Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

БИОРЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ И КЕРОСИНОМ

Кайыргаликызы Ж. 1 Шаймерденова У.Т. 1 Мусина У.Ш. 2 Джамалова Г.А. 1, 2
1 Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева
2 ТОО «НДЦ AEG»
Почва, как узловой природный ресурс, определяет экологическое равновесие планеты. Плодородие почвы формируется за счет жизнедеятельности различных консорциумов микроорганизмов, тогда как снижение плодородия почв и ее загрязнение – хозяйственной деятельностью человека. Нефтеперерабатывающая отрасль выпускает более 500 различных нефтепродуктов (жидкое топливо, различные смазки, парафины, битумы и прочие нефтепродукты), каждый из которых вносит определенный вклад в процесс загрязнения различных объектов окружающей среды. В статье изучены физико-химические и микробиологические процессы, происходящие в модельно загрязненных дизельным топливом, керосином почвах. Практическая ценность работы заключается в разработке биотехнологии очистки почвы от нефтепродуктов (на примере дизельного топлива и керосина), в полученных показателях степени очистки почвы от нефтепродуктов. Разработана модель биотехнологии очистки почвы от загрязнения нефтепродуктами (на примере дизельного топлива и керосина). Предлагаемый способ позволяет снизить содержание нефтепродуктов до 99,99 %.
почва
биоремедиация
дизельное топливо
керосин
1. Боровский В.М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. – Алматы: Наука, 1982. – 256 с.
2. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Т38 Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф. Глаголевой и В. М. Капустина. – М.: Химия, КолосС, 2006. – 400 с.
3. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Банатов и др.; под ред. В.М. Школьникова. Изд.2–е перераб.и доп. – М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. – 596 с.
4. Ахметов С. А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в мотор- ные топлива: Учебное пособие. – СПб.: Недра, 2007. – 312 с.
5. Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. – М., 1976.
6. Кузнецов А.В. Топливо и смазочные материалы. – М.: КолосС, 2007. – 199 с.
7. ГОСТ 28168–89. Почвы. Отбор проб.
8. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. – Минск: Изд-во БГУ, 1982. – 302 с.
9. М 03–03–97. Методика выполнения измерения массовой доли нефтепродуктов в пробах почвы.
10. Нетрусов А.И., Егорова М.А., Захарчук Л.М., Колотилова Н.Н. и др. Практикум по микробиологии: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. (ред. Нетрусов А.И.). – М.: Академия, 2005. – 608 с.
11. Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биол. спец. вузов, 4–е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1990. – 352 с.

Почва, как узловой природный ресурс, определяет экологическое равновесие планеты. Плодородие почвы формируется за счет жизнедеятельности различных консорциумов микроорганизмов, тогда как снижение плодородия почв и ее загрязнение – хозяйственной деятельностью Homo Sapiens [1].

Нефтеперерабатывающая отрасль выпускает более 500 различных нефтепродуктов (жидкое топливо, различные смазки, парафины, битумы и прочие нефтепродукты), каждый из которых вносит определенный вклад в процесс загрязнения различных объектов окружающей среды. При этом особая роль, наравне с бензином, принадлежит дизельному топливу и керосину. Актуальность исследуемой темы дополнительно усиливается тем, что данные виды топлива широко используются в аграрном секторе, т.к. энергетически необходимы, прежде всего, сельскохозяйственной технике.

Дизельное топливо [2]:

– жидкое нефтяное топливо, качественность которого определяется цитановым числом,

– сложная смесь, в основном, парафиновых – предельных 10–40 % (общей формулы CnH2n + 2), нафтеновых – полиметиленовых 20–60 % (общая формула CnH2n) и аренов – ароматических 14–30 % (общая формула CnH2n-6) углеводородов и их производных средней молекулярной массы 110–230, выкипающих в переделах 200–360°С,

– получают из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти (для быстроходных дизелей) и более тяжелые фракции или остаточные нефтепродукты (для тихоходных дизелей),

– применяют: в дизельных двигателях внутреннего сгорания, для газотурбинных энергетических установок.

