МЕЛИОРАНТЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2010. № 1 (9).

МЕЛИОРАНТЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

В лабораторном опыте показано, что мелиоранты, в составе которых используется торф и азотно-фосфорные удобрения, благодаря активной стимуляции почвенной микрофлоры способны увеличивать скорость разложения нефти в почве в 1,5-2 раза. Изучено влияние разных доз и форм азотных удобрений в составе торфяного мелиоранта на интенсивность деструкции нефтяных углеводородов.

PEAT-BASED AMELIORANTS FOR PURIFICATION OF SOIL FROM OIL POLLUTANTS.pdf Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в районах нефте- и газодобычи является серьезной экологической проблемой.Почва обладает мощной самоочищающей способностью. Вместе с тем способность к самоочищению имеет свои границы. Период самовосстановления растительного покрова после загрязнения его нефтью и нефтепродуктами длителен и для северных регионов составляет 15-20 лет [1,2].В последнее время большое внимание уделяется разработке способов биологической рекультивации, в основу которых положена активация процессов микробиологической деструкции нефти загрязненных почв [3-6]. Для интенсификации микробиологической деструкции нефти возможно использовать экологически чистый мелиорант на основе торфа, обладающего хорошими сорбционными свойствами и обогащенного активной углеводород-окисляющей микрофлорой. Сорбционная емкость верхового и низинного торфа по отношению к нефти составляет соответственно 7,5 и 5,8 г нефти на 1 г воздушно-сухого (в.с.) торфа [7]. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в нативном торфе в 5 раз превышает аналогичный показатель для почвы. После активации торфа путем внесения азотно-фосфорных удобрений количество разнообразной углеводородокисляющей микрофлоры возрастает приблизительно в 100 раз и составляет в среднем 5 10 клеток в 1 г в.с. торфа, что обеспечивает высокую степень деструкции нефти в короткие сроки [7].6Т.П. Алексеева, Т.И. Бурмистроеа, Л.Д. Сталина, Н.Н. ТерещенкоСледует предположить, что на скорость биодеградации нефтяных углеводородов могут оказывать существенное влияние дозы и формы азотных удобрений, используемых в составе торфяного мелиоранта.С целью определения влияния разных доз и форм азотных удобрений в составе торфяного мелиоранта на интенсивность деструкции нефтяных углеводородов проведен лабораторный модельный опыт.Объекты и методы исследованияДля моделирования процессов микробиологической деструкции использовалась дерново-подзолистая почва, искусственно загрязненная сборной товарной западно-сибирской нефтью.Торфяной мелиорант приготовлен на основе низинного торфа месторождения Темное Томской области (степень разложения 25-30%, зольность 15% мае.) и минеральных удобрений - карбамида или аммиачной селитры, суперфосфата. В лабораторном опыте испытывали 4 состава торфяных мелиорантов (ТМ). Рассматриваемые мелиоранты в своем составе содержат разные виды азотных удобрений и разное количество азотно-фосфорных удобрений. Мелиоранты ТМ1 и ТМ2 в качестве азотного удобрения содержат карбамид, ТМЗ и ТМ4 - аммиачную селитру. Мелиоранты ТМ1 и ТМЗ содержат такое количество азотно-фосфорных удобрений, внесение которых в нефтезагрязненную почву обеспечит соотношение C:N:P, равное 20:1:0,15, необходимое, по мнению ряда авторов [12], для нормального роста и развития нефтеокисляющих микроорганизмов. Мелиоранты ТМ2 и ТМ4 приготовлены из расчета внесения с ними в нефтезагрязненную почву 60 кг/га N и Р2О5 количества, необходимого для произрастания сельскохозяйственных культур, используемых при фитомелиорации - в условиях данного эксперимента соотношение C:N:P равнялось 863:1:1. Доза внесения рассматриваемых торфяных мелиорантов в нефтезагрязненную почву одинакова и составила 50 т/га. Исходя из этого стартовая доза минеральных удобрений, вносимая с составами ТМ1 и ТМЗ, выше, чем с составами ТМ2 и ТМ4.При проведении лабораторного опыта сухую почву с глубины 0-20 см просеивали через сито 3 мм, увлажняли до 30% от полной влагоемкости, вносили определенное количество нефти и торфяного мелиоранта, тщательно перемешивали до однородного состояния и помещали в лабораторные сосуды. Для поддержания оптимальной влажности проводили периодический полив до конца эксперимента. Образцы почвы для анализа отбирали через 3 дня, 1 мес, 6 мес.Нефть из загрязненных образцов почвы экстрагировали горячим способом в аппарате «Сокслет» с использованием смеси хлороформ:метанол (93:7), который затем удаляли на вакуумном роторном испарителе. Извлеченную нефть взвешивали на аналитических весах, определяли ее массовое содержание в почве.Анализ группового состава нефтяных образцов осуществляли методом жидкостно-адсорбционной хроматографии на силикагеле [8]. Определение карбоксильных групп карбоновых кислот проводили методом потенциомет-Мелиоранты на основе торфа для очистки почвы7рического титрования нефтяного образца спиртовым раствором щелочи по ГОСТ 5985-79.Общую численность микроорганизмов определяли на мясопептонном агаре (МПА), а численность уробактерий - на среде Федорова [9], количество углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) учитывали на среде следующего состава (г/л): NH4NO3 - 1,45; KN03 - 1; MgS04-7H20 - 0,1; К2НР04- 2,4; КН2Р04 - 0,6; NaCl - 1; (NH4)2Mo04 - 0,004; ZnS04-7H20 -0,009; FeS04-7H20 - 0,014; СоС12-5Н20 - 0,008; агар-агар - 20; сырая нефть -10. Численность грибов определяли на картофельно-глюкозном агаре с рН, равном 4,5-5,0 [9].