DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR REMEDIATION OF OIL-CONTAMINATED LAND ON THE BASIS OF A BIOLOGICAL PRODUCT "MICROSIM PETRO TREAT" AND FUNGI

Бухарина И.Л.¹, Лямзин В.И.², Исламова Н.А.³

¹Доктор биологических наук, ²Аспирант, ³Аспирант, Удмуртский государственный университет

РАЗРАБОТКА ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ НА ОСНОВЕ БИОПРЕПАРАТА «МИКРОЗИМ ПЕТРО ТРИТ» И МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ

Аннотация

В данной работе представлена разработка основ технологии восстановления нефтезагрязненных земель на основе биопрепарата «Микрозим Петро Трит» и микроскопических грибов, перспективы их практического применения на территории Удмуртской Республики. В природных условиях с непостоянством метеорологических и физико-химических параметров, наличием факторов, ингибирующих рост микроорганизмов, продолжительность разрушения нефтяного загрязнения значительно возрастает и требует дополнительного внесения биопрепаратов и минеральных удобрений. Появляется необходимость в применении биологических препаратов совместно с популяциями других биологических агентов, способных увеличить устойчивость микроорганизмов к различным факторам. Таким агентом могут являться микроскопические эндотрофные грибы, которые будут усиливать роль нефтеразрушающих микроорганизмов и повышать устойчивость растений при проведении биологического этапа рекультивации земель.

Ключевые слова: нефть, биодеградация, биопрепарат, микроскопические эндотрофные грибы.

Bukharina I.L.¹, Lyamzin V.I.², Islamova N.A.³

¹PhD in Biology, ²Postgraduate student, ³Postgraduate student, Udmurt State University

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR REMEDIATION OF OIL-CONTAMINATED LAND ON THE BASIS OF A BIOLOGICAL PRODUCT "MICROSIM PETRO TREAT" AND FUNGI

Abstract

We presents the development of the foundations of recovery technology of oil-contaminated lands on the basis of a biological product "Microzim Petro Treat" and fungi in the Republic of Udmurtia in this paper. The duration of the destruction of the oil pollution increases significantly and requires additional biological products and mineral fertilizers due to the variability of climatic and physical-chemical parameters in natural conditions and factors that inhibit the growth of micro-organisms. The using of biological preparation in conjunction with other populations of biological agents capable of increasing the resistance of microorganisms to various factors becomes necessary. Such an agent can be fungi that will strengthen the role of oil-destruction microorganisms and increase the resistance of plants during the biological phase of land reclamation.

Keywords: oil, biodegradation, biological product, fungi.

Каждый год в мире на разных предприятиях добывают более 4 млрд. тонн сырой нефти. В процессе ее добычи, последующей переработки и перевозке специальным транспортом или по трубопроводам в почву и воду попадает до 45 млн. нефти. Это приводит к опасному заражению водоемов, окружающего грунта, а также акватории моря и океана [3].

Нефтяное загрязнение изменяет свойства почв. Очистка от нефти в этом случае затруднена. Нефть попадает в почву при разведке и добыче нефти, при авариях на нефтепроводах, при авариях речных и морских нефтеналивных судов, утечках нефтепродуктов на нефтебазах, АЗС. Нефть обволакивает почвенные частицы, в результате чего почва не смачивается водой, частицы ее слипаются, гибнет микрофлора, а растения не получают должного питания. Нефть переходит в более окисленное состояние, затвердевает, и при высоких уровнях загрязнения почва напоминает асфальтоподобную массу. Меры борьбы при малых уровнях загрязнения следующие: внесение удобрений, стимулирующих развитие микрофлоры и растений, что способствует частичной минерализации нефти. При крупных авариях нефть с почвенного покрова удаляется механическим способом [1].

Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтепродуктами приобретает все большую важность в связи с ограниченностью возможностей, а иногда и экологической небезопасностью применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки. В связи с этим актуальной является возможность использования для целей очистки микроорганизмов, способных расти и проявлять активную биохимическую деятельность в среде с высоким содержанием нефти, нефтепродуктов, способных к биодеструкции этих веществ [4].

Наиболее перспективными методами борьбы с нефтяными загрязнениями почвы являются биотехнологические, основанные на применении микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти и рудеральных растений, способных трансформировать их до экологически безвредных соединений [6].

На сегодняшний день мероприятия по очистке нефтезагрязненных земель включают два подхода к биодеградации нефтяных углеводородов: стимуляцию нефтеокисляющего биоценоза путем создания оптимальных условий для его развития; введение в загрязненную экосистему активных углеводородокисляющих микроорганизмов наряду с созданием условий обеспечения их жизнедеятельности [2].

В первом варианте технологии очистки предусматривают активизацию процесса самоочистки почвы, что способствует полному разрушению загрязнителя и является экономически целесообразным. Интродукцию углеводородокисляющих микроорганизмов в загрязненную среду проводят в тех случаях, когда активность естественною биоценоза низкая, и окисление нефти идет крайне медленно. В этом случае повышение численности углеводородокисляющих микроорганизмов обеспечивают за счет использования биопрепаратов [2].

