Биоремедиация нефтезагрязненных почв на основе природного и техногенного углеродсодержащего биоактиватора – Коксуского шунгита
DOI:
https://doi.org/10.26577/EB-2017-4-1309Аннотация
Восстановление нефтезагрязненных почв является актуальной задачей особенно для нефтедобывающих предприятий, имеющих риск загрязнения окружающей среды в результате санкционированного и несанкционированного размещения нефтеотходов, нефтеразливов и других нештатных ситуаций. Среди методов снижения и ликвидации загрязнения почв и техногенных грунтов нефтью и нефтепродуктами наиболее эффективными являются микробиологические, агро-фито-мелиоративные и другие методы очистки почв с использованием качественных сорбентов нефти. Перспективным нетрадиционным мелиорантом нефтезагрязненных почв могут стать бурые угли и шунгиты, которые являются одновременно эффективными сорбентами токсикантов и углегуминовыми удобрениями почв – биоактиваторами.
Цель исследования являлось изучение процесса биоремедиации нефтезагрязненных почв на основе природного и техногенного углеродсодержащего биоактиватора – коксуского шунгита.
Впервые проведены научные исследования влияния природного биоактиватора (коксуский шунгит, представляющий собой мусковит-кварц-углеродистый сланец) и техногенного биоактиватора (термоактивированной механической смеси коксуского шунгита и нефти) на процесс очистки почв от сырой нефти, отобранной из нефтяного месторождения «Елемес Южный» Мангистауского региона, а также выявлены факторы, влияющие на процесс очистки почвы от углеводородов нефти.
Были изучены физико-химические характеристики нефти и микробиоценоз отобранных для эксперимента почв. Экспериментальные образцы почвы были загрязнены нефтью до экологически бедственного состояния с превышением допустимых норм 88,1 ПДК. Проведен модельный эксперимент, состоящий из двух вариантов опыта: в первом варианте опыта был использован природный биоактиватор – минерал (сланцевый шунгит), во втором варианте опыта – техногенный биоактиватор (термоактивированная при температуре 600 оС механическая смесь коксуского шунгита и нефти).
Применение шунгита и термофильный режим благоприятно влияют на процесс биоремедиации почв от нефтезагрязнений, т.к. достигается высокий процент очистки – 97,3 %. Результаты исследований позволили разработать способ биоремедиации нефтезагрязненных почв конкретного нефтяного месторождения «Елемес Южный» Мангистауского региона с использованием биоактиватора – коксуского шунгита, являющего товарным продуктом горно-рудной компании «Коксу» – единственного промышленно-освоенного месторождения Казахстана.
Библиографические ссылки
2 ГН к безопасности окружающей среды (почве). Приказ Министра национальной экономики Республики Казахстан от 25 июня 2015 года - № 452.
3 Голицын А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды - М.: Оникс. - 2010. - 336 c.
4 Гуславский А. И., Канарская З. А. Перспективные технологии очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №20. – C.191-199.
5 Евдокимова А.Ю., Фукс И.Г., Шабалина Т.Н., Багдасаров Л.Н. Смазочные материалы и проблемы экологии. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2000. – 424 с.
6 Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнения – М.: Недра, - 1990. -141с.
7 Мусина У.Ш. Коксуские шунгитистые породы в процессах обеспечения экологического равновесия. Журнал «Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета)». - Спб, - 2014, - № 23 (49), - С.79–82.
8 Неустроев М.М. Экологическая оценка нефтезагрязненных мерзлотных почв и разработка способов их биоремедиации. Дисс.на соиск. уч.ст. к.б.н., Якутск, - 2015. – 129 с.
9 Патент №. 2023685 Российская Федерация, МКИ C02F3/34. Способ биологической очистки сточных вод от органических загрязнений / Олешкевич Е.А., Макарова Н.А., Сагадиева Л.В. и др. - №4954561/26; заявл. 11.06.1991. Опубл. 30.11.1994. - Бюл. №22.
10 Пачикин К.М., Ерохина О.Г. Географо-генетические исследования за годы независимости Казахстана // Почвоведение и агрохимия. – 2011. - № 4, С. 14-29.
