Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
ШАРАПОВА Ирина Эдмундовна
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ ФОРМ БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ БИОРЕМЕДИАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ ПОЧВ И ВОДНЫХ СРЕД
03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН
Научный консультант: Гарабаджиу Александр Васильевич доктор химических наук, профессор
Официальные оппоненты: Янкевич Марина Ивановна доктор биологических наук, профессор кафедры технологии микробиологического синтеза федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный технологический институт (технический университет) Ганин Павел Георгиевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры микробиологии, Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия Федерального агенства по здравоохранению и социальному развитию.
Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Башкирский государственный университет, г. Уфа.
Защита состоится л_23__мая _2012 г. в _13_30_час., ауд. _61_ на заседании диссертационного совета Д 212.230.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет).
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу:
190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26 Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); Ученый совет, факс 712-77-91; E-mail:
dissovet@technolog.edu.ru.
Автореферат разослан л 16_ _апреля__2012 г.
Ученый секретарь совета канд.техн.наук., доцент Шамцян М.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время для очистки водных и почвенных объектов от нефтяных углеводородов (НУГВ) применяются биопрепараты на основе природных углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ). Перспективным направлением в разработке нефтедеструктивных биопрепаратов является получение иммобилизованных на носителе форм микроорганизмов - биосорбентов. Преимущества таких биопрепаратов в совмещении в одном материале способности к сорбции и биодеструкции НУГВ в воде, а также в устойчивости к неблагоприятному воздействию факторов окружающей среды в загрязненной почве. При этом экологически целесообразным является использование в качестве носителя сорбентов, полученных на основе естественного органического сырья. Эффективность использования биопрепарата для очистки от нефтезагрязнений обусловлена деструктивной активностью микроорганизмов, входящих в его состав, и зависит от дозы загрязнения, норм внесения, интенсивности биодеструкции, соответствия природным условиям объекта, а при использовании иммобилизованных форм биопрепаратов еще и от характеристик носителя (нефтеемкость, гидрофобность) и способа иммобилизации УОМ.
Установлено, что микроорганизмы в сложных сообществах с большей полнотой и скоростью окисляют НУГВ за счет совместной метаболической атаки (Шлегель, 1987; Кураков, 2006), а также, что основной составляющей процесса биодеградации НУГВ в загрязненных почвах и водных средах является углеводородокисляющая активность бактерий (Мишустин, 1984; Ильинский, 2000). Для получения активного биопрепарата необходимо использовать микробные комплексы, составленные из культур различных таксономических групп, выделенных из природы, адаптированных к условиям загрязненных объектов, а также к особенностям пищевых и климатических условий. Технологически получение комплексной формы биопрепарата может быть реализовано путем накопления монокультур на средах, обеспечивающих индивидуальные метаболические потребности, с последующим их высушиванием и смешиванием. Использование комплексов микроорганизмов, где основным компонентом являются бактерии в сочетании с культурами водорослей, дрожжевых и мицелиальных грибов, с присущим подобного рода сообществам многообразием метаболических связей (Сопрунова, 2002), позволит расширить диапазон их применения.
Разработка комплексных биопрепаратов (комплексов нативных и иммобилизованных форм микроорганизмов) и исследования их применения для очистки нефтезагрязненных почв и пресноводных сред, являются актуальной задачей, при решении которой возможно совершенствование экологических приемов биоремедиации, особенно в почвенноклиматических условиях Севера.
Цель работы: Создание комплексов микроорганизмов в нативной и иммобилизованной формах (биопрепаратов и биосорбентов) на основе культур различных таксономических групп для эффективной биодеструкции углеводородов нефти в загрязненных воде и почве.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Провести скрининг микроорганизмов, проявляющих нефтеокисляющую активность в бактериально-грибном комплексе, получить нативные и иммобилизованные адсорбционным способом на носителе-сорбенте Сорбонафт формы культур.
2. Оценить эффективность комплексной формы препарата нативных монокультур бактерий и грибов при очистке воды от нефти и дизтоплива в присутствии сорбента Сорбонафт и культуры микроводорослей.
3. Оценить эффективность комплексной формы препарата иммобилизованных монокультур бактерий и грибов при очистке водных сред от нефти и дизтоплива, а также от нефтезагрязнений шламонакопителя в присутствии культуры микроводорослей.
