ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2012, № 5, с. 52-53
УДК 631.4/552.577:547.91
РАЗЛОЖЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ В ПОЧВЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТОРФЯНОГО КОМПОСТА © 2012 г. Р. В. Галиулин, В. Н. Башкин, Р. А. Галиулина
Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук, Пущино, Московская область
Е-таИ: гаы/^аНыНп@гатЫег.гы Поступила в редакцию 26.03.2012 г.
Оценивали разложение углеводородов нефти в серой лесной почве (Московская область) под действием торфяного компоста в модельных условиях. Отмечено усиление разложения углеводородов с одновременным увеличением активности ферментов каталазы и дегидрогеназы, принимающих непосредственное участие в этом процессе.
Транспортировка нефти нередко влечет за собой ее разливы в окружающую среду в результате аварийных ситуаций, возникающих при различных обстоятельствах. Так, в июне 2006 г. в Самарской области в результате несанкционированной врезки в нефтепровод произошел разлив около 500 м3 нефти, что привело к загрязнению ~1.2 га сельскохозяйственных угодий, а в октябре в том же регионе по той же причине было загрязнено ~6га пашни [1, 2]. В Челябинской области вследствие аварии на магистральном нефтепроводе на почву вылилось около 400 м3 нефти, часть которой попала в водоток. В 2007 г. в Саратовской области вследствие гидравлического удара произошел разрыв залегающей на глубине 1.2 м трубы вдоль сварного шва, в результате чего на почву попало около 300 м3 нефти [3]. При этом общая площадь загрязненной территории, включая сельскохозяйственные угодья и водный объект, составила ~25 га.
В результате загрязнения нефтью почв снижается их качество и продуктивность, и они выводятся из сельскохозяйственного оборота. Согласно [4], уровень загрязнения почв углеводородами в 5% от их массы (50 г/кг) не позволяет их использовать в дальнейшем для сельскохозяйственных целей. Между тем процесс естественной ремедиа-ции почв, загрязненных нефтью, происходит очень медленно, о чем свидетельствуют результаты биохимического мониторинга продолжительностью до 10 лет [5]. В этой связи важное значение приобретают поиск и испытание эффективных средств ремедиации почв, загрязненных нефтью, основанной на деструктурирующей способности углеводородокисляющих микроорганизмов из числа бактерий, дрожжей и мицелиальных грибов. К числу таких средств можно отнести ком-посты, представляющие собой композиции, получаемые путем ускоренной ферментации торфа с навозом или птичьим пометом и обогащенные уг-леводородокисляющей микрофлорой и питатель-
ными веществами. Испытания компостов как ре-медиирующих средств целесообразно первоначально проводить в лабораторных условиях, где существует широкая возможность моделирования действия различных факторов (доз, температуры и др.) на разложение углеводородов нефти. Это важно для оперативного получения необходимой информации для последующих полевых исследований.
Цель работы — оценка процесса разложения углеводородов нефти в серой лесной почве (Московская область) под действием торфяного компоста "Пикса" в модельных условиях.
Торфяной компост "Пикса" марки "Премиум" получают путем ускоренной ферментации торфа с навозом (4 : 1) и обогащения углеводородокисляю-щими микроорганизмами и питательными веществами [6]. Торф, используемый для приготовления данного компоста, характеризуется объемной массой (при влажности 60%) — 570 кг/м3, степенью разложения 20%, зольностью 25% и рН 5.5. Сорбцион-ная емкость торфа по отношению к нефти составляет 8—10 г на 1 г абсолютно сухого вещества торфа.
Исследования проводили с серой лесной почвой, которую обрабатывали нефтью в дозах 50 и 100 г/кг, а затем вносили торфяной компост (50 и 100 г/кг). Обработанные нефтью и компостом почвенные образцы инкубировали в пластиковых сосудах емкостью 250 мл при постоянной влажности (70% от полной влагоемкости): первые 20 сут — при температуре 8°С, а последующие 20 сут — при 18°С. Последнее было связано с имитацией годового хода температуры в почве на отрезке май—июль.
