Введение к работе
Актуальность проблемы
От загрязнения нефтью и особенно нефтепродуктами страдают те районы, где производится добыча, транспортировка и переработка нефти. При этом загрязненные участки выпадают из хозяйственного пользования, а их самовосстановление — процесс длительный и может занимать не один десяток лет (Н.П. Солнцева, Ю.И. Пиковский, 1980). О масштабах загрязнения углеводородами нефти можно судить по тому, что около трех процентов от добытой нефти попадает в окружающую среду (И.П. Иванов 1982). Так, в 2003 году в России было добыто 412 млн. тонн нефти - значит, что около 12,36 млн. тонн тем или иным путем попало в окружающую среду.
Другой особенностью нефтезагрязненых биоценозов является накопление в них канцерогенных и мутагенных полициклических ароматических углеводородов, которые могут сохраняться в загрязненной почве в течение длительного времени и тем самым представляют собой потенциальную опасность для всех живых организмов биоценоза (Ц.С. Орлов и др., 2002 и др.). Так, в литературе описаны случаи возникновения в нефтезагрязненных районах уродливых форм растений, что свидетельствует о воздействии нефтяных углеводородов на их наследственный аппарат (М.Г. Попов, 1949; Н.Г. Несветайлова, 1953; Д. Куллини, 1981; D.W. Connel, G.J. Miller, 1981; В.Г. Грищенко, 1982).
Кроме того, известно, что при попадании углеводородов нефти в почву и их трансформации уменьшается доля всех собственных компонентов гумуса (Ю.И. Пиковский, 1993). В связи с этим, проблема загрязнения и восстановления территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, является актуальной, особенно для нашей страны
Ситуация усугубляется в тех районах, где находятся крупнейшие месторождения нефти и для ее решения требуется учитывать такие факторы как короткий теплый период года, наличие вечной мерзлоты и высокую обводненность почв.
Процессы самоочищения, протекающие в нефтезагрязненной почве, зависят от многочисленных факторов, одним из которых является степень её загрязнения углеводородами нефти. При попадании в почву небольших доз сырой нефти наблюдается стимулирующий эффект (И.И. Шилова, 1988).
Нефтяные углеводороды могут аккумулироваться растениями, а затем передаваться по пищевой цепочке животным. Так, в хлороформенных экстрактах из растительной биомассы с площадок с 25-летним сроком загрязнения был обнаружен 3,4-бензпирен в концентрации, превышающей фоновые значения в 5 раз. Хлороформенные экстракты биомассы дождевых червей, собранных на площадках с 15-ним сроком загрязнения, содержали от 92,3 до 188,1 мкг/кг 3,4-бензпирена н его гомологов (АА. Оборин и др., 1988).
Сырая нефть по-разному воздействует на животный и растительный мир. Экспериментально установлено, что ингибирующий эффект действия сырой нефти на развитие различньж видов водорослей наблюдается при концентрации от 10"5 до 1 мг/л, а при концентрации 10 мг/л наступает их гибель (P.P. Кабиров, Р.Г. Минибаев, 1982).
Изучение процессов самоочищения нефтезагрязненных территорий тесно связано с разработкой эффективных методов их рекультивации (восстановления). В настоящее время для очистки и восстановленпя нефтезагрязненных земель применяют механические, агрохимические и биологические методы.
Механические методы очистки направлены на сбор нефти с помощью различных автоматизированных и ручных пригпптбггриий (Ьичиктууцмиирпгир способы очистки основаны на использовании различного |гхйЮе1*А4ЩО<1*Лф^НАв*> впитывают в себя углеводороды нефти, либо растворяют насть <ЖДЛЙ1ВДК4фти, ijposno связанных с
{ С.Петер
'SpXoYi
частицами почвы. Биологические методы очистки нефтезагрязненной почвы на первом этапе используют мощный потенциал углеводородокисляющих бактерий. По способам очистки нефтезагрязненньж участков с помощью микроорганизмов выделяют два подхода. Первый из них заключается в том, чтобы активизировать местную микробиоту нефтезагрязненной почвы, эффективно минерализующую углеводороды нефти. Второй подход предусматривает внесение в нефтезагрязненную среду консорциума или отдельньж видов микроорганизмов, активно деградирующих сырую нефть и/или нефтепродукты. Либо применяют комбинированный метод, используя одновременно первый и второй подходы.
Цель настоящего исследования
Основная цель данной работы заключалась в выявлении общих закономерностей в процессах самовосстановления нефтезагрязненньж почвенных биогеоценозов, а также разработке эффективных способов их восстановления.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи исследования:
-
Изучить процесс самовосстановления нефтезагрязненньж почвенньж экосистем и факторы, изменяющие его.
-
Определить состав и динамику численности микроорганизмов, участвующих в трансформации нефти в биогеоценозах, и оценить влияние прикорневой микрофлоры на процесс восстановления нефтезагрязненньж территорий.
-
Исследовать основные причины, влияющие на фитотоксичность нефтезагрязненньж почв, и определить основные виды многолетних растений, устойчивых к нефтяному загрязнению.
-
Оценить влияние отходов нефтедобывающей промышленности на объекты окружающей среды и разработать метод их ликвидации.
-
Разработать метод реабилитации территорий, загрязненных нефтью, на основе активирования микробиоты и применения вермикультуры.