11 Попов С.Н., Морозова Л.Я., Герасимов А.И. Ликвидация аварийных разливов нефти со дна водоемов в условиях низких температур Якутии // Нефтяное, газовое, энергетическое и автотранспортное машиностроение. - 2011. - С. 463-466.
12 Попов С.Н., Морозова Л.Я., Ефимов С.Е., Герасимов А.И. Способы и средства нейтрализации аварийных разливов нефти в условиях низких температур Якутии // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело. – 2011. - №2. – С. 184-191.
13 Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (утв. Роскомземом 10 ноября 1993 г. и Минприроды РФ 18 ноября 1993 г.).
14 Тихонович, И.А. Кооперация растений и микроорганизмов: новые подходы к конструированию экологически устойчивых агросистем /И.А. Тихонович, Н.А. Проворов // Успехи современной биологии. – 2007. – Т. 127, - № 4. – С. 339-357.
15 Цомбуева Б. В., Горяшкиева З. В., Щербакова Л. Ф. Метод очистки почвы от нефтяного загрязнения с помощью природных сорбентов // Вестник ВолГУ. - 2017. - Серия 11. Естественные науки. №2. - С. 19-25.
16 Цыганова С.И., Веприкова Е.В., Терещенко Е.А., Фетисова О.Ю. Синтез магнитных нефтесобирателей на основе модифицированных опилок древесины // Экология и промышленность России. - 2014. – С.18-21.
17 Щепакин М.Б., Мишулин Г.М. Гафаров И.Г. и др. Экосорбент как продукт управления ресурсами региона// Экология и промышленность России. – 2001. - №12. – С. 20-25.
18 Annunciado T.R., Sydenstricker T.H.D., Amico S.C. Experimental investigation of various vegetable fibers as sorbent materials for oil spills / Marine Pollution Bulletin. – 2005. -№50. P. 1340–1346.
19 Bento F.M., Camargo F.A., Okeke B.C., Frankenberger W.T. Comparative bioremediation of soils contaminated with diesel oil by natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation. Bioresource Technology. - 2005;-№96(9). – P.1049–1055.
20 Breck D.W. Zeolites molecular sieves, Structure, Chemistry and Use// New York, Wiley. – 1974. – P.771.
21 Eldor A. Paul. Soil Microbiology, Ecology, and Biochemistry. Academic Press is an imprint of Elsevier. - 2015.- 535 р.
22 El-Nemr A. Petroleum Contamination in Warm and Cold Marine Environments. Front Cover. Nova Publishers, - 2006. Science - 140 p.
23 Germida J.J., FrickR С.M., Farrell E. Phytoremediation of oil-contaminated soils // Developments in Soil Science . – 2002. - Volume 28, Part 2. - P. 169-186.
24 Gertler C., Gerdts G., Timmis K. N., Yakimov M. M., Golyshin P. N. Pollutions of heavy fuel oil-degrading marine microbial community in presence of oil sorbent materials // Journal of Applied Microbiology. – 2009. – 107. –P. 590–605.
25 Jain A.K., Ross A.A., Nandakumar K. Introduction to Biometrics. Springer Publishing Company, Incorporated. – 2011. – 326 р.
26 Joo H.S., Shoda M., Phae C.G. Degradation of diesel oil in soil using a food waste composting process. Biodegradation. – 2007. - 18(5). –P. 597–605.
27 Margesin R., Schinner F. Bioremediation (Natural Attenuation and Biostimulation) of diesel-oil-contaminated soil in an alpine glacier skiing area // Applied and Environmental Microbiology. – 2001. - 67(7). –P. 3127–3133.
28 Millioli V.S., Servulo E-L.C., Sobral L.G.S., Carvalho D.D. Bioremediation of crude oil-bearing soil: evaluating the effect of rhamnolipid addition to soil toxicity and to crude oil biodegradation efficiency // Global Nest Journal. – 2009. - 11(2). –P.181–188.
29 Schaefer M., Juliane F. The influence of earthworms and organic additives on the biodegradation of oil contaminated soil // Applied Soil Ecology. – 2007. - 36(1). –P. 53–62.
30 Turkayeva A., Jamalova G., Mussina U., Oshakbayev M., Timma L., Pubule Je., Blumberga D. Chemical and Microbiological Nature of Produced Water Treatment Biotechnology // International Scientific Conference “Environmental and Climate Technologies”, CONECT 2016, 12-14 October 2016, Riga, Latvia. Energy Procedia 113, - P. 116-120.