Керосин (виды: авиационный, осветленный, ракетный, технический) [3, 4]:

1) это легковоспламеняющийся продукт;

2) состоит из углеводородов от додекана С12Н26 до гексадекана С16Н34;

3) применяется как горючее для реактивных двигателей;

4) получают путём перегонки или ректификации нефти.

Дизельные топлива, как одни из главных источников загрязнения окружающей среды, вследствие содержания серы, при сгорании образует сажу. Продукты сгорания дизельного топлива сильно повышают риск возникновения рака у человека, в отличие от бензина. А при остром отравлении керосином проявляется сонливость, быстрая утомляемость, шум в ушах, расстройство пищеварения и раздражение верхних дыхательных путей [5].

Рассматриваемые нефтепродукты опасны для гидробионтов. Могут вызывать долгосрочные неблагоприятные изменения водной среды при нарушении правил обращения, хранения и перевозки, неорганизованном сжигании, размещении и захоронении отходов, в результате аварийных ситуаций и чрезвычайных ситуаций [6].

Цель. Биоремедиация почв, загрязненных дизельным топливом и керосином.

Объект, материалы и методика исследования. Объектом исследования послужили почвы, загрязненные нефтепродуктами – дизельным топливом и керосином.

Материалы исследования: почва, отобранная для проведения модельного эксперимента (согласно результатам химического анализа, не была загрязнена нефтепродуктами); дизельное топливо, реализуемое в сети автозаправочных станций (АЗС) Helios (виды дизельного топлива: летний дизель, используют от -10°С до -16°С, зимний дизель, используют до -25°С); керосин для технических целей (горючая жидкость с температурами самовоспламенения 250°С, ПДК 100 мг/м3).

Экспериментальные исследования проводились с использованием методов: отбора проб почв [7], модельного эксперимента [8], лабораторных химических [9] и микробиологических [10] исследований, статистического анализа [11].

Результаты и обсуждение. Эксперимент продолжительностью 12 дней проходил при температуре 35°С.

На рисунке представлена модель построения научного эксперимента по биотехнологии очистки почв от загрязнения нефтепродуктами – дизельного топлива, керосина.

kai1.tiff

Модель построения научного эксперимента по биотехнологии очистки почв от загрязнения нефтепродуктами – дизельного топлива, керосина

Как видно из рисунка:

1) эксперимент по биоремедиация почв в зависимости от типа загрязнения состоял из трех вариантов: в первом варианте эксперимента испытывались почвы, загрязненные дизельным топливом в количестве 84 г/кг, во втором – керосином в количестве 82 г/кг и в третьем – дизельным топливом в количестве 42 г/кг и керосином в количестве 41 г/кг;

2) каждый из трех вариантов эксперимента включал в зависимости от вида используемого сорбента два варианта опыта: в первом варианте опыта были использованы в качестве сорбента отходы деревоперерабатывающего комбината – опилки в количестве 10 г на кг загрязненной нефтепродуктами почвы, во втором два вида сорбента – отходы деревоперерабатывающего комбината, опилки в количестве 10 г/кг и коксуский сланцевый шунгит в количестве 3 г/кг;

3) продолжительность эксперимента заняло 12 дней;

4) температурный режим – 35оС;

5) на седьмой день эксперимента существенных изменений в почвах обнаружено не было, тогда как на двенадцатый день обнаружены следующие преобразования по запаху: было хорошо ощутимо (опыты 1, 2), слабо (опыты 5, 6) и не было (опыты 3 и 4).

На следующем этапе были проведены исследования по содержанию в почвах нефтепродуктов (таблица).

Как видно из таблицы, в целом содержание нефтепродуктов в исследуемых почвах снизилось существенно во всех вариантах опыта, т.е. на 99,82–99,99 %:

Следовательно, можно заключить, что применение отходов деревоперерабатывающего комбината (опилок) благоприятно влияет на процесс очистки почвы от нефтепродуктов. Кроме того, как это подтверждается данными таблицы, добавление в загрязненные нефтепродуктами почвы вместе с опилками сланцевого коксуского шунгита имеет более благонадежный процесс очистки почвы от нефтепродуктов. При этом особо следует обратить внимание на опыт № 4, т.к. содержание в почве нефтепродуктов снизилось почти на 100 %, т.е. на 99,99 %.

