Методы восстановления нефтезагрязненных почвенных экосистем

В вариантах с добавлением  червей отмечалось повышение структурированности почвы, ее скважности. Это, без сомнения, должно повышать аэрацию и улучшать водный режим почвы (Орлов, 1978), тем самым, способствуя физико-химическим и микробиологическим процессам разрушения нефти.

 

 

Рисунок 3.1 – Влияние различных  биодеструкторов на содержание нефти  в почве

Улучшение процессов  разрушения нефти, а также интенсификация переработки нефтезагрязненных  почв при добавлении наряду с препаратом "Дестройл" дождевых червей, подтверждается и увеличением толщины слоя копролитов (рисунок 3.2) - комочков земли пропущенных через кишечник червя. Через три недели, толщина слоя копролитов в опытах, где в почву добавляли нефть (25 г/кг) составила, в варианте с червями – 3 мм, а там, где кроме червей добавляли и микробиологический препарат – 9 мм.

 

 

Рисунок 3.2 – Толщина слоя копролитов на поверхности нефтезагрязненных  субстратов

О том, что при действии комплекса биодеструкторов происходило значительно более интенсивное обезвреживание нефти, свидетельствовали и данные, полученные при тестировании на семенах редиса.

Из таблицы 3.2 можно увидеть, что при совместном влиянии микробиологического препарата и красного калифорнийского гибрида, происходило значительно более эффективное снижение фитотоксичности водных вытяжек из почвы, в которую добавляли нефть, чем в тех случаях, когда компоненты действовали порознь.

Таблица 3.2 – Влияние биодеструкторов на фитотоксичность водных вытяжек из почвы, загрязненной нефтью

Время экспозиции, сут	Влияние биодеструкторов на фитотоксичность  водной вытяжки нефтезагрязненной  почвы	Биодеструкторы
		Дождевые черви	Микробиологический препарат	Препарат и дождевые черви
10	кол-во проросших семян средняя длина проростков	0 0	0 0	0 0
20	кол-во проросших семян средняя  длина проростков	0 0	0 0	20,4 16,5
30	кол-во проросших семян средняя длина проростков	3,5 11,0	17,0 33,0	68,0 60,5
40	кол-во проросших семян средняя длина проростков	6,8 11,0	17,0 49,5	81,6 88,0

 

Примечание: Контроль: водная вытяжка почвы, в которую не вносили нефть; кол-во проросших семян - 29; средняя длина проростков, мм - 57; исходная концентрация нефти в 1 кг почвы – 25 г.

Через 30 суток от начала эксперимента в вариантах с водными  вытяжками, из нефтезагрязненных почв, в которые запускали красных калифорнийских червей, прорастало всего 3,5 % семян, там где был добавлен «Дестройл» - 17%, а там где присутствовали и черви и микробиологический препарат – 68 %. Длина проростков редиса через 30 суток составила соответственно 11,0, 33,0 и 60,5 мм.

Таким образом, проведенные  исследования показали, что комплекс биодеструкторов, состоящий из представителей двух трофических уровней - ассоциаций нефтеразрушающих микроорганизмов - "Дестройл" и дождевых червей, более эффективно элиминировал нефть из нефтезагрязненных почв, снижал фитотоксичность образцов, и вел к рекультивации почв, чем названные биодеструкторы это делали по отдельности.

Эта работа продолжается и дальше, рассматривается химическая сторона.

 

3.5 Методы рекультивации, основанные на интенсификации процессов самоочищения

 

Самоочищение и самовосстановление почвенных экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, - это стадийный  биогеохимический процесс трансформации  загрязняющих веществ, сопряженный со стадийным процессом восстановления биоценоза. Для разных природных зон длительность отдельных стадий этих процессов различна, что связано в основном с почвенно-климатическими условиями. Важную роль играют и состав нефти, наличие сопутствующих солей, начальная концентрация загрязняющих веществ (Исмаилов и др., 1998).

Механизм самовосстановления экосистемы после нефтяного загрязнения  достаточно сложен. С помощью агротехнических приемов можно ускорить процесс самоочищения нефтезагрязненных почв путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной активности микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза.

Одним из основных факторов, лимитирующих процесс разложения углеводородов, является газовоздушный режим загрязненной почвы. Нефтяное загрязнение ухудшает газовый обмен почвы, создает условия для усиления восстановительных процессов. Для окисления углеводородов микроорганизмами необходимо наличие молекулярного кислорода, в анаэробных условиях процесс окисления крайне затруднен.