Научная новизна и теоретическая значимость
Впервые предложена новая концепция восстановления нефтезагрязненньж территорий, которая основывается на трансформации углеводородов нефти их в нетоксичные соединения, что позволяет частично сохранить в почве углерод углеводородов нефти и ускорить сроки восстановления нарушенных биоценозов.
Изучены количественные и качественные изменения, происходящие с углеводородами нефти в почве; оценено их влияние на микроорганизмы, а также представителей животного и растительного мира почвенного биоценоза. Установлено, что отмирание растений на нефтезагрязненньж почвах происходит не в результате прямого воздействия углеводородов нефти, а путем воздействия токсинов, вырабатываемых почвенными микромицетами при использовании ими углеводородов нефти.
Практическая ценность
Для ускоренного восстановления нефтезагрязненньж биоценозов разработан оригинальный метод детоксикации, позволяющий в короткий срок проводить ремедиацию нефтезагрязненньж почвенньж биоценозов.
Предложен метод восстановления нефтезагрязненньж биоценозов путем использования для деструкции нефтяных углеводородов прикорневой нефтеокисляющей микробиоты.
Выделен и описан в чистую культуру новый вид Gordonia amicalis sp. nov.,-углеводородокисляющий микроорганизм, который зарегистрирован в Немецкой коллекции микроорганизмов как вид Gordonia amicalis IEGM (AF 101418).
Для активирования почвенного биоценоза, подвергнутого нефтяному воздействию, разработан биопрепарат, основой которого являются термокаталитически обработанные растительные остатки с введенной в них нефтеокисляющей бактериальной культурой Gordonia amicalis sp. nov. Предложен метод восстановления нефтезагрязненных земель с помощью вермикулыуры, который позволяет отказаться от идеи о полной деструкции нефтяных углеводородов, а напротив сохранить их в почве в трансформированном в гумусоподобное соединение. Данный метод позволяет в течение 2-х месяцев подготовить загрязненную почву для последнего этапа её восстановления - фиторекультивации. Кроме того, он позволяет сохранить углерод углеводородов нефти в нетоксичном гумифицированном виде.
Результаты работы реализованы: в практических рекомендациях по оценке
уровня загрязнения земли углеводородами нефти для АО «Сургутнефтегаз»,
руководящум документе, созданном совместно с ПермНИИБ, рекомендацях, для
создания технологий, которые применялись на практике при очистке
нефтезагрязненных территорий в различных почвенко-климатических зонах.
Разработан метод получения фермента лизоцима из биомассы червя Esenia fetida, культивирование которого производилось при обработке нефтезагрязненного грунта.
Практические результаты работы реализованы на территории АО «Сургутнефтегаз», АО «Ноябрьскнефтегаз», ПО «Главтюменефтегаз», «Верхне-Волжские нефтепроводы» (г. Н.-Новгород), «Пурнефтегаз» (совместно с ООО «Агроэкология»), 000 «Лукойл-Пермнефть», 000 «СИБУРхимпром».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный метод рекультивации нефтезагрязненных территорий,
заключающийся в осуществлении перевода вредных для роста и развития живых организмов и растений в нетоксичные соединения, участвующие в почвообразовательном процессе, то есть осуществление детоксикации почвы, а не полную очистку ее от веществ-загрязнителей.
-
Использование в процессе восстановления нефтезагрязненных земель различных мелиорантов, в частности, мочевины, позволяющих трансформировать часть углеводородов нефти в гумусоподобное вещество.
-
Использование в ремедиации нефтезагрязненной почвы аборигенных почвенных микроорганизмов, дающих возможность за достаточной сжатые сроки и с небольшими финансовыми затратами осуществить восстановление загрязненного биогеоценоза.
4. Полученный в результате комплексной обработки нефтезагрязненный субстрат
служит средой для выращивания почвенных червей, из которых получают дешевые по
цене биологически активные вещества.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертации доложены на Международной конференции (Пермь, 1985); на 9-м международном симпозиуме (Москва, 1989); на Всесоюзном симпозиуме (Москва, 1989); на Всесоюзном симпозиуме (Оренбург, 1991); Международном совещании (Томск, 1992); Конференции (Киров, 1993); Международной конференции (Москва-Пермь, 1993); Международном симпозиуме (Bath, 1993); Международной конференции (Пермь, 1994); Международной конференции (Сыктывкар, 1994); Международном симпозиуме (Киев, 1994); Международной конференции (Санкт-Петербург, 1995); 3-ей международной конференции (Санкт-Петербург, 1996); Международной научной конференции (Пермь, 1996); Международном совещании (Екатеринбург, 1996); 42nd OHOLO Conference (Eliat, Israel, 1998); Международной выставке-конференции (Екатеринбург, 1998); 4-ой международной конференции (Сыктывкар, 1998); Y International congress
(Ivano-Francovsk 1999); Четвертой, межд. конф. (Москва, 2000); Международном семинаре (Пермь, 2001); Third international conference (Rhoodes, Greece.2002); И-й международной конференции (Владимир, 2002); Международном конгрессе (Москва, 2003); Международной научно-практической конференции (Астрахань, 2004).
По теме диссертации опубликованы 35 научных работы, в том числе 2 монографии, два руководящих документа, 1 авторское свидетельство и 4 патента на изобретение.
Объем и структура диссертации