Актуальность проблемы. Распространенными источниками загрязнения почвы и водоёмов нефтью и нефтепродуктами являются предприятия нефтедобычи, нефтепереработки, транспорта нефти и продуктов её переработки. Попадая в почву и водоёмы, нефть и нефтепродукты могут приводить к многочисленным экологическим катастрофам на значительных площадях. В регионах с развитой нефтедобывающей промышленностью к нефтяным загрязнениям добавляются токсичные буровые отходы.
Попадая в окружающую среду, нефть, нефтепродукты и буровые химреагенты отрицательно действуют на все звенья биологической цепи, приводят к нарушению естественных биологических и химических процессов. Обитатели экосистем, подвергаясь токсическому действию нефтепродуктов, способны аккумулировать их в своих тканях. Углеводороды могут затем по пищевым цепям передаваться в организм человека (например, канцерогенные полициклические компоненты нефти).
Наибольшую опасность для экосистемы представляют буровые и нефтяные отходы, которые накапливаются и хранятся, как правило, в земляных амбарах. Известные способы очистки и утилизации нефтяных и буровых отходов (особенно донных отложений нефтешламов) - механические, химические и физические – не всегда эффективны, а также часто экологически небезопасны. В связи с этим перспективным способом очистки нефтяных и буровых отходов от нефти, нефтепродуктов и химреагентов является использование комплекса мер, с обязательным включением биотехнологического метода.
Цель работы – разработать технологию биоочистки нефтяных (донные отложения) и буровых отходов путем использования биопрепарата «Родотрин», биодобавок и фитомелиорантов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- поиск продуцентов биоэмульгаторов углеводородов нефти из коллекционных нефтеокисляющих культур;
- оценка применения продуктов окисления керогена сланцев в качестве стимулятора роста и нефтеокисляющей активности бактерий Rhodococcus erythropolis BКM AC-1339Д;
- подбор мелиорантов из растительных отходов (солома, остатки бобовых трав, опилки и гречишная шелуха) для интенсификации процесса биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин»;
- разработка технологии биоочистки нефтешлама (донные отложения) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема, применения фитомелиорантов;
- оценка биостойкости некоторых буровых добавок (крахмальных реагентов и КМЦ) относительно бактерий Rhodococcus erythropolis BКM AC-1339Д;
- формирование математической модели, описывающей влияние температуры (от 10 до 40°С), рН (от 5 до 9), концентраций КМЦ (от 0,5 до 1,5% масс) и хлористого натрия (от 1 до 5% масс) на биомассу штамма Rhodococcus erythropolis BКM AC-1339Д с целью повышения его активности деструктировать КМЦ.
Научная новизна работы. Впервые установлена способность культуры Rhodococcus erythropolis BКM AC–1339Д продуцировать биоэмульгаторы углеводородов нефти.
Доказана стимулирующая роль продуктов окисления керогена сланцев на рост и нефтеокисляющую активность бактерий Rhodococcus erythropolis BКM AC–1339Д как в жидкой среде, так и в почве.
Показана возможность использования некоторых растительных отходов (остатки бобовых трав, солома, опилки и гречишная шелуха) в качестве мелиорантов для интенсификации процесса биоочистки нефтешлама (донные отложения шламонакопителей) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин».
Разработана технология биоочистки нефтешлама (донные отложения шламонакопителей) от нефти и нефтепродуктов биопрепаратом «Родотрин» путем аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема, использования фитомелиорантов.
Впервые произведена оценка биостойкости некоторых полимерных буровых добавок: крахмальных реагентов (кукурузный крахмал, крахмал fito-R и Габроза EHV) и КМЦ (КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Selpol-RX и КМЦ-Финфикс) относительно бактерий Rhodococcus erythropolis BКM AC-1339Д.
Проведено формирование математической модели, описывающей влияние температуры (от 10 до 40°С), рН (от 5 до 9), концентраций КМЦ (от 0,5 до 1,5% масс) и хлористого натрия (от 1 до 5% масс) на биомассу бактерий Rhodococcus erythropolis BКM AC-1339Д с целью повышения его активности деструктировать КМЦ.
