Учебный центр «Крисмас+»

ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБА УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТОДОМ БИОКОМПОСТИРОВАНИЯ

Автор: Лесбек Махамбет 10 класс
Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент, Республика Казахстан
Руководитель: Успабаева А.А.

Сегодня нефтегазовый комплекс республики является определяющей отраслью в наращивании экономического потенциала суверенного Казахстана. С каждым годом возрастает добыча и переработка углеводородного сырья для решения топливно-энергетических потребностей республики. Однако интенсификация переработки и добычи нефти сопровождается загрязнением окружающей среды и, в частности, почвы. Проблема очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами до сих пор остается не решенной. Для решения проблем очистки почв в последнее время успешно используются методы биологической ремедиации - биокомпостирования нефтесодержащих отходов.

Цель работы – изучить способ утилизации нефтесодержащих отходов методом биокомпостирования с использованием выделенных активных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов.

Задачи:

изучить экологическое состояние почвенной микрофлоры в нефтезагрязненных почвах Южного Казахстана;

выделить активные штаммы углеводородокисляющих микроорганизмов из нефтезагрязненных почв Южного Казахстана;

исследовать способ утилизации нефтесодержащих отходов методом биокомпостирования.

Объекты исследования: почва-среднесуглинистые сероземы с различным содержанием нефтепродуктов; нефть Кумкольского месторождения, бензин - марки Аи 92, мазут; различные штаммы микроорганизмов; вермикулит.

Методы исследования: микробиологическое обследование осуществляли по общепринятым в микробиологической практике методикам; для первичной их идентификации проводили по определителю Берджи; определение количественного состава нефтепродуктов в почве проводили гравиметрическим методом, путем экстракции нефти и нефтепродуктов хлороформом.

Влияние нефти на почвенную микрофлору изучали в лабораторных условиях на почве, отобранной на территории г.Шымкента (возле корпуса №2 ЮКГУим. М. Ауезова) - почва очень сухая, на поверхности отсутствует растительность (лишь небольшое количество сухого травянистого покрова, попадаются много мелких камней) и на промышленной территории нефтеперерабатывающего предприятия ТОО «Петро Казахстан Ойл Продактс» (ТОО «ПКОП») - содержание нефтепродуктов в почвах на территории нефтеперерабатывающего завода может колебаться от 1,0 до 25,0 г/100 г почвы; на производственной территории – до 1,0 г/100 г почвы. При визуальном осмотре почвы, загрязненные тяжелыми фракциями нефти и нефтепродуктов, выглядят темными, обладают гидрофобными свойствами, имеют сильный запах нефтепродуктов. Почвы светлые, гидрофильные, растительности мало (таблица 1).

Пробы отобранные на территории г.Шымкента (возле корпуса №2 ЮКГУим. М. Ауезова) загрязняли исскуственно.

Таблица 1.

Содержание нефтепродуктов в анализируемых почвах

В результате проведенных микробиологических исследований было выявлено, что все изученные концентрации в различной степени оказывают влияние на почвенную микрофлору (гетеротрофные, углеводородокисляющие, азотфиксирующие микроорганизмы и микромицеты).

Распространение гетеротрофных, углеводородокисляющих микроорганизмов и микромицетов по горизонтам почвы неоднородно и зависит от молекулярной массы углеводородов нефти. Наибольший титр микроорганизмов отмечен в пробах почв, загрязненных бензином марки АИ 92, что, объясняется легкодоступностью углеводородов бензина для метаболических процессов гетеротрофной и углеводородокисляющей микрофлоры.

Изучение распространения азотфиксирующих микроорганизмов в почвах на территории ТОО «ПетроКазахстан Ойл Продактс»показало, что на загрязненных нефтью (44860мг/кг почвы), мазутом (107100мг/кг почвы) и бензином марки АИ-92 (47650мг/кг почвы) наибольшее обрастание почвенных комочков. Для выделения свободноживущих азотобактеров из почв отобранных на территории ТОО «ПКОП» использовался только верхний горизонт (0-10см).

Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что распространение гетеротрофных, углеводородокисляющих, свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов и микромицетов по горизонтам почвы неоднородно и зависит от молекулярной массы углеводородов нефти. Наибольший титр микроорганизмов отмечен в пробах почв, загрязненных бензином марки АИ 92, что, объясняется легкодоступностью углеводородов бензина для метаболических процессов гетеротрофной и углеводородокисляющей микрофлоры.

