвенных образцах до внесения биопрепа- рата «Экобак» (ранее разработанный нами в лаборатории экологической биотехноло- гии) составляло 9,3±0,5х103 КОЕ/г почвы, после внесения увеличилось на 4 порядка и составляло 3,6±0,2х107 КОЕ/г.
Концентрацию нефти в почве опреде- ляли по гравиметрическому методу [7].
Отбор проб почвы проводили в 3-х по- вторностях, согласно установленным ме- тодам отбора и подготовки проб почвы [8].
В состав биопрепарат «Экобак» входят углеводородокисляющие микроорганиз- мы (УОМ): Bacillus polymyxa ДН (номер патента 21708) и Bacillus thuringiensis А1 (номер патента 21709), титр клеток кото- рых был в пределах 3±0,5х1010 КОЕ/г.
Опыты по изучению влияния различ- ных температур на нефтеокисляющую способность биопрепарата при внесении его в нефтезагрязненную почву проводи- лись в вегетационных сосудах. В целях увеличения воздухопроницаемости почвы были внесены органические удобрения из расчета 15 г на 300 г почвы. Продолжи- тельность модельного эксперимента со- ставила 30 суток.
В эксперименте были заложены следу- ющие варианты опыта:
1) Вариант 1 (контроль - нефтезагряз- ненная почва);
2) Вариант 2 (контроль - нефтезагряз- ненная почва + органическое удобрение);
3) Вариант 3 (нефтезагрязненная по- чва + орг. удобрение + биопрепарат, при t +20°С);
чва + орг. удобрение + биопрепарат, при t +45°С).
Все опыты проводились в 3-х повтор- ностях.
Результаты и их обсуждение
Для постоянного мониторинга процес- сов нефтедеструкции пробы почвы отби- рались ежедневно в течение первых 7-ми дней, а затем на 14, 21 и 30-е сутки. Пери- одичность отбора проб для последующего определения численности углеводород- окисляющих микроорганизмов проводи- лась в эти же временные интервалы.
Уровень биодеструкции углеводородов нефти сравнивали с его исходным содержа- нием в почве и за вычетом учета «спонтан- ной» деструкции контрольного образца по- чвы. Результаты остаточного содержания нефти приведены на рисунке 1.
Показано, что динамика изменения остаточного содержания нефти и нефте- продуктов в загрязненной почве носит схожий характер при температурах от +20 до +45°С. Причем в течение первых пяти суток деструкция нефти практически не наблюдалась по сравнению с исходным показателем (165 г/кг) и составляла 0,3- 0,6%. На 5-7 сутки содержание нефтепро- дуктов во всех экспериментальных образ- цах колебалось от 104 до 114 г нефти на кг почвы. Эффективность нефтедеструкции за первые пять дней при этом составляла в среднем ~ 33,5%. В последующий пери- од темпы нефтедеструкции значительно снизились и составили в среднем ~ 9% за последующие 3 недели. Эффективность нефтедеструкции за весь период (30 дней) составила 42,2% по сравнению с контро- лем, а в количественном отношении уро- вень нефтезагрязнения снизился со 165 г/кг до 95,5 г/кг.
содержание нефти в почве, г/кг
Рис.1. Динамика изменения остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в нефтезагрязненной почве после обработки биопрепаратом при различных температурах
Уровень нефтедеструкции в контроль- ном варианте был в пределах 7-12% (153- 145 г/кг) в течение 30 суток. Это показыва- ет, что изменение температур в интервале от +20 до +45°С не оказывает существенного влияния на процесс биоремедиации.
