ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разложение нефти и нефтепродуктов из "Научные основы экобиотехнологии" Удаление нефти и ее составляющих из контаминированных зон определяется совокупностью абиотических и биотических процессов. Естественные процессы самоочищения и восстановления почв, загрязненных нефтью, протекают достаточно медленно, особенно при высоких уровнях загрязнения. [c.366] В первые недели после загрязнения почвы нефтью происходят в основном физические процессы миграции и рассеивания углеводородов в результате испарения и выщелачивания. Скорость испарения различна и зависит от свойств среды, метеорологических условий, а также от состава нефти. Сначала испаряются фракции с точкой кипения ниже температуры 370 °С. Потери нефти вследствие испарения нефтяных масел и сырой нефти в южных регионах составляют до 40-70%. В северной климатической зоне испаряется значительно меньше нефти, в почве она может сохраняться десятки лет и преобладает рассеивание ее циркулирующими водами. [c.366] В результате испарения нефти возрастает вязкость оставшейся части и замедляется скорость миграции, увеличивается количество углеводородов с длиной цепи более С20, ароматических и циклических углеводородов, так как испаряются в основном низкомолекулярные углеводороды. В результате удаления наиболее токсичных легких углеводородов уменьшается вредное действие оставшейся смеси на микроорганизмы-деструкторы, что облегчает последующую микробиологическую деградацию, а также повышается доля компонентов, наименее летучих и растворимых, т.е. более стойких к разложению. [c.366] Проникновение нефти в почву приводит к расширению площади и увеличению глубины загрязнения. При легком механическом составе почв, например, супесчаных и суглинистых, легкие фракции нефти и нефтепродуктов могут проникать на глубину 1,5-2,0 м, подавляя биологическую активность почв. По мере удаления от источника загрязнения соотношение между основными формами миграции меняется, при этом повышается доля растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. [c.367] Через 1-4 недели после попадания нефтяных углеводородов в окружающую среду в благоприятных условиях для роста микрофлоры начинается биодеградация загрязнения. [c.367] Практически все углеводороды, входящие в состав нефти, могут быть объектом микробиологического воздействия, претерпевая разнообразные пути превращения. Углеводороды в почве разлагаются в результате деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов, способных окислять углеводороды до СО2 и воды или превращать их в соединения, утилизируемые другими микроорганизмами. В этом процессе участвуют и грибы, и бактерии, причем значение последних в сообществе микроорганизмов-деструкторов наиболее значимо. [c.367] Биодеградация тяжелых фракций нефти, содержащих смолы и асфальтены, затруднена устойчивостью к воздействию ферментов и малой способностью их диспергироваться в жидкой среде. Они содержат большое число полиароматических соединений с конденсированными ядрами, из них относительно биодеградируемы толь о соединения с тремя и четырьмя ароматическими кольцами. Время полураспада этих соединений варьирует от 3 до 2000 недель. Для почвенной среды средние скорости минерализации тяжелых фракций нефти, ила и сырых остатков варьируют между 0,02-0,6 г углеводородов на 1 кг почвы в сутки. В подпочвенных горизонтах скорость разложения даже наиболее доступных фракций нефти составляет 0,01-0,02 г/кг в сутки, т.е. меньше, чем на поверхности. За год в субтропиках биодеградируется 40% нефти, оставшейся в почве после фотохимического разложения и испарения. В условиях холодного климата биодеградация нефти вследствие низкой активности естественных процессов может длиться десятки лет. [c.368] При благоприятных условиях основной процесс биодеструкции может протекать за 3-4 недели, при этом численность углеводородокисляющих микроорганизмов увеличивается в 100-1000 раз, изменяется и численность других гетеротрофных микроорганизмов. [c.368] Заключительный и самый длительный этап в разложении нефти связан с трансформацией оставшихся высокомолекулярных соединений и образованием связанных остатков. Небольшая часть компонентов нефти, находясь в почве, полимеризуется с образованием асфальтенов и полиароматических углеводородов. Эта часть устойчива к биологическому окислению. Чем более застарелое загрязнение, тем выше ее доля (от 1 до 20%). В силу инертности новые высокомолекулярные соединения и связанные остатки мало опасны для окружающей среды. Таким образом, в совокупности физическая и химическая трансформация, биодеградация и образование связанных остатков приводят к устранению вредного действия нефти, попавшей в окружающую среду. [c.368] Максимальное содержание нефти в среде, доступное для биоремедиации, не превышает 5-10% (по массе). [c.368] К наиболее важным факторам, от которых зависит скорость биодеградации, относится температура. Для биодеградации углеводородов оптимальная температура 30-40 °С, однако существуют микроорганизмы, способные