Содержание к диссертации
Введение 6
Глава 1. Загрязнение почвенной и водной экосистем нефтяными углеводородами и проблемы рекультивации (аналитический обзор) 10
1.1.Влияние нефтяного загрязнения на агрофизические, агрохимические свойства и биологическую активность почв 10
1.1.1. Агрофизические, агрохимические свойства почв 10
1.1.2. Биологические свойства почв 16
1.2. Влияние нефтяного загрязнения на некоторые компоненты водной экосистемы 23
1.2.1. Поведение нефти вводной среде 24
1.2.2. Разложение нефти под воздействием нефтеокисляющей микрофлоры 28
1.2.3. Влияние нефтепродуктов на водные растения 32
1.3. Подходы к рекультивации нефтезагрязненных почв и водоемов.. 35
1.3.1. Биоремедиация нефтезагрязненных сред 35
1.3.2. Методы рекультивации 37
Глава 2. Материалы и методы исследования 48
2.1. Характеристика районов исследования 48
2.1.1. Шкаповское месторождение Республики Башкортостан 48
2.1.2 Аскаровское месторождение Республики Башкортостан 49
2.1.3. Лемезинское месторождение Республики Башкортостан 50
2.1.4. Месторождение Тагринское и Ван-Еганское Ханты- Мансийского автономного округа, Нижневартовский район 52
2.2. Постановка полевых (промысловых) и лабораторных опытов 55
2.3. Некоторые показатели биопрепарата Белвитамил 64
2.4. Методы почвенно-биологических исследований 64
2.4.1. Агрохимические показатели 65
2.4.2. Методы посева и выращивания микроорганизмов 65
2.4.3. Определение активности некоторых ферментов в почве 65
2.4.4. Определение содержания нефти и нефтепродуктов в почве 66
2.4.5. Определение фитотоксичности почвы 66
2.4.6. Определение способности микроорганизмов активного ила к соокислению углеводородов 67
2.5. Методы исследования состава и биологической активности в водоеме 67
2.5.1. Определение численности микроорганизмов 67
2.5.2. Определение ферментативной активности воды 68
2.5.3. Определение ХПК, БПК5 68
2.5.4. Определение содержания нефтепродуктов в воде 68
2.5.5. Оценка эффективности активного ила как сорбента для водной поверхности 69
2.6. Статистическая обработка результатов 70
Глава 3. Характеристика Белвитамила, используемого для рекуль тивации нефтезагрязненных природных объектов 72
Глава 4. Использование Белвитамила в процессе рекультивации нефтезагрязненных земель 80
4.1. Рекультивация нефтезагрязненных почв в условиях Республики Башкортостан 80
4.1.1. Апробация биопрепарата Белвитамил для рекультивации загрязненных нефтью серых лесных почв в лабораторных и полевых условиях 80
4.1.2. Рекультивация нефтезагрязненных почв в промысловых условиях (Лемезинское месторождение) 89
4.1.3. Рекультивация нефтезагрязненных почв на территории Шкаповского месторождения 98
4.1.4. Применение Белвитамила для очистки грунта внутри обваловки скважины от нефтепродуктов 100
4.2. Рекультивация нефтезагрязненных почв в условиях Тюменской области 102
4.3. Комплексные технологии рекультивации нефтезагрязненных почв на основе биопрепарата Белвитамил 106
Глава 5. Использование биопрепарата Белвитамил в процессе очистки водных объектов, загрязненных нефтью 112
5.1. Лабораторные опыты по изучению влияния Белвитамила на деструкцию нефти в воде
5.2. Применение Белвитамила для очистки озера Мурынкуль (НГДУ «Аксаковнефть» Республика Башкортостан)
5.3. Применение Белвитамила для очистки водоема на территории 123
СП «Белые ночи» (Ханты-Мансийский автономный округ) 128
Заключение
Выводы 134
Список использованных источников ^5
Приложение I 176
Приложение II
Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка средств очистки воды и почвы от нефтяных углеводородов представляет собой активно развивающиеся направления экологии и биотехнологии.
Многие современные биопрепараты многокомпонентны по составу [Чугунов и др., 1994; Холоденко и др., 1994; Борзенков и др., 1994; Сидоров, 1998; Самсонова и др., 2003]. Литературные данные свидетельствуют о том, что ассоциации микроорганизмов способны более полно и быстро разлагать углеводородные субстраты по сравнению с индивидуальными штаммами [Мурыгина и др., 1999; Sugiura et al., 1997; Муратова и др., 2001; Мукашева, Шигаева, 2002]. Иммобилизация биологических препаратов на носителях позволяет еще более увеличить эффективность и сократить время очистки [Сахно и др., 2002; Пирог и др., 2003]. Кроме того, по мере накопления опыта рекультивации загрязненных нефтью почв и водных объектов, становится очевидным, что для их успеха необходимо проведение дополнительных мероприятий, обеспечивающих благоприятные условия для развития углеводородокисляющеймикробиоты.