Из свыше 100 видов бактерий, грибов, дрожжей, способных утилизировать  один или несколько нефтяных углеводородов  в качестве источника углерода и  энергии, только один принадлежал к  анаэробам (Колесниченко, 2004). Приемы обработки почв, способствующие улучшению аэрации, стимулируют активность микроорганизмов, усиливают окислительные процессы. Интенсификация разложения нефти и нефтепродуктов в почве возможна путем рыхления, частой вспашки, дискования.

Обработка является мощным регулирующим фактором, стимулирующим самоочистку нефтезагрязненных почв. Она положительно влияет на микробиологическую и ферментативную активность, так как способствует улучшению условий жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, которые количественно и по интенсивности метаболизма доминируют в почвах и являются основными деструкторами углеводородов. Рыхление загрязненных почв увеличивает диффузию кислорода в почвенные агрегаты, снижает концентрацию углеводородов в почве в результате улетучивания легких фракций, обеспечивает разрыв поверхностных пор, насыщенных нефтью, но в то же время способствует равномерному распределению компонентов нефти и нефтепродуктов в почве и увеличению активной поверхности. Обработка почвы создает мощный биологически активный слой с улучшенными агрофизическими свойствами. В почве при этом создается оптимальный водный, газовоздушный и тепловой режим, растет численность микроорганизмов и их активность, усиливается активность почвенных ферментов, увеличивается энергия биохимических процессов (Колесниченко, 2004).

Обеспеченность почв биогенными элементами - азотом, фосфором и калием - важный фактор, определяющий интенсивность разложения нефти и нефтепродуктов. Недостаток биогенных элементов необходимо восполнять путем внесения в почву минеральных удобрений. Практически во всех случаях внесение биогенных элементов в виде минеральных удобрений стимулирует разложение углеводородов в почве. Наиболее интенсивно разложение углеводородов протекает при ежегодном внесении комплекса N, P, K – содержащих удобрений в сочетании с навозом, а также при внесении в почву биогумуса (Андерсон и др., 1979).

Биогумус получают переработкой навоза (крупного рогатого скота, свиного, конского), опилок, измельченной вермикультурой соломы. Биогумус поддерживает высокую численность бактерий, утилизирующих органические и минеральные формы азота, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, нитрификатов. Способствует перестройке микробного ценоза нефтезагрязненной почвы, что проявляется в расширении видового разнообразия бактериальной флоры. Почвенная микрофлора использует компоненты биогумуса в качестве источника азота, фосфора и калия, обеспеченность которыми в нефтезагрязненной почве снижается. Многие органические вещества биогумуса служат энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, благодаря чему в почве повышается активность микробиологических процессов, соответственно усиливается мобилизация питательных веществ (Логинов, 2000).

Температура - важный фактор, при прочих равных условиях определяющий интенсивность микробиологического  разложения нефти и нефтепродуктов. Оптимальной температурой для разложения нефти и нефтепродуктов в почве  считается 20-37°С. В почвах, расположенных  в аридных зонах с повышенной среднегодовой температурой, интенсивность самоочищения загрязненных почв значительно выше, чем в почвах, расположенных в гумидных зонах с относительно низкими среднегодовыми температурами.

В виду сильного влияния  температуры на скорость биодеградации нефтепродуктов особое внимание исследователей в последнее время привлекают природные микроорганизмы, обладающие высокой устойчивостью к низким температурам. В частности, из загрязненных нефтепродуктами почв Антарктики был выделен штамм Pseudomonas sp. 30-3, способный переносить диапазон температур от 0 до 35 °С (Panicker et al., 2002).

Поддержание почвы во влажном состоянии является одним  из агротехнических приемов управления биологической активностью и  оказывает эффективное воздействие на темпы разложения нефти и нефтепродуктов. Благоприятный водный режим почвы достигается путем полива. Улучшение водного режима путем полива обусловливает улучшение агрохимических свойств почв, в частности влияет на подвижность питательных веществ, микробиологическую деятельность и активность биологических процессов. Одновременно с этим усиливается действие на микробиологическую и ферментативную активность агрохимических приемов, например внесения удобрений, рыхления.