Действующим началом препаратов являются либо чистые культуры микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов, либо искусственно подобранные их ассоциации.

На сегодняшний день мировая и отечественная практика располагает различными видами биопрепаратов и технологиями их использования. Основным критерием оценки биологических методов очистки почв и грунтов является эффективность утилизации нефтяного загрязнения. В отличие от других методов, биологический метод наряду с преимуществом (экологически чистый, экономически выгоден) имеет и ряд ограничений [2].

Для ликвидации нефтяных загрязнений в почве и воде разработан ряд бактериальных препаратов, содержащих в своем составе активный штамм-деструктор или консорциум микроорганизмов, обладающих катаболической активностью в отношении нефтяных углеводородов, и минеральные добавки [4].

Такие микробные препараты-биодеструкторы УВ нефти в установленном порядке проходят сертификацию и одобряются к применению. Однако недропользователи зачастую относятся к подобным технологиям скептически из-за их относительно высокой стоимости, узкого диапазона применения, а экологи выступают против интродукции микроорганизмов в окружающую среду. Дело в том, что непродуманное внедрение активных штаммов в среду может вызывать экологический дисбаланс, необратимо изменяя состав аборигенного микробиоценоза. Следует отметить, что некоторые из углеводородокисляющих микроорганизмов являются условно-патогенными. Однако доказанных фактов вспышек эпидемических заболеваний в результате мер по биодеградации нефтяных загрязнений не выявлено. Более того, современные молекулярно-биологические техники позволяют точно идентифицировать используемые культуры микроорганизмов и на ранних этапах исключить патогенные штаммы из разработки препарата [7].

В природных условиях с непостоянством климатических и физико-химических параметров, а также наличием факторов, ингибирующих рост микроорганизмов, продолжительность утилизации значительно возрастает и требует не только увеличения стартовых количеств, но и дополнительного внесения биопрепаратов и минеральных удобрений [7].

На территории Удмуртской Республики работы по поискам, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений осуществляют более 20 организаций. Каждый год на территории Удмуртской республики добывается свыше 10 млн тонн нефти в год [8]. Нефтяным компаниям, занимающимися добычей нефти, так или иначе приходится проводить мероприятия по рекультивации нефтезагрязненных и нарушеных земель. На этапе биологической рекультивации при внесении биологических препаратов в почву обязательным является внесение минеральных удобрений в несколько этапов, применяемых в качестве подкормки для микроорганизмов. Это приводит к дополнительным расходам на проведение рекультивационных мероприятий.

Среднегодовая температура на территории республики колеблется от 1,0 до 2,5 °C [9]. В данных климатических условиях становится затруднительным как применение самих биопрепаратов, так и необходимость в увеличении подкормки для микроорганизмов. К тому же, при внесении биопрепарата в почву могут погибать до 50% микроорганизмов, содержащихся в  биопрепарате.

Исходя из этого возникает необходимость в совершенствовании данного метода биологической очистки нефтезагрязненных почв.

Появляется необходимость в применении более эффективных биопрепаратов, которые способны не только противостоять достаточно низким температурам, но и функционировать без внесения дополнительных подкормок, либо в применении биологического препарата совместно с популяциями других биологических агентов, например, микроскопическими грибами, которые будут усиливать роль нефтеразрушающих микроорганизмов и повышать устойчивость растений при проведении биологического этапа рекультивации земель.

Цель данного исследования - разработка основ технологии совместного применения биопрепарата и микроскопических грибов для биологического этапа рекультивации и восстановления нефтезагрязненных почв.

Разрабатываемая нами технология использования биопрепарата совместно с популяциями микроскопических грибов позволит не вносить подкормку в виде минеральных удобрений при восстановлении нефтезагрязненных земель. При этом используются популяции грибов, адаптированные к климатическим и экологическим условиям региона. Технология совместного использования биопрепарата и грибов в процессе восстановления нефтезагрязненных почв будет более эффективна как с экологической и практической, так и с экономической точек зрения. Что касается научной новизны, то впервые на территории Удмуртской республики будут проведены исследования по восстановлению нефтезагрязненных земель готовым предлагаемым биопрепаратом совместно с популяциями микроскопических грибов, выделенных из урбанопочв Удмуртской республики.

Разрабатываемая технология будет выполнена на основе совокупности углеводородокисляющих микроорганизмов биопрепарата «Микрозим Петро Трит» и накопительных культур  микроскопических грибов. Выбор данного биопрепарата обусловлен его высокими показателями эффективности, адаптированными к условиям среды данного региона, экономической выгодой по сравнению с аналогичными отечественными и зарубежными биопрепаратами.