На 10-е и 40-е сутки проводили анализ содержания углеводородов нефти методом инфракрасной спектрометрии на концентратомере ИКН-025. Для этого 1 г навески почвенного образца экстрагировали 50 мл четыреххлористого углерода (5 мин) в экстракторе Экрос-8000. После отстаивания (10 мин) экстракт пропускали через хрома-
РАЗЛОЖЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ
53
Время практически полного разложения углеводородов нефти и активность ферментов в серой лесной почве под действием торфяного компоста
Фермент
Вариант T99, сут каталаза, мл О2/(мин ■ г) дегидрогеназа, мг 2,3,5-трифенил-формазана/(г ■ сут)
Нефть, 50 г/кг 329 0.1 0.13
Нефть, 50 г/кг + компост, 50 г/кг 184 1.5 0.74
Нефть, 50 г/кг + компост, 100 г/кг 69 2.7 1.38
Нефть, 100 г/кг 1150 0.1 0.15
Нефть, 100 г/кг + компост, 50 г/кг 658 0.9 0.71
Нефть, 100 г/кг + компост, 100 г/кг 288 2.2 2.34
тографическую колонку с А1203 и анализировали содержание углеводородов нефти на концентрато-мере. Для подтверждения микробиологического характера разложения углеводородов нефти на 40-е сутки определяли активность ферментов каталазы (мл О2/(мин • г)) и дегидрогеназы (мг 2,3,5-трифе-нилформазана/(г • сут)), соответственно, газометрическим и колориметрическим методами [7, 8].
Статистическую обработку результатов осуществляли при общепринятом для геоэкологических исследований доверительном интервале для среднего значения показателей различных вариантов, рассчитываемом при уровне значимости Р1 = = 0.05. Данные анализа содержания углеводородов нефти были использованы для расчета времени их практически полного разложения, т.е. на 99% (Т99) по экспоненциальной зависимости: у = в~ш, где у — остаточное содержание углеводородов на время I, отнесенное к исходному; в — основание натурального логарифма; к — константа скорости разложения углеводородов. Соответствующая формула для расчета выглядит так: Т99 = 1п100/к.
Было установлено, что при внесении торфяного компоста (50 и 100 г/кг) в почву процесс разложения углеводородов возрастал в 1.8—4.8 раза (при концентрации нефти в 50 г/кг) и в 1.7—4.0 раза (концентрация 100 г/кг) относительно варианта без добавления компоста, о чем свидетельствуют значения практически полного разложения веществ (таблица). С увеличением дозы компоста, добавляемого в почву при различных уровнях ее загрязнения нефтью (50 и 100 г/кг), активность каталазы и дегидрогеназы возрастала, соответственно, в 9—27 и 4.7—15.6 раза относительно варианта без добавления ремедиирующего средства, что доказывает непосредственное участие этих ферментов в микробиологическом разложении углеводородов нефти. Это связано с тем, что каталаза ускоряет окисление углеводородов нефти пероксидом водорода, разрушая последний до необходимого для этой реакции кислорода, а
дегидрогеназа катализирует отщепление водорода от молекул продуктов окисления углеводородов (реакция дегидрирования). Участие пероксида водорода в данной биохимической реакции связано с его образованием в процессе дыхания микроорганизмов и в результате окисления углеводородов.
Таким образом, исследования показали очевидное преимущество подобного рода лабораторных испытаний, позволяющих оперативно, за относительно короткий промежуток времени получать необходимую информацию по торфяному компосту, используемому для ремедиации почв, загрязненных нефтью. Следующий этап исследований заключается в целенаправленном проведении полевых опытов на территориях, где существует наибольший риск загрязнения почв при аварийных разливах нефти.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Сегида И.Н. // Метеорология и гидрология. 2006. № 9. С. 99.
2. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Иванов А.Б. // Метеорология и гидрология. 2007. № 1. С. 115.
3. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Иванов А.Б. // Метеорология и гидрология. 2007. № 4. С. 105.
4. Коронелли Т.В. // Прикл. биохимия и микробиология. 1996. Т. 32. № 6. С. 579.
5. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Онегова Т.С. // Агрохимия. 2002. № 8. С. 64.
6. Семенцов А.Ю. Применение суперкомпоста ПИК-СА для реабилитации городских почв. Методические рекомендации. М.: ВНИИА, 2006. 32 с.
7. Башкин В.Н., Бухгалтер Э.Б., Галиулин Р.В. и др. Способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов посредством анализа активности каталазы. Пат. РФ № 2387995 // Б.И. 2010. № 12 (IV ч.). С. 938.
8. Башкин В.Н., Бухгалтер Э.Б., Галиулин Р.В. и др. Способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов посредством анализа активности дегидрогеназы. Пат. РФ № 2387996 // Б.И. 2010. № 12 (IV ч.). С. 938.
ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА № 5 2012
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.