Кислотность почвы играет важную роль в разложении нефти и нефтепродуктов. Значения рН, близкие к нейтральным, являются оптимальными для роста на углеводородах большинства бактериальных микроорганизмов. В подзолистых почвах с кислой реакцией этот фактор имеет решающее значение при разложении нефти и нефтепродуктов. Поэтому для создания рН, оптимального для их биоразложения, кислые почвы подвергают известкованию (Колесниченко, 2004).

Посев на нефтезагрязненную  почву люцерны и других бобовых  культур, трав с разветвленной корневой системой способствует ускорению разложения углеводородов (Алиев и др., 1977). Положительное воздействие посевов сельскохозяйственных растений, и в частности многолетних трав, объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают почву азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой в почву в процессе жизнедеятельности растений. Все это стимулирует рост микроорганизмов и соответственно интенсифицирует разложение нефти и нефтепродуктов.

 

 

Заключение

 

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами - одна из сложных  и многоплановых проблем экологии и охраны окружающей среды. В настоящее  время успешно развиваются технологии биоремедиации нефтезагрязненных  территорий. При этом решение проблемы достигается за счет стимуляции микробных ценозов путем внесения удобрений, микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель или путем внесения различных биопрепаратов.

Единственным реальным в настоящее время способом борьбы с последствиями разлива нефти и нефтепродуктов является комплекс работ, включающий механическое или физико-химическое удаление разлитых нефтепродуктов с последующей очисткой остающейся в почве нефти биологическими методами при помощи биодеструкции нефтеокисляющими микроорганизмами.

В то же время существующие в настоящее время в России препараты оказываются недостаточно эффективными в различных экстремальных  почвенно-климатических условиях различных  регионов России, в связи с чем  для ликвидации масштабных последствий разливов нефти в настоящее время необходим активный поиск и выделение аборигенных штаммов и разработка новых препаратов.

Однако необходимо отметить, что природные аборигенные микроорганизмы обладают ограниченной нефтеокисляющей активностью, несмотря на более высокую устойчивость к воздействию факторов внешней среды. Поэтому возможным перспективным решением является разработка новых, не существующих в природе видов микроорганизмов. Эти новые виды, обладающие как минимум на порядок более высокой нефтеокисляющей активностью, должны создаваться обязательно с искусственным ограничением срока жизни с целью предотвращения биогенной катастрофы.

Разработаны и активно  внедряются большое количество коммерческих микробиологических препаратов иностранного и отечественного производства, таких как «Дестройл», «Путидойл», «Деворойл» и др. Однако в природных условиях биодеградация протекает под воздействием всего комплекса почвенной биоты, неотъемлемой частью которой являются и дождевые черви. В связи с этим можно было предположить, что вермикультура окажется перспективной и для интенсификации переработки нефтезагрязненных материалов.

Проведенные исследования показали, что комплекс биодеструкторов, состоящий из представителей двух трофических  уровней - ассоциации нефтеразрушающих микроорганизмов - "Дестройл" и дождевых червей, более эффективно элиминировал нефть из нефтезагрязненных почв и снижал фитотоксичность исследуемых образцов, чем в случае их раздельного внесения.

Проблема нефтяного  загрязнения почв в настоящее время в нашей стране практически не решается. Работы по очистке нефтяных загрязнений с использованием микроорганизмов не координируются, их научный и технологический уровень невысокий. Таки образом, проблема загрязнения нефтью и нефтепродуктами почв Российской Федерации стоит в настоящее время как никогда остро и для поиска путей разрешения всех ее аспектов необходима координируемая концентрация усилий всех заинтересованных правительственных, научных и производственных организаций.

 

 

Список используемых источников

 