Все выше перечисленное делает современные технологии ремедиации нефтезагрязненных объектов дорогими, трудоемкими, уменьшает их привлекательность для нефтедобывающих предприятий. Более того, внедрение сложных технологий невозможно на многих месторождениях Сибири из-за их удаленности и трудной доступности в течение большей части года.
Поэтому поиск приемов, позволяющих упростить процесс рекультивации нефтезагрязненных природных объектов без потери их качеств, является актуальным. Одним из таких приемов может стать использование отработанного активного ила, представляющего собой естественную иммобилизованную микробную ассоциацию и все необходимые для обеспечения ее жизнедеятельности компоненты.
Целью диссертационной работы явилась разработка новых микробиологических методов очистки почв и водоемов от нефтяных загрязнений в условиях Башкортостана и Западной Сибири.
Основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- изучение физико-химических и биологических свойств активного ила целлюлозно-бумажного производства (Белвитамила) и оценка деструктивной активности его по отношению к нефти и нефтепродуктам;
- исследование в модельных экспериментах и промышленных разливах эффективности использования Белвитамила для очистки почв и водных поверхностей от нефтяных загрязнений;
- разработка технологий очистки почв и водных поверхностей от нефтяных загрязнений в условиях Башкортостана и Западной Сибири с использованием в качестве активного агента Белвитамила.
Научная новизна работы. Впервые для очистки природных объектов от нефтяных загрязнений исследован и предложен биопрепарат Белвитамил. Изучена его окислительная активность и сорбционная способность в отношении нефти и нефтепродуктов. Показано, что при внесении Белвитамила в нефтезагрязненные почвы и водоемы восстанавливается ферментативная активность, численность микробиоты, снижается фитотоксичность, ускоряется деградация нефти.
Защищаемые положения.
1. Белвитамил обладает свойствами биореагента, осуществляющего деградацию нефти.
2. Внесение Белвитамила повышает биологическую активность нефтезагрязненных почв: восстанавливается активность каталазы, дегидрогеназы, численность микроорганизмов и снижается фитотоксичность.
3. Белвитамил в комплексе с фитомелиорантами и рыхлением загрязненной почвы ускоряет разложение нефти, а повторная обработка возвращает загрязненные участки в первоначальное состояние.
4. Обработка Белвитамилом загрязненных водоемов ускоряет деградацию в них нефти.
Практическая значимость. Разработаны новые микробиологические составы и технологии, ориентированные на конкретные климатические условия и природные объекты (почвы и водоемы загрязненные нефтью): 1) Способ очистки почвы и водоемов от нефтяных загрязнений, включающий в себя применение сухой микробной, биомассы активного ила и биогенное питание [Патент РФ № 2198748]; 2) Способ очистки почвы и водоемов от нефтяных загрязнений, включающий применение сухого активного ила, структурирующие и питательные добавки. [Положительное решение на выдачу патента по заявке № 2004119511 от 18.08.2005г.].
Разработанные микробиологические технологии на основе сухого активного ила и биостимуляторов внедрены на 5 нефтяных месторождениях Башкортостана и Западной Сибири. В результате внедрения разработок очищено от нефти более 5 га почвы и водоема. Предотвращенный экологический ущерб составил 64693,66 тыс. руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на Международных конференциях «Почва, жизнь, благосостояние» (Пенза, 2001), «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2001), «Відновлення порушених природних екосистем» (Донецьк, 2002), «Освоение Севера и проблемы природовосстановления» (Сыктывкар, 2002), «Modern problems of bioiodication and biomonitoring» (Syktyvkar, 2003), «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2004), «Технологии ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» (Минск, Новополоцк, 2004), на 5— и 7 Пущинской конференции молодых ученых «Биология - наука 21ш века» (Пущино, 2001, 2003), «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005), на Всероссийских конференциях и съездах «Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно-нарушенных территорий» (Ульяновск, 2000), «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа» (Томск, 2001), Докучаевские молодежные чтения (Санкт-П-б., 2003, 2004), «Охрана окружающей среды при освоении углеводородных ресурсов» (Москва, 2004), на II и III съезде общества биотехнологов России (Москва, 2004, 2005), «Биотехнология-2005» (Пущино).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 печатные работы, в том числе получен 1 патент РФ, получено положительное решение о выдаче патента, опубликована 1 монография в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, методов исследований, экспериментальной части, результатов исследований, выводов, списка литературы и приложений, включает 35 таблиц, 28 рисунков. Список литературы включает 383 литературных источника, в т. ч. иностранных - 78.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность за помощь, консультации и поддержку научным руководителям д.б.н. Киреевой Н.А. и к.б.н. Новоселовой Е.И., д.т.н. Алмаеву Р.Х., к.б.н. Бакаевой М.Д., а также коллегам и соавторам публикаций.
Похожие диссертации на Биотехнология очистки почв и водоемов от нефтяных загрязнений на месторождениях Башкортостана и Западной Сибири