Практическая значимость. Результаты проведенных исследований явились основой для разработки технологии биоочистки нефтешламов (донные отложения шламонакопителей) путем использования биопрепарата «Родотрин», биодобавок, фитомелиорантов, системы аэрирования, послойного расположения нефтешлама и чернозема. Разработанная технология может быть использована при проведении рекультивационных мероприятий в нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслях промышленности.
Проведены промышленные испытания по ликвидации нефтяных загрязнений в овраге в районе факелов высокого давления зоны №2 на территории ОАО «Новоуфимский нефтеперерабатывающий завод» (Башкортостан) с помощью биопрепарата «Родотрин» и фитомелиорантов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на научной конференции по производству и применению материалов и химических реагентов «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» «РЕАКТИВ-1999», 1999; на V Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов «Нефтехимия - 99», Нижнекамск, 1999; на 2-ом Международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных систем», Уфа, 2000; на 2-ом Всероссийской научно-практической конференции «Отходы 2000», Уфа, 2000; на 55-й Юбилейной межвузовской студенческой научной конференции РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина «НЕФТЬ И ГАЗ – 2001», Москва, 2001; на ΙΙΙ Конгрессе Нефтепромышленников России «Нефтепереработка и нефтехимия», Уфа, 2001; на Школе-семинаре «Химическая экология», Уфа, 2001; на 50, 51, 52-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ,Уфа, 2000 – 2002 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе получен 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, стоит из введения, обзора литературы, методики, экспериментальной части, обсуждения результатов исследования, выводов, списка литературы и приложений, включает 39 таблиц, 18 рисунков, 2 фотографии. Список литературы включает 180 литературных источников, в том числе иностранных – 24.
Аналитический обзор литературы. В обзоре произведен анализ влияния нефти, нефтепродуктов и буровых добавок на почву и водную среду. Рассмотрены микроорганизмы, биопрепараты, а также способы рекультивации, предлагаемые для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов. Рассмотрены способы интенсификации биоочистки почвы от нефти и нефтепродуктов путем применения минеральных и органических мелиорантов, путем подбора и высева фитомелиорантов. В обзоре также приведены сведения о микроорганизмах - продуцентах биоПАВ, о типах биоПАВ, об отраслях их применения, в частности об актуальности использования биоПАВ при ликвидации загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами.
Материалы и методы исследований. В исследованиях использовался нефтешлам (донные отложения), отобранный из шламонакопителя зоны №2 ОАО «Башнефтехим» (содержание нефти и нефтепродуктов в нефтешламе составляло 11,0% масс.). В экспериментах также применялись чернозем типичный и речной песок.
При проведении экспериментов применяли микробиологические методы исследований: определение количества клеток чашечным методом Коха; определение микробной биомассы в жидкой минеральной среде с помощью мембранных фильтров; определение количества нитрифицирующих бактерий и аэробных целлюлозоразрушающих микроорганизмов общепринятыми методами путем высева на соответствующие среды (среда Виноградского и Гетчинсона).
Определение фитотоксической активности ВМК и продуктов их разложения, фитотоксической активности продуктов микробиологической деградации углеводородов нефти проводили на проростках семян овса, кукурузы (гибрид трехлетний (линия МКР 33 1 СХ х линия F 22 С) Х линия 1866/82 СВ), донника белого (Metilotus albus), костра острого (Bromus squarrosus), cорго суданского (Sorghum sudanense), люцерны кормовой (Medicago sativa), люпина белого (Lupinus albus) и эспарцета кормового (Onobrychis sativa).
Лабораторно-аналитические исследования образцов почвогрунтов проводили в соответствии с общепринятыми в почвоведении методами.
Углеводороды нефти в почве и жидкой среде определяли спектрофотометрическим и газохроматографическим методами.
Количество крахмала определяли титрометрическим методом с помощью раствора Фелинга. Устойчивость КМЦ к деструкции оценивали по изменению удельной вязкости с помощью визкозиметра.
Проведена статистическая обработка результатов.
Автор: Ильина Е.Г.