4. Исследовать биоремедиацию нефтезагрязненных почв с использованием биосорбентов и оценить эффективность их применения с помощью коэффициента биологической активности почвы.
Научная новизна. Разработан и экспериментально обоснован метод создания комплексных форм биопрепарата, составленного из микроорганизмов различных таксономических групп, способствующего эффективной очистке почв и водных сред от загрязнений углеводородами нефти.
Впервые применено сочетание иммобилизованных на торфяном сорбенте и нативных форм микробных культур различных таксономических групп для биоремедиации нефтезагрязненных воды и почвы.
Для оценки эффективности биоремедиации нефтезагрязненных почв биосорбентами предложено использование формулы интегрального коэффициента биологической активности почвы (ИК БАП), полученной на основании формул Девятовой и Гельцер.
Практическая значимость. Намечены пути промышленной реализации технологий получения комплексных биопрепаратов и биосорбентов на основе монокультур бактерий, микроводорослей и грибов в нативной и адсорбционно иммобилизованной на сорбенте Сорбонафт формах.
Разработан метод удаления тонких нефтяных пленок, дизтоплива с поверхности воды и углеводородов в техногенно загрязненной водной среде с помощью комплексов из монокультур бактерий и грибов при применении совместно с сорбентом Сорбонафт в нативной, а также в иммобилизованной на сорбенте Сорбонафт формах в присутствии культуры микроводорослей.
Предложены способы применения биосорбентов с иммобилизованными на торфяном сорбенте микроорганизмами в нефтезагрязненных почвах с учетом климатических условий Севера.
Получен патент РФ на комплексный биосорбент на основе бактерий и грибов для очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов в присутствии микроводорослей.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на VI, VIII Международных научных конференциях Освоение Севера и проблемы природовосстановления (Сыктывкар, 2006, 2011); VI, VII, VIII Всероссийских научно-практических конференциях Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития (Киров, 2009, 2010).
Публикации. Опубликовано по материалам диссертации 10 работ, в том числе два патента и три статьи.
Диссертация изложена на 153 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, приложений, списка литературы, содержащего 362 ссылки, из которых на иностранных языках 95.
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В разделе рассматриваются вопросы, посвященные влиянию нефти и нефтепродуктов на водные и почвенные экосистемы, разнообразию и роли микроорганизмов нефтезагрязненных пресных водоемов и почв, методам очистки водных и почвенных объектов посредством биопрепаратов и биосорбентов, методам иммобилизации микроорганизмов, преимуществам и недостаткам адсорбционной иммобилизации, биохимическим механизмам метаболизма углеводородов нефти, а также требованиям, предъявляемым к нефтедеструктивным биопрепаратам в нативной и иммобилизованной формах м/о для очистки почв и водных сред, в том числе для условий Севера.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объекты исследований: 1) Гидрофобный, торфяной сорбент Сорбонафт (ТУ 0392-00155763877-2003). 2) Депонированные штаммы микроорганизмов: бактерии Rhodococcus eritropolis (B-1115), R.eqvi (B-1117) и дрожжевые грибы Rhodotorula sp., R. glutinis (Y-1112), R.glutinis (Y-1113) (предоставлены с.н.с. Ин-та биологии Коми Н - УрО РАН Маркаровой М.Ю.); мицелиальные грибы Trichoderma lignorum (синоним T.viride, ВКПМ F98), T.lignorum (ВКПМ F119), T.viride (ВКПМ F13/10); культура зеленых микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer (ИБ Коми Н - УрО РАН). 3) Биосорбенты, разработанные для очистки водной поверхности от нефти и полученные способом обрастания сорбента Сорбонафт ассоциациями УОМ: бактериально-дрожжевой (Патент РФ №2318736; 2 штамма бактерий+3 штамма дрожжей) и грибной (Патент РФ №2299181; 3 грибных штамма).
В качестве поллютантов использовали образцы сырой товарной нефти Усинского р-на Республики Коми, а также - дизельного топлива (ДТ) (ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004)).
Содержание нефтепродуктов в пробах воды, почвы, сорбента определяли на анализаторе Флюорат-02. Состав НУГВ определяли методом хромато-масс-спектрометрического анализа н-алканов на хромато-масс-спектрометре Trace DSQ (Thermo).