1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем / Под ред. М. Ю. Доломатова, Э. Г. Теляшева.-М.: Химия, 2002.-608 с.
2. Алиев С.А. Рекомендации по рекультивации нефтезагрязненных земель / Гвозденко Д.В., Бабаев М.П., Гаджиев Д.А.- Баку: Элм, 1981.-26 с.
3. Андресон Р.К. Изучение факторов, влияющих на биоразложение нефти в почве / Р.К. Андресон, Л.А. Пропадущая // Коррозия и защита в нефтегазодобывающей промышленности.- М., 1979.- №3.- С. 30-32.
4. Берне Ф.Ж. Водоочистка / Ф. Бернье, Ж. Кордонье. – М.: Химия, 1997. – 288 с.
5. Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С. Гиляров. – 3-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – 864 с.
6. Бочарникова Е.Д. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо-бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии / Е.Д Бочарникова // Автореф. Дис. … канд. биол. наук.- М.: 1990.-16 с.
7. Вельков В.В. Биоремедиация; принципы, проблемы, подходы / В.В. Вельков // Биотехнология.- 1995.- № 3–4.- С. 20-27.
8. Восстановление нефтезагрязнённых почвенных экосистем / Под ред. М.А. Глазковской.- М. Наука, 1988.- 264 с.
9. Власов А.В. Борьба с потерями нефтепродуктов при транспортировании и хранении (анализ и оценка потерь) / А.В. Власов - М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1994.- 50 с.
10. Гольдберг В. М. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия / В.М. Гольдберг, В.П. Зверев, А.И. Арбузов, и др.– М.: Наука, 2001.-125с
11. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2003 году. – Иркутск: Изд-во «Облмашинформ», 2004.-296 с.
12. Гриценко А.И. Экология. Нефть и газ / А.И. Гриценко, Г.С. Акопов, В.М. Максимов. - М.: Наука, 1997.-598 с.
13. Давыдова С.Л. Нефть как топливный ресурс и загрязнитель окружающей среды / С.Л. Давыдова, В.И. Тагасов. – М.: Изд-во РУДН, 2004. – 131 с.
14. Динков В.А. Высоконадежный трубопроводный транспорт / В.А. Динков, О.М. Иванцов // Строительство трубопроводов.- М.: ТОТ, 1994.- С. 5-9.
15. Иерусалимский Н.Д. Исследование микрофлоры сточных вод нефтеперераба-тывающих предприятий / Н.Д. Иерусалимский, Е.А. Андреева, Е.Л. Гришанкова, Е.Л. Головлев, В.В. Дорохов, Л.Н. Жукова // Прикладная биохимия и микробиология. – 1965.- № 2.-С.163-166.
16. Исмайлов Н.И. Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель / Н.И. Исмайлов, Ю.И. Пиковский // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем.- М.: Наука, 1988.-С. 222-236.
17. Киреева Н.А. Биологическая активность нефтезагрязненных почв / Н.А. Киреева, В.В. Водопьянов, А.М. Мифтахова. – Уфа Гилем, 2001.
18. Киреева Н.А. Диагностические критерии самоочищения почв от нефти / Н.А. Киреева, Е.И. Новоселова, Г.Ф. Ямалетдинова // Экология и промышленность России 2001 Декабрь.
19. Киреева Н.А. Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв / Н.А.Киреева, Г.Г. Кузяхметов, А.М.Мифтахова, В.В.Водопьянов.-Уфа Гилем, 2003.
20. Киреева Н.А. Микробиологическая оценка почвы, загрязненной нефтяными углеводородами / Н.А. Киреева // Баш. Хим. ж.-1995.-2, № 3-4.-С. 65-68.
21. Киреева Н.А. Влияние загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами на численность и видовой состав микромицетов / Н.А. Киреева, Н.Ф Галимзянова // Почвоведение, 1995.- №2,- С.211-216.
22. Киреева Н.А. Состояние комплекса актиномицетов нефтезагрязненных почв / Н.А. Киреева // Вест. Баш. Ун-та.-1996.- № 1.-С. 42-45.
23. Колесниченко А.В. Процессы биодеградации в нефтезагрязненных почвах / А.В. Колесниченко, А.И. Марченко, Т.П. Побежимова, В.В. Зыкова.- Москва: «Промэкобезопасность», 2004. - 194 с.
24. Коронелли Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде (обзор) / Т.В. Коронелли // Прикладная биохимия и микробиология.-1996.- 32, № 6.- С.579-585.
25. Куркова З.В. Использование диэлькометрического метода для определения содержания и дисперсности нефтепродуктов в сточной воде / З.В. Куркова, З.М. Бриль, Н.Н. Гулина // Химия и технология воды.- 1990.-т.12, № 11. – С.1036-1038.
26. Левин С.В. Эколого-микробиологическое нормирование содержания нефти в почве / С.В. Левин, Э.М. Халимов, В.С. Гузев // Токсикологический вестник.–1995.- №1.- С. 11-15.