При изучении динамики изменения чис- ленности микроорганизмов установлено, что на 1-2 сутки после внесения биопре- парата в опытных образцах наблюдалось снижение уровня ОМЧ до 1,36х106КОЕ/г, в сравнении с исходным показателем 3,6х107КОЕ/г (рис. 2), что, вероятно, связа- но со стрессовым условием роста для вне- сенных микроорганизмов. Несмотря на то, что в целом характер динамики изменения ОМЧ схожи, нами обнаружены некоторые различия в зависимости от температурных условий. В условиях температуры +30°С уже через двое суток наблюдался рост ОМЧ, который достиг пика на 5-е сутки. Причем уровень ОМЧ за этот период увеличился в
~3,5 раза, что в ~ 2 раза выше в сравнении с уровнем ОМЧ сразу после внесения. В дальнейшем происходило постепенное сни-
жение численности микроорганизмов, ко- торая на 30 сутки эксперимента составила 1,1х107 КОЕ/г.
При температурах +20 и +45°С наблюда- лось несколько пролонгированное снижение ОМЧ и занимало 2,5-3 дня, а рост начинался только на 3-и (+45°С) и 4-е (+20°С) сутки.
Уровень ОМЧ на 6-е сутки при температу- ре +20°С поднялся до исходного показателя, который был выявлен после внесения пре- парата. При +45°С на 6-е сутки в почве на- блюдался рост ОМЧ до 1,6х107 КОЕ/г, од- нако этот показатель был значительно ниже, чем после внесения препарата. Инкубирова- ние образцов в течение 30 суток при +20 и +45°С приводило дальнейшему снижению ОМЧ до 0,65 х107 КОЕ/г и 0,13х107 КОЕ/г соответственно
В течение 30 суток опыта в контроль- ном варианте без добавления органическо- го удобрения ОМЧ почвы оставалось почти не измененным и составляло 1,2х104КОЕ/г.
В контроле с добавлением удобрения чис- ленность микроорганизмов составила 3,7х105КОЕ/г.
ОМЧ, КОЕ/г почвы Х 106
Рис.2. Динамика численности углеводородокисляющих микроорганизмов почвы модельного эксперимента
Основываясь на полученных данных, можно сделать вывод о том, что наиболее оптимальной температурой для жизнеде- ятельности углеводородокисляющих бак- терий, входящих в состав биопрепарата
«Экобак», является +30°С. При этом по- казано, что температура в пределах +20°С ... +45°С практически никак не влияет на
уровень биологической нефтедеструк- ции. Таким образом, в данной работе под- тверждается возможность эффективного использования биопрепарата «Экобак» в широком диапазоне положительных тем- ператур, которые характерны в летние пе- риоды времени на территории Западного Казахстана.
Литература
1. Диаров М.Д., Гилажов Е.Г., Димеева Л.А. Экология и нефтегазовый комплекс. – Алматы: Ғалым, 2003. – Т. 2. – 340 с.
2. Сапаров А.С., Фаизов К.Ш., Асанбаев И.К. Почвенно-экологическое состояние Прикаспийского нефтегазового региона и пути их улучшения. – Алматы, 2006. – 148 с.
3. Жукова О.В., Морозов Н.В. Биодеструкция нефти и нефтепродуктов в управляемом режиме // Фундаментальные науки и практика. - 2010. - Т.1., №3. - С. 127-137.
4. Ермоленко З.М., Чугунов В.А., Герасименко В.Н. Влияние некоторых факторов окружающей среды на выживаемость внесенных бактерий, разрушающих нефтяные углеводороды // Биотехнология. - 1997. - №5. – С. 18-26.
5. http://www.kesk-kem.ru/vlijnie_faktorov_vneshnei_sredy_na.html.
6. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. – М.: Наука, 1991.
– 304 с.
7. ГОСТ 16.1.41-04 Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почв гравиметрическим методом.
8. ГОСТ 28168-89 Почвы. Отбор проб.
Түйін
Жұмыста мұнай көмірсутектерінің ыдырауына жоғары, орташа және төмен температураның әсері зерттелді.
Summary
The influence of temperature on the degradation of petroleum hydrocarbons at relatively-low, medium and high temperatures.