Активность фермента каталазы определяли газометрическим методом, основанном на разложении перекиси водорода, дегидрогеназную активность -фото колориметрическим методом [10].Варианты опыта (повторность 3-кратная):1..Почва (П)+ТМ1.2..П + нефть (H) + TM1(C:N:P = 20:1:0,15). З.П + Н+ТМ2(С:№Р = 863:1:1).4..П + Н+ТМЗ (C:N:P = 20:1:0,15).5..П + Н+ТМ4 (C:N:P = 863:1:1).Результаты и их обсуждениеНа основании экспериментальных данных установлено, что самая высокая степень деструкции нефтяных углеводородов за 6 мес. эксперимента (42,5 и 54,3%) достигнута в вариантах с использованием торфяных мелиорантов, внесение которых в нефтезагрязненную почву обеспечивало широкое соотношение C:N:P, в данном случае равное 863:1:1, что характерно для составов мелиорантов, содержащих как карбамид, так и аммиачную селитру (вар. 3 и 5) (табл. 1). При более узком соотношении C:N:P, равном 20:1:0,15, степень деструкции за этот период оказалась ниже (21,6 и 32,4%) (вар. 2 и 4), что можно объяснить токсическим воздействием на почвенную биоту высоких стартовых доз минеральных удобрений, содержащихся в составах торфяных мелиорантов, вносимых в нефтезагрязненную почву. Отмечено также, что при любом соотношении C:N:P степень деструкции нефтяных углеводородов в вариантах с использованием мелиорантов с карбамидом выше, чем в случае с аммиачной селитрой - 32,4 и 54,3% против 21,6 и 42,5%.Таблица 1 Результаты биодеградации нефтяных образцов за 6 мес.Вариант опытаСодержание нефти в почве, % мае.Степень деструкции (за 6 мес), % исходное состояниечерез 6 мес. 2.П + Н + ТМ13,7±0,52,5±0,232,4±0,3З.П + Н + ТМ23,5±0,31,6±0,154,3±0,64. П +Н + ТМЗ3,7±0,42,9±0,321,6±0,45.П + Н + ТМ44,0±0,62,3±0,242,5±0,48Т.П. Алексеева, Т.П. Бурмистроеа, Л.Д. Сталина, Н.Н. ТерещенкоО более значимых окислительных процессах, происходящих в нефтяных образцах в вариантах с использованием торфяных мелиорантов с карбамидом (вар. 2 и 3), свидетельствуют также изменения в содержании карбоксильных групп и групповом составе нефти, произошедшие за 6 мес. эксперимента (табл. 2).Таблица 2 Изменения группового состава нефти и содержания СООН-групп за 6 мес.Вариант опытаВремя отбораСодержание СООН- гр., % мае.Содержание, % отн. ПНУАУсмолыасфальтены2. П+Н+ТМ1исходное0,8555,016,010,012,0 6 мес.1,6321,016,216,98,13. П+Н+ТМ2исходное0,8555,016,010,012,0 6 мес.1,41----4. П+Н+ТМЗисходное0,8558,015,012,012,0 6 мес.2,2832,018,015,711,05. П+Н+ТМ4исходное0,8555,016,010,012,0 6 мес.1,53----Примечание: ПНУ - парафино-нафтеновые углеводороды; АУ - ароматические углеводороды.В нефтяных образцах рассматриваемых вариантов с течением времени образуется дополнительное количество карбоксильных групп (СООН-), характерное для процессов биодеградации (табл. 2). Спустя 6 мес. от начала эксперимента самое высокое содержание СООН-групп зафиксировано в нефтяных образцах вариантов с использованием торфяных мелиорантов с аммиачной селитрой (вар. 4 и 5). Более низкое содержание СООН-групп в нефтяных образцах при использовании торфяного мелиоранта с карбамидом связано, по всей вероятности, с тем, что в этом случае достигнута более высокая степень деструкции нефтяных углеводородов (32,4 и 54,3% против 21,6 и 42,5%) и к этому сроку карбоновые кислоты преобразовались в другие кислородсодержащие соединения (сложные эфиры, продукты уплотнения, окислы углерода и др.).Как показали исследования группового состава нефти, во всех вариантах опыта с присутствием в мелиоранте как карбамида, так и аммиачной селитры, произошло значительное снижение содержания парафино-нафтеновых углеводородов (ПНУ) по сравнению с исходным состоянием. Наибольшая степень деструкции ПНУ была достигнута в варианте использования мелиоранта с карбамидом (вар. 2) - в 2,6 раза. Содержание ароматических углеводородов (АУ) за этот период времени практически не изменилось, а асфальте нов - уменьшилось незначительно. Некоторое увеличение содержания смол в биодеградированных нефтяных образцах связано с их остаточным накоплением, а также дополнительным образованием в виде продуктов биодеградации ПНУ (см. табл. 2).Мелиоранты на основе торфа для очистки почвы9О преимуществе использования в составе торфяного мелиоранта карбамида свидетельствуют также результаты микробиологического и ферментативного анализа почвы (табл. 3, 4).Сопоставление вариантов с внесением в нефтезагрязненную почву мелиорантов с карбамидом и аммиачной селитрой показало, что использование в составе торфяного мелиоранта карбамида способствует более активному течению микробиологических процессов в почве, что подтверждается более чем двухкратным превышением численности углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в этом случае уже на 3-й сутки наблюдения (табл. 3).Таблица 3 Влияние торфяных мелиорантов различного состава на численность микроорганизмов в нефтезагрязненной почве, N-105KOE / 1 г а.с.в. почвыМикроорганизмыВремя отбора, сутВарианты опыта 1 П+ТМ12 П+Н+ТМ13 П+Н+ТМ24 П+Н+ТМЗ5 П+Н+ТМ4Общая численность331,735,016,76,662,5 848,31303,31660,07,5458,3 3063,34108,3224,216,986,7УОМ31,114,98,76,74,0 80,3100,0435,01,488,3 3064,5413,3151,7121,776,7Грибы3