References
1. Burmistrova T.I., Alekseeva T.P., V.D. Perfileva, Tereshchenko N.N., Stahina L.D. (2003) Biodegradaciya nefti i nefteproduktov v pochve s ispol'zovaniem meliorantov na osnove aktivirovannogo torfa [Biodegradation of oil and oil products in soil using meliorants based on activated peat] Himiya rastitel'nogo syr'ya. №3. pp. 69–72.
2. GN k bezopasnosti okruzhayushchej sredy (pochve) [GNs to environmental safety (soil)]. (2015) Prikaz Ministra nacional'noj ehkonomiki Respubliki Kazahstan ot 25 iyunya. № 452.
3. Golicyn A.N. (2010) Promyshlennaya ehkologiya i monitoring zagryazneniya prirodnoj sredy [Industrial ecology and monitoring of environmental pollution] - M.: Oniks. -336 p.
4. Guslavskij A. I., Kanarskaya Z. A. (2011) Perspektivnye tekhnologii ochistki vody i pochvy ot nefti i nefteproduktov [Perspective technologies of water and soil purification from oil and oil products] Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. №20. pp.191-199.
5. Evdokimova A.Yu., Fuks I.G., SHabalina T.N., Bagdasarov L.N. (2000) Smazochnye materialy i problemy ehkologii [Lubricants and environmental problems]. M.: GUP Izdatel'stvo «Neft' i gaz» RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina.424 p.
6. Kovalenko V.P., Turchaninov V.E. (1990) Ochistka nefteproduktov ot zagryazneniya [Cleaning of petroleum products from pollution] – M.: Nedra, 141 p.
7. Musina U.Sh. (2014) Koksuskie shungitistye porody v processah obespecheniya ehkologicheskogo ravnovesiya [Koksu shungitic rocks in the processes of ensuring ecological balance]. ZHurnal Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta (tekhnicheskogo universiteta), Spb, № 23 (49), pp.79–82.
8. Neustroev M.M. (2015) Ekologicheskaya ocenka neftezagryaznennyh merzlotnyh pochv i razrabotka sposobov ih bioremediacii [Ecological assessment of oil-contaminated permafrost soils and development of methods for their bioremediation]. Diss.na soisk. uch.st. k.b.n., Yakutsk, 129 p.
9. Patent №. 2023685 Rossijskaya Federaciya, MKI C02F3/34. Sposob biologicheskoj ochistki stochnyh vod ot organicheskih zagryaznenij [The method of biological treatment of sewage from organic pollutants] / Oleshkevich E.A., Makarova N.A., Sagadieva L.V. i dr. - №4954561/26; zayavl. 11.06.1991. Opubl. 30.11.1994. - Byul. №22.
10. Pachikin K.M., Erohina O.G. (2011) Geografo-geneticheskie issledovaniya za gody nezavisimosti Kazahstana [Geographical and genetic studies over the years of independence of Kazakhstan] Pochvovedenie i agrohimiya, № 4, pp.14-29.
11. Popov S.N., Morozova L.Ya., Gerasimov A.I. (2011) Likvidaciya avarijnyh razlivov nefti so dna vodoemov v usloviyah nizkih temperatur Yakutii [Liquidation of emergency oil spills from the bottom of water bodies in the conditions of low temperatures of Yakutia] Neftyanoe, gazovoe, ehnergeticheskoe i avtotransportnoe mashinostroenie, pp. 463-466.
12. Popov S.N., Morozova L.YA., Efimov S.E., Gerasimov A.I. (2011) Sposoby i sredstva nejtralizacii avarijnyh razlivov nefti v usloviyah nizkih temperatur Yakutii [Methods and means of neutralizing oil spills in conditions of low temperatures in Yakutia] Elektronnyj nauchnyj zhurnal «Neftegazovoe delo, №2. pp. 184-191.
13. Poryadok opredeleniya razmerov ushcherba ot zagryazneniya zemel' himicheskimi veshchestvami [Cooperation of plants and microorganisms: new approaches to the design of environmentally sustainable agro-systems] (utv. Roskomzemom 10 noyabrya 1993 g. i Minprirody RF 18 noyabrya 1993 g.).