27. Логинов О.Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений / О.Н. Логинов, Н.Н, Силищев, Т.Ф. Бойко, Н.Ф. Галимзянова.–Уфа: Гос. изд. научно-тех. литературы «Реактив», 2000. – 100 с.
28. Методика определения нефтепродуктов в сточных водах производств люминисцентно-хроматографическим методом. – В кн.: Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды / Под ред. Г.И. Агранович – Л.: Судостроитель, 1979. – С.87.
29. Митчел Дж. Акваметрия / Дж. Митчелл, Д. Смит.- М.: Химия, 1980.-С.600.
30. Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. – М.: Высш. Шк, 2002. – 334 с.
31. Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов.– М.: Высшая школа, 1978.-С.342.
32. Панов Г. Е. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности / Г.Е. Панов, Л.Ф. Петряшин, Г.Н. Лысяный. - М.: Недра, 1986.- 244 с.
33. Петров А. А. Углеводороды нефти / А.А. Петров.- М.: Наука, 1984.-263 с.
34. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде / Ю.И. Пиковский.– М.: Изд-во МГУ, 1993. – 208 с
35. Пиковский Ю.И. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение.-№ 9.-2003.-С.1132-1140.
36. Проскуряков В.А. Химия нефти игаза / В.А. Проскуряков.- СПб.: Химия, 1995. – С.448.
37. Реймерс Н.Ф. Природопользование / Н.Ф. Реймерс // Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990.-637, С.
38. Рокитский П.Ф. Биологическая статистика / П.Ф. Рокитский.–Минск.: Высшая школа, 1973. – 318 с.
39. Ржавский Е.А. Пути уменьшения потерь нефтегрузов при железнодорожных перевозках / Е.А. Ржавский, И.О. Суходольский // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.- М.,1967. -Т.1.-С.29-30.
40. Саксонов М.А. Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли / М.А. Саксонов, А.Д. Абалаков, Л.В. Данько, О.А. Бархатова, А.Э. Балаян, Д.И. Стом // Физико-химические и биологические методы. - Иркутск: Иркут. Ун-т, 2005.-114 с.
41. Сидорова Е.В. Охрана почв на объектах газовой промышленности / Е.В. Сидорова, Г.С. Акопова, Н.С. Немкова.- М.: ИРЦ Газпрома, 1994.- 50 с.
42. Сидоров Д.Г. Полевой эксперимент по очистке почв от нефтяного загрязнения с использованием углеводородокисляющих микроорганизмов / Д.Г. Сидоров, И.А. Борзенков, Р.Р. Ибатулин, Е.И. Милехина, И.Т. Храмов, С.С. Беляев, М.В. Иванов // Прикладная биохимия и микробиология.- 1997.- Т.33, №5.- С.497-502.
43. Стом Д.И. Трансформация нефти в простейшие трофические цепи / Д.И. Стом, Д.С. Потапов, А.Э. Балаян, О.Н. Матвеева, В.К. Баранская // Проблемы систематики, экологии и токсикологии беспозвоночных. – Иркутск: Изд-во ИГУ, 2000.-С. 90-95.
44. Стом Д.И. Экспрессный метод оптимизации состава сред для вермикультивирования / Д.И. Стом, Д.С. Потапов, А.Э. Балаян. – Приоритетная справка на патент. – ВНИИГПЭ ОТД № 20.-№ 96114221.
45. Советский энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохоров.-М.: «Советская Энциклопедия», 1981.-1600 с.
46. Трофимов С.С. Системный подход к изучению процесса почвообразования в техногенных ландшафтах / С.С. Трофимов, А.А. Титлянова, И.Л. Клевенская // Почвообразование в техногенных ландшафтах.- Новосибирск: Наука, 1979.- С.3-18.
47. Трублаевич Ж.М. Оценка токсичности почв с помощью лабораторной культуры коллембол Polзогша сапсШа / Ж.М. Трублаевич, Е.Н. Семенова // Экология, 1997.-№5.
48. Химия океана. М.: Наука, 1979. Т.1. Химия вод океана. 518 с.
49. Шилина А.И. Моделирование физико-химического превращения бенз(а)перена в аэрозольной фазе / А.И. Шилина // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах.- Л.: Гидрометиздат, 1985.- С. 128-142.
50. McGill W.W. Soil restoration following oil spils – a review // J. Canad. Petrol. Technol, 1977.-V.16, №2. – Р.60-67.
51. Panicker G., Aislabie J., Saul D., Bej A.K. Cold tolerance of Pseudomonas sp. 30-3 isolated from oil-contaminated soil, Antarctica // Polar Biol, 2002, 25, P 5-11.
52. Stom D.I. Effect of polyphenols on shootand root growth and on seed germination // Biologia Plantarum.- 1982. – Vol. 24, N. 1. – P. 1451-1457/