Проблема загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами занимает, в последнее время, одну из лидирующих позиций в экологии. Известны исследования, проводимые в разных странах и связанные с биологической очисткой почв и вод от нефти и нефтепродуктов с использованием различных биологических объектов [1, 2, 6, 7, 10]. Особое внимание уделяется углеводородокисляющим микроорганизмам (УОМ) как основных потребителей углеводородов нефти [4, 5, 8, 9]. Однако, информация о биологической очистке нефтезагрязненных бетонированных поверхностей скудна, большей частью используются различные синтетические моющие средства. Вероятнее всего, это объясняется пористостью бетонов и асфальтов, что затрудняет процессы глубокой очистки субстрата от органических загрязнителей.
Цель работы – изучение возможности биологической очистки нефтезагрязненных бетонов с использованием микроорганизмов на основе исследования нефтемиграционных процессов.
Материалы и методы исследования
Материалом исследования послужили блоки различных марок бетона размером 10,0±0,5 х 10,0±0,5 см. В исследованиях использовалась нефть месторождения «Кумколь» со следующими характеристиками: температура застывания 100С, содержание силикагелевых смол 19,2 %; карбено-карбоидов 5,82 %; асфальтенов 5,4 %; парафина 7,5 %; серы 0,064 %. При температуре 200С имеет плотность – 0,850 г/см3.
Микроорганизмы выращивались на элективных средах Ворошиловой –Диановой, МПА, Чапека [3]. Питательные среды и микробиологическая посуда стерилизовались согласно условиям в бактериологическом автоклаве (СПГА-100-I-HH). Культивирование микроорганизмов проводилось в термостате с программируемой температурой (TC 1/80).
Дистиллированная вода была получена на аквадистилляторе (АЭ-10МО). Взвешивание реактивов осуществлялось на аналитических весах (ScoutPro). Микроскопирование проводилось с применением световых микроскопов «Биомед-5» (Россия), «Таюда»(Япония), электронно-растрового микроскопа «Jeol JSM-6490 LV» (Япония).
Для изучения окислительной способности тионовых бактерий были использованы чистые культуры микроорганизмов, которые по 125 мл вносились в качалочные колбы на 250 мл и помещались на встряхиватели (ЭКРОС-6410М) с установленной температурой +28+320С. Динамика окисления двухвалентного железа определялась титрованием с применением трилонометрического метода. Снятие ИК-спектров проводились на двухлучевом спектрофотометре Specord 75JR (400-4000 см -1). Определение химического состава нефти и нефтепродуктов исследовали методом жидкостной хроматографии, анализ выполняли на хроматографе «Хром-4» при ступенчатом программировании температуры от 700С до 4000С с использованием колонки, заполненной полиэтиленгликоль адипинатом и аргоном, в качестве газоносителя.
Результаты исследования
и их обсуждение
После нанесения нефти на поверхность бетонных блоков были изучены особенности их распространения в горизонтальном и вертикальном векторах (рис. 1, табл. 1).
Таблица 1
Характеристики распространения нефтяного пятна на бетонных болках
|
Показатели № блока |
Нефтяное пятно |
|
|
Глубина проникновения, см |
Диаметр пятна, см |
|
|
1 |
0,2±0,01 |
3,0±0,20 |
|
2 |
0,5±0,02 |
3,5±0,20 |
|
3 |
1,0±0,20 |
1,6±0,10 |
|
4 |
0,5±0,01 |
2,3±0,20 |
|
5 |
0,8±0,20 |
1,2±0,20 |
|
6 |
2,2±0,20 |
1,7±0,20 |
|
7 |
1,0±0,20 |
2,3±0,10 |
|
8 |
0,2±0,02 |
2,6±0,10 |
|
9 |
0,9±0,01 |
2,3±0,20 |
|
10 |
0,5±0,01 |
1,9±0,20 |
Рис. 1. Характер рапространения нефтяного пятна на поверхности визуально плотного и пористого бетона (блоки 2 и 5)
Для изучения возможности очистки бетонных блоков от нефти с целью определения элементно-весового состава предварительно был проведен их микроанализ (табл. 2).