В результате проведенных микробиологических исследований было изолировано 66 культур различных микроорганизмов, в том числе 13 изолятов свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов, 14 культур микромицетов, 39 изолятов гетеротрофных микроорганизмов, которые предварительно отнесены к родам Micrococcus, Bacillus, Azotobacter, Penicillum, Mucor, Endogone, Absidia, Fusarium.

Изучение процесса утилизации нефтесодержащих отходов проводилось в лабораторных условиях в контейнерах, с навеской почвы 3кг. В котором использовали вермикулит, иммобиллизованный биомассой микроорганизмов рода Bacillus и микромицетов родов Fusarium, Absidia, Mucor. Вермикулит и древесные опилки вносят в загрязненную почву на глубину проникновения нефтепродуктов при расходе 0,25-0,30 кг/м2. В ходе проведения были исследованы два варианта: грунт без дополнительного нагревания; грунт с дополнительным нагреванием до 400С.

Загрязненные нефтью и нефтепродуктами почвы, исходное содержание которого составляло – 47300,0 мг/кг почвы помещают в спецальные контейнеры, засыпанные песком. Полученная смесь (загрязненная почва) укладывается в бурты или гряды. За 15 дней при комнатной температуре +20 + 25⁰С наблюдается снижение содержания нефтепродуктов на 58,2±0,2. При этом титр углеводородокисляющих бактерий увеличивается до 10⁸ кл/кг почвы (рис.1,а). Для ускорения процессов ферментации и достижения более полного разложения нефтепродуктов в приготовленные бурты устанавливаются специальные воздуховоды и дополнительно нагревают паром до t⁰ = 40⁰±50С. В результате, за сутки концентрация нефтяных отходов снижается на 75,4±0,4% (рис.1,б).

Рис.1.Степень очистки нефтезагрязненных почв методом биокомпостирования: А - без дополнительного нагрева,

Б - при дополнительном нагревании до 40⁰С

Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что использование в качестве структуратора - вермикулит, иммобилизованный микроорганизмами рода Bacillus, микромицетов родов Fusarium, Absidia, Mucor и дополнительный нагрев до t⁰ = 40⁰±5⁰С с приводит к снижению концентрации нефтепродуктов на 75,4±0,4% за 15 дней.

Заключение и выводы

1. Распространение почвенных микроорганизмов, в том числе гетеротрофных, углеводородокисляющих и свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов, микромицетов, в нефтезагрязненных почвах Южного Казахстана по горизонтам почвы подчиняетсякачественно-количественным характеристикам нефтепродуктов.

2. Из нефтезагрязненных почв выделены 6 штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов рода Micrococcus и Bacillus, 8 штаммов микромицетов рода Penicillum sp, Mucor sp, Endogone sp, Absidia sp, Fusarium – деструкторы углеводородов нефти, 4 штамма свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов рода Azotobacter, перспективные для использования при утилизации нефтезагрязненных почв методом биокомпостирования.

3. Установлено, что при биокомпостировании использование в качестве структуратора почвы - вермикулита, иммобилизованного микроорганизмами рода Bacillus, микромицетами родов Fusarium, Absidia, Mucor и дополнительный нагрев до t0 = 40±50С приводит к снижению концентрации нефтепродуктов в почве на 75,4±0,4% за 15 дней.

Список использованных источников информации

Панин М.С. Экология почв: Учебник для вузов /Под редакцией Н.Т. Ержанова. –Алматы: Раритет,2008.-221-223

Палеева В.В. Актуальные проблемы охраны окружающей среды В Республике Казахстан // Материалы Международной научно-практической конференции «Валихановские чтения - 9». -Кокшетау, 2004. Том 6. -С. 131-134.

Исаева А.У., Илялетдинов А.Н. Участие углеводородокисляющих бактерий в очистке от углеводородов в почве Южного Казахстана//Известия НАН РК.Сер.биол.и мед. №6,2004,С.81-87.

Киреева Н.А., Федотова Т.В., Онегова Г.С. Биологическая рекультивация городских почв, загрязненных нефтепродуктами//Материалы Межд. науч.-практ.конф.: «Экология фундаментальная и прикладная. Проблемы урбанизации».-Уфа, 2005. –С.151-153.

См. также

Учебное оборудование производства ЗАО «Крисмас+» для проведения комплексной оценки состояния окружающей среды

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников VIII Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»