14. Tihonovich, I.A. (2007) Kooperaciya rastenij i mikroorganizmov: novye podhody k konstruirovaniyu ekologicheski ustojchivyh agrosistem [Method of soil purification from oil pollution with the help of natural sorbents] Uspekhi sovremennoj biologii, T. 127, № 4. pp. 339-357.
15. Combueva B.V., Goryashkieva Z.V., Sherbakova L.F. (2017) Metod ochistki pochvy ot neftyanogo zagryazneniya s pomoshch'yu prirodnyh sorbentov [Synthesis of magnetic oil samplers based on modified sawdust of wood] Vestnik VolGU, Seriya 11. Estestvennye nauki. №2. pp. 19-25.
16. Cyganova S.I., Veprikova E.V., Tereshchenko E.A., Fetisova O.Yu. (2014) Sintez magnitnyh neftesobiratelej na osnove modificirovannyh opilok drevesiny [Synthesis of magnetic oil samplers based on modified sawdust of wood] Ekologiya i promyshlennost' Rossii, pp.18-21.
17. Shepakin M.B., Mishulin G.M. Gafarov I.G. etc. (2001) Ekosorbent kak produkt upravleniya resursami regiona [Ecosorbent as a product of regional resource management] Ekologiya i promyshlennost' Rossii, №12. pp. 20-25.
18. Annunciado T.R., Sydenstricker T.H.D., Amico S.C. (2005) Experimental investigation of various vegetable fibers as sorbent materials for oil spills. Marine Pollution Bulletin, №50. pp. 1340–1346.
19. Bento F.M., Camargo F.A., Okeke B.C., Frankenberger W.T. (2005) Comparative bioremediation of soils contaminated with diesel oil by natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation. Bioresource Technology, №96(9). pp. 1049–1055.
20. Breck D.W. (1974) Zeolites molecular sieves, Structure, Chemistry and Use. New York, Wiley. 771p.
21. Eldor A. Paul. (2015) Soil Microbiology, Ecology, and Biochemistry. Academic Press is an imprint of Elsevier. 535 р.
22. El-Nemr A. (2006) Petroleum Contamination in Warm and Cold Marine Environments. Front Cover. Nova Publishers, Science. 140 p.
23. Germida J.J., FrickR С.M., Farrell E. (2002) Phytoremediation of oil-contaminated soils. Developments in Soil Science, vol.28, Part 2. pp. 169-186.
24. Gertler C., Gerdts G., Timmis K. N., Yakimov M. M., Golyshin P. N. (2009) Pollutions of heavy fuel oil-degrading marine microbial community in presence of oil sorbent materials. Journal of Applied Microbiology, 107. pp. 590–605.
25. Jain A.K., Ross A.A., Nandakumar K. (2011) Introduction to Biometrics. Springer Publishing Company, Incorporated. 326 р.
26. Joo H.S., Shoda M., Phae C.G. (2007) Degradation of diesel oil in soil using a food waste composting process. Biodegradation, 18(5). pp. 597–605.
27. Margesin R., Schinner F. (2001) Bioremediation (Natural Attenuation and Biostimulation) of diesel-oil-contaminated soil in an alpine glacier skiing area. Applied and Environmental Microbiology, 67(7). pp. 3127–3133.
28. Millioli V.S., Servulo E-L.C., Sobral L.G.S., Carvalho D.D. (2009) Bioremediation of crude oil-bearing soil: evaluating the effect of rhamnolipid addition to soil toxicity and to crude oil biodegradation efficiency. Global Nest Journal, 11(2). pp.181–188.
29. Schaefer M., Juliane F. (2007) The influence of earthworms and organic additives on the biodegradation of oil contaminated soil. Applied Soil Ecology, 36(1). pp. 53–62.
30. Turkayeva A., Jamalova G., Mussina U., Oshakbayev M., Timma L., Pubule Je., Blumberga D. (2016) Chemical and Microbiological Nature of Produced Water Treatment Biotechnology. International Scientific Conference “Environmental and Climate Technologies”, CONECT, 12-14 October 2016, Riga, Latvia. Energy Procedia 113, pp. 116-120.