Отобранная для проведения модельного эксперимента почва была исследована на обсемененность. Количественный учет показал (таблица), что рост колоний на плотном питательном агаре для Bacillus не превышал второго уровня разведения, тогда как по микромицетам – не превысил 1-й уровень разведения. Коэффициент вариации для исследуемой почвы по рассматриваемым таксонам составил соответственно 24 и 6 %. Это свидетельствует о том, что исследуемая почва, стабильна для обсемененности рассматриваемых таксонов.

Результаты химического анализа почв, загрязненные нефтепродуктами

Вариант опыта

Содержание нефтепродуктов, мг/кг

Бактерии рода Bacillus

Микромицеты

Начало опыта

Конец опыта

ki1.wmf; КОЕ/г

Cv, %

ki2.wmf; КОЕ/г

Cv, %

Отобранная для проведения модельного эксперимента почва

-

-

(2,7±0,4) 102

24

Менее 10

6

Опыт 1

Опыт 1: Почва + ДТ (84 г/кг) + Опилки (10 г/кг)

84 000

153,7

(6,0±1,1) 103

69

(2,5±0,2) 102

21

Опыт 2

Опыт 2: Почва + ДТ (84 г/кг) + Опилки (10 г/кг) + СКШ (3 г/кг)

84 000

157,2

(3,3±0,3) 103

58

(1,0±0,1) 102

19

Опыт 3

Опыт 3: Почва + Керосин (82 г/кг) + Опилки (10 г/кг)

82 000

156,4

(1,3±0,1) 104

92

(1,5±0,1) 102

23

Опыт 4

Опыт 4: Почва + Керосин (82 г/кг) + Опилки (10 г/кг) + СКШ (3 г/кг)

82 000

9,2

(2,3±0,8) 104

86

(2,0±0,2) 102

23

Опыт 5

Опыт 5: Почва + ДТ (42 г/кг) + Керосин (41 г/кг) + Опилки (10 г/кг)

83 000

88,5

(4,7±1,4) 103

78

(6,0±0,5) 102

36

Опыт 6

Опыт 6: Почва + ДТ (42 г/кг) + Керосин (41 г/кг) + Опилки (10 г/кг) + СКШ (3 г/кг)

83 000

86,2

(5,7±0,9) 103

54

(5,5±0,1) 102

38

В опытах 1,2,5 и 6 рост колоний для Bacillus поднялся до 3-го, в опытах 3,4 – до 4-го, а по микромицетам во всех опытах – до 2-го уровня разведения. Коэффициент вариации для исследуемого опыта по рассматриваемым таксонам увеличился соответственно до 58–92 и 19–38 %. Это свидетельствует о том, что в процессе загрязнения почвы дизельным топливом за 12 дней эксперимента происходит активный рост исследуемых таксонов, увеличение Сv указывает на потерю однородности почвы из-за загрязнения.

Заключение

Вследствие использования биоактиваторов природного происхождения (коксуский сланцевый шунгит, опилки) в модельно загрязненных нефтепродуктами (дизельным топливом, керосином) почвах в количестве 82–84 г/кг наблюдается проявление активности исследуемых таксонов (бацилл и микромицетов) в количественном аспекте, т.к. рост колоний на плотном питательном агаре увеличивается на два и один порядок соответственно. Следовательно, можно предположить, что благодаря активности исследуемых таксонов, процент очистки почв от нефтепродуктов во всех вариантах опыта был высок, т.к. находился на уровне 99,5–99,9 %.


Библиографическая ссылка

Кайыргаликызы Ж., Шаймерденова У.Т., Мусина У.Ш., Джамалова Г.А. БИОРЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ И КЕРОСИНОМ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 4-4.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=18813 (дата обращения: 27.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074