Таблица 2
Элементно-весовой состав бетонных блоков
|
№ блока |
Na |
Mg |
Al |
Si |
S |
Cl |
K |
Ca |
Fe |
|
1 |
0,97 |
3,03 |
5,07 |
7,74 |
1,96 |
0,42 |
1,13 |
38,54 |
5,39 |
|
2 |
5,96 |
н/о |
0,60 |
2,17 |
17,51 |
н/о |
33,35 |
4,70 |
3,51 |
|
3 |
н/о |
0,59 |
0,63 |
3,88 |
0,60 |
н/о |
0,52 |
22,76 |
н/о |
|
4 |
1,17 |
2,26 |
2,17 |
8,58 |
2,18 |
н/о |
1,02 |
44,68 |
2,62 |
|
5 |
н/о |
0,19 |
1,61 |
7,69 |
н/о |
н/о |
н/о |
5,39 |
|
|
6 |
0,28 |
2,26 |
2,17 |
8,58 |
1,53 |
н/о |
1,02 |
44,68 |
2,62 |
|
7 |
1,09 |
2,55 |
2,32 |
9,05 |
2,39 |
1,12 |
0,25 |
42,61 |
3,05 |
|
8 |
н/о |
0,38 |
0,41 |
2,05 |
н/о |
н/о |
н/о |
10,37 |
н/о |
|
9 |
2,40 |
н/о |
2,51 |
0,34 |
2,35 |
1,36 |
9,54 |
7,46 |
2,59 |
|
10 |
2,40 |
н/о |
2,78 |
0,34 |
2,39 |
1,36 |
9,54 |
7,46 |
3,01 |
Было выявлено, что наименьшая глубина проникновения нефти в образцах 1 и 8, но диаметр растекшего пятна наибольший. Электронно-микроскопическое обследование показало, что структура данных блоков плотная без трещиноватости, что и объясняет растекание пятна на поверхности блока. В блоках 3, 5, 6 и 9 нефть проникает вглубь микро- и нанотрещины. В блоках 2, 4, 7 и 10 нефть проходит черех микропоры. При этом видно, что нефтяные капли локализуясь в путях проникновения, «промасливают» до 10-12 % близлежащего бетона (рис. 2). Видимо этим фактом и объясняются трудности в очистке поверхности нефтезагрязненных бетонов.
Рис. 2. Электронно-растровые снимки срезов нефтезагрязненных блоков 2 и 5 (х1000)
Для очистки нефтезагрязненных бетонных блоков в качестве вариантов были использваны синтетические моющие средства в виде порошка и геля, композиции УОМ и микромицетов с титром 108 кл/мл, которые наносились в количестве 1,0 мл на поверхность нефтяного пятна. Было установлено, что ниаболее эффективно использование углеводородокисляющих микроорганизмов, которые очищали нефтяное пятно от 15 до 50 %
(рис. 3).
Рис. 3. Степень очистки бетонных блоков от нефти
При этом было выявлено, что создание оптимальных условий для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов как то: 55,0± 15,0 % влажность, биогенные элементы, температура 30,0±5,0 °С, микроэлементы, оптимизируют процессы биодеградации углеводородов нефти.
Заключение
На основании проведенных исследований установлено, что характер нефтяного загрязнения бетонов зависит от их структуры. Проникновение нефти внутрь бетона происходит посредством микро- и нанопор и трещин с дальнейшим распространением пятна вдоль путей проникновения. По всей вероятности, именно с этим и связаны трудности в очистке нефтезагрязненных бетонов и асфальтов. Нефтяные пятна остаются даже после проведения мероприятий по физико-химической очистке, что подтверждается визуальными обследованиями нефтезагрязненных бетонированных участков на ряде предприятий нефтегазовой отрасли. Кроме того, использованные детергенты способствуют вторичному загрязнению окружающей среды. Результаты данных исследований показывают перспективность использования углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов, которые способствуют биодеградации углеводородов нефти. Создание благоприятных условий для их жизнедеятельности: 55,0± 15,0 % влажность, биогенные элементы, температура 30,0±5,00С, микроэлементы, оптимизируют процессы оптимизирует процессы биологической очистки нефтезагрязненных бетонов.