окислять углеводороды как при более высоких, так и при более низких положительных температурах. Углеводороды с большой длиной цепи утилизируются при температуре не ниже 25 °С. [c.368] Окисление углеводородов микроорганизмами происходит в аэробных условиях. Углеводороды нефти - это полностью восстановленные соединения, и первым этапом их окисления является включение кислорода в их молекулу. Поэтому при окислении углеводородов кислород выполняет как функцию источника питания, так и функцию акцептора электронов в катаболических процессах. [c.369] После первичного окисления углеводородов разложение может продолжаться и в аэробных, и в аноксигенных условиях. Денитрификаторы и сульфатредукторы, как правило, плохо окисляют исходные углеводороды, а содержание сульфатов и нитратов в природных средах незначительно, поэтому кислород часто лимитирует деградацию углеводородов. Для поддержания аэробных условий при ремедиации почв, загрязненных нефтью, их периодически рыхлят. Денитрификация и сульфатредукция могут играть существенную роль на стадии разложения промежуточных продуктов окисления углеводородов - жирных кислот, фенолов, продуктов их расщепления, и в центральных зонах почвенных агрегатов. Здесь возможны процессы с восстановлением Ре и брожения. [c.369] На степень и скорость разложения углеводородов влияет агрегатное состояние, в котором они присутствует в среде. Для водных сред важна растворимость углеводородов в воде, поскольку растворимые молекулы лучше транспортируются к клеткам микроорганизмов. Растворимость углеводородов низкая и уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Насыщенный раствор тетрадекана (Си), например, имеет концентрацию 1 10 мг/л. На скорость окисления влияет также степень дисперсности углеводородов в воде. Транспорт их в клетку происходит непосредственно при контакте эмульгированной углеводородной фазы с поверхностью клеток. Дисперсность можно повысить механическим воздействием или с помощью детергентов. Многие микроорганизмы способны продуцировать ПАВ, эмульгирующие углеводороды и ускоряющие их окисление. [c.369] Адсорбция нефти и нефтепродуктов на поверхности почвенных частиц затрудняет их биодеструкцию вследствие образования крупных и плотных агломератов. В переувлажненной почве на почвенных частицах образуются рыхлые структурированные агрегаты, через поры которых увеличивается поступление кислорода и повышается скорость деградации углеводородов. [c.369] Для утилизации углеводородов нефти бактериями наиболее благоприятен нейтральный pH (от 6,5 до 8,0). Оптимальное развитие грибов и дрожжей происходит в кислой среде, в широком диапазоне pH развиваются смешанные популяции. [c.369] Минеральных компонентов в нефтяных загрязнениях содержится мало, кроме того, природные среды, особенно в северных регионах, обеднены источниками азота и фосфора. Как правило, при загрязнении нефтью дефицит биогенных элементов является лимитирующим фактором активности микроорганизмов-нефтедеструкторов. Для биологической очистки и биоремедиации вносят минеральные компоненты в виде минеральных удобрений (азотных, фосфорных и др.). Оптимальное соотношение С N составляет 9-200 1. Большинство минеральных удобрений хорошо растворяется в воде, что обеспечивает доставку компонентов минерального питания к микроорганизмам. При исчерпании источников азота дальнейшее окисление углеводородов в почве может поддерживаться азотом, поставляемым азот-фиксаторами. [c.370] Для почв с застарелыми нефтяными загрязнениями или при их повторном попадании характерно присутствие микроорганизмов-нефтедеструк-торов ( диких или аборигенных). В этом случае для активизации углево-дородокисляющей способности аборигенной микрофлоры достаточно провести агротехнические мероприятия. При ликвидации свежих нефтяных проливов в среду необходимо вносить препараты микроорганизмов-деструкторов. В настоящее время на основе моно- и смешанных культур разработано и активно используется огромное число биопрепаратов, предназначенных для очистки природных и техногенных сред. В экстремальных условиях (в кислой среде, при дефиците влаги, ограничении в питательных веществах) как деструкторы нефти более эффективны дрожжи и грибы. Мицелиальный рост позволяет грибам распространяться между локальными источниками компонентов питания, проникать в почвенно-нефтяные агломераты и в совокупности с устойчивостью к низкому содержанию влаги и низкому pH обеспечивает их активность на поздних стадиях разложения остатков нефти. [c.370] В разложении нефти наряду с микроорганизмами косвенно могут участвовать растения и животные. При попадании нефти в почву возможно ограничение роста растений и активности почвенных животных, что, в свою очередь, может влиять на микробную активность. Разрыхление почвы корнями растений, земляными червями и роющими артроподами облегчает дренаж и проникновение газов. Кроме того, роющие животные могут транспортировать органический материал к биологически активным поверхностным слоям почвы. [c.370] Вернуться к основной статье