Ключевые слова

microorganisms, ferments, ameliorant, peat, soil, crude oil, микроорганизмы, ферменты, мелиорант, торф, почва, нефть

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Терещенко Наталья НиколаевнаБиологический институт Томского государственного университетадоктор биологических наук, профессор кафедры сельскохозяйственной биотехнологииternat@mail.ru
Стахина Лариса ДмитриевнаГНУ Института химии нефти СО РАНкандидат химических наук, старший научный сотрудникsl@ips.tsc.ru
Бурмистрова Татьяна ИвановнаГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемиикандидат химических наук, старший научный сотрудник; ученый секретарьburmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Алексеева Татьяна ПетровнаГНУ СибНИИСХиТ СО Россельхозакадемиикандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических исследованийburmistrova@sibniit.tomsknet.ru
Всего: 4

Ссылки

Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С. 7-22.
Хазиев Р.Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука, 1976. С. 177-180.
Киреева Н.А., Бакаева М.Д., Галилезянова П.Ф. Влияние нефтепродуктов на комплекс почвенных микромицетов //Микология и фитопатология. 2004. Т. 38, вып. 1. С. 27-31.
Соколова В.И., Колбин М.А. Жидкостная хроматография нефтепродуктов. М.: Колос, 1984. С. 26-30.
Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. С. 304-308.
Kupeeea H.A. Использование биогумуса для ускорения деструкции нефти в почве // Био- технология. 1995. № 5-6. С. 32-34.
Алексеева Т.П., Бурмистрова Т.П., Терещенко Н.Н. и др. Перспективы использования торфа для очистки нефтезагрязненных почв // Биотехнология. 2000. № 1. С. 58-65.
Kupeeвa H.A., Тишкина Е.И. Ускорение биодеструкции нефтяных загрязнений при ре- культивации почв // Актуальные вопросы биотехнологии. Уфа: Изд-во БГУ, 1990. С. 36-44.
Хазиев Ф.Х., Фатхиев Ф.Ф. Изменение биохимических процессов в почвах при нефтя- ном загрязнении и активация разложения нефти//Агрохимия. 1981. № 10. С. 102-111.
Терещенко Н.Н., Пушников С.В., Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв // Экология и промышленность России. 2002. С. 17-20.
Кесельман Г.С., Брановский В.Д., Попов А.А. Защита окружающей среды при интенси- фикации добычи нефти: обзорная информация. Сер. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1983. Вып. 10. 58 с.
Андерсон Р.К., Хазиев Р.Х. Охрана окружающей среды от загрязнения нефтью и промы- словыми сточными водами: обзорная информация. Сер. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1979. 54 с.
 МЕЛИОРАНТЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2010. № 1 (9).

МЕЛИОРАНТЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2010. № 1 (9).

Полнотекстовая версия