Разработанная технология будет содержать в себе: общие сведения о биологическом препарате и популяции микроскопических грибов; принцип действия данной совокупности микроорганизмов; будут даны их экологические характеристики и основные приемы применения; условия применения, нормы расхода и порядок внесения; преимущества и методика применения; условия хранения и транспортировки, методы контроля эффективности.

Говоря о практическом применении данной технологии, необходимо отметить, что она будет применяться на техногенных территориях Уральского региона при ликвидации нефтяных загрязнений почв, при восстановлении нарушенных и загрязненных земель (например, нефтяными и нефтеперерабатывающими компаниями на этапе биологической рекультивации земель). Таким образом, потребителями данной технологии могут являться: нефтяные и нефтеперерабатывающие компании; предприятия, выполняющие работы по рекультивации загрязненных и нарушенных земель в результате строительства дорог, добычи ископаемых; при восстановлении городских почв; при восстановлении земель после ликвидации полигонов. Планируется проведение полевых испытаний при частичной финансовой поддержке компании ОАО «Лукойл» Камбарского района Удмуртской республики.

На сегодняшний день существует определенный ассортимент биологических препаратов, применяемых в области восстановления нефтезагрязненных земель. Каждый препарат имеет свои определенные качества, преимущества и недостатки. Однако до сих пор нет аналогов применения таких биопрепаратов с микроскопическими грибами не только на территории Удмуртской республики, но и в России.

В России на сегодняшний день только приступают к исследованию и использованию микроскопических культур эндотрофных грибов в разработке препаратов и технологий, способных повышать устойчивость бактерий, высших растений к различного рода загрязнениям. Практика применения таких культур есть в Европе и США (препараты MicroMix и GlomusMix). На фоне импортозамещения становится необходимым выращивание и использование культур, выделенных на территории нашей страны и их использование в подобных технологиях. В наших исследованиях используются культуры микроскопических симбиотических грибов, выделенные из урбанопочв Удмуртской республики. Ранее проведенные исследования по изучению полезной микрофлоры корневой системы растений, произрастающих на техногенных территория, выделенные изоляты грибов и исследования пределов их устойчивости к действию различных концентрация тяжелых металлов, позволили выявить широкий диапазон устойчивости к уровню техногенного загрязнения у ряда грибных изолятов. Методами ДНК анализа установлена их систематическая принадлежность. Для экспериментов подготовлены накопительные культуры этих грибов.

В настоящее время разработана схема эксперимента и заложен вегетационный эксперимент  по моделированию уровня загрязнения почв нефтепродуктами и эффективности совместного действия биопрепаратов и популяций грибов в очищении почв. Эксперимент проводится в контролируемых условиях климатической камеры.

Исследования проводятся при частичном финансировании гранта РФФИ «Мой первый грант» (проект № 16-34-00855).

Литература

1. Андреева, Т. А. Экология в вопросах и ответах : учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Экология" / Т.А.Андреева. - М. : Проспект, 2006. - 184 с.
2. Рогозина Е.А., Андреева О.А., Жаркова С.И., Мартынова Д.А., Орлова Н.А. Сравнительная характеристика отечественных биопрепаратов, предлагаемых для очистки почв и грунтов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами.
3. Шапоренко С.И. Загрязнение прибрежных морских вод России // Вод. ресурсы. — 1997. — № 3.
4. Ягафарова Г.Г. Экологическая биотехнология в нефтегазодобывающей нефтеперерабатывающей промышленности: Учеб, пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-214 с.
5. Инструкция по применению препарата-биодеструктора нефтяного загрязнения Микрозим(ТМ) Петро Трит.
6. Нефтепереработка и нефтехимия, проблемы и перспективы. Материалы секции Д III Конгресса нефтегазопромышленников России 23 мая 2001 г.
7. http://www.nefteshlamy.ru/stat.php?id=43).
8. http://iadevon.ru/wiki/udmurtiya-1757/ - Нефтяные новости Волги и Урала.
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Удмуртия - Информация об Удмуртии.

References

1. Andreeva TA Environment Questions and Answers: Textbook. allowance for students. universities, teaching. on spec. "Ecology" / T.A.Andreeva. - M: Prospect, 2006. - 184 p.
2. Rogozin EA, Andreeva OA, Zharkova SI, Martynova DA, Orlova NA Comparative characteristics of domestic biological products proposed for cleaning of soils from oil and oil products.
3. Shaporenko SI Pollution of coastal waters of Russia // Waters. resources. - 1997. - № 3.
4. Yagafarova GG Environmental biotechnology in oil refining industry: Textbook, handbook. Ufa: Izd UGNTU, 2001.-214 with.
5. Instructions for use of the drug-biodegrader Microzim oil pollution (TM) Petro Treat.
6. Refining and Petrochemicals, problems and prospects. Materials Section D III Congress of Russian Oil and Gas May 23, 2001
7. http://www.nefteshlamy.ru/stat.php?id=43).
8. http://iadevon.ru/wiki/udmurtiya-1757/ - Petroleum News of the Volga and the Urals.
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Удмуртия - Information about Udmurtia.