Общепринятыми методиками определены: содержание хлорофиллов зеленых микроводорослей в воде, содержание соединений азота, фосфора, калия и общего углерода в поч вообразцах, активность ферментов дегидрогеназы и липазы, дыхательная активность почв на хроматографе Цвет-800.
Культивирование микроорганизмов (м/о) проводили на средах с 10% сахарозы, в том числе с добавлением 0,5% нефти или ДТ: бактерии - на средах Чапека, Раймонда, НУОМ; дрожжи - на средах Чапека, Ридер, НУОМ; грибы - на средах Чапека, Ридер, Кнопа. Посевной материал готовили на пивном сусле. Микроводоросли (МВ) накапливали на среде Тамия. Состав среды НУОМ г/л: NaH2PO4-10; K2HPO4-10; MgSO4х7Н2О - 0,7;
FeSO4 х 7Н2О - 0,013; ZnSO4 - 0,012; MnSO4х7Н2О - 0,012.
Численность м/о определяли методом Коха по количеству КОЕ - колониеобразующих единиц. Идентификацию м/о проводили по культуральным, фенотипическим паспортным данным. Учет численности физиологических групп м/о почвы проведен на средах: гетеротрофы - МПА, олигонитрофилы - Эшби, целлюлозоразрушающие аэробы - Гетчинсона, олиготрофы - ГА, минерализаторы азота - КАА, УОМ - Придхем-Готлиба.
Эксперименты по исследованию биодеструкции НУГВ в воде проведены в лабораторных условиях в колбах при естественном освещении. Степень очистки воды и биорегенерации сорбента от НУГВ определяли в отделенных фильтрованием воде и сорбенте по окончании опытов, продолжительность которых обусловлена периодом положительных температур на Севере (2-3 мес.). Опыты проведены в искусственно загрязненной воде 2% (15 г/л) нефти или 1% ДТ от объема, а также в техногенных водных средах, отобранных из объектов №1, 2, 3 шламонакопителя аэропорта г. Сыктывкара, содержащих в том числе НУГВ 2,1; 1,6; 540000 мг/дм3.
Эксперименты по исследованию биоремедиации нефтезагрязненной почвы (НЗП) проведены: в двух полевых опытах при 7% и 15% нефтезагрязнении на освоенной подзолистой почве биосорбентами, внесенными из расчета 10 т/га (во втором опыте совместно с азофоской из расчета 350 кг/га); в микрополевом опыте биосорбентами, внесенными из расчета 5 т/га (азофоска - 350 кг/га), на различных нефтезагрязненных до 15% образцах почв, условно обозначенных субстратами, отобранных в Усинском р-не РК из карьеров глина и песок, а также верховой торф.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Глава 3. СКРИНИНГ, НАКОПЛЕНИЕ, ИММОБИЛИЗАЦИЯ КУЛЬТУР МИКРООРГАНИЗМОВ 3.1. Скрининг культур микроорганизмов Для исследований использовали культуры бактерий и грибов родов Rhodococcus, Rhodotorula, Trichoderma. Обоснованием выбора культур послужили данные, что микроорганизмы таксономических групп отличаются различными метаболическими путями окисления н-алканов, что многие виды мицелиальных грибов рода Trichoderma способны окислять ПАУ, данные об окислительной активности бактерий рода Rhodococcus и дрожжей рода Rhodоtorula, выделенных из нефтезагрязненных почв РК. Культура микроводорослей отобрана на основании данных, что зеленые водоросли рода Chlorella более других отличаются устойчивостью не только к естественным факторам среды, но и к антропогенным факторам, и способствуют бактериальному окислению различных органических загрязняющих веществ за счет ассимиляции О2 и СО2 в пресноводной среде.
Исследование деструкции НУГВ провели на минеральной среде Раймонда с 3% нефти в динамических условиях в течение 10 суток различным сочетанием монокультур, где основным компонентом выступали бактерии Rhodococcus. Критерием отбора было повышение нефтепотребления бактериально-грибным комплексом в отличие от нефтепотребления бактериальной монокультурой. По показателям снижения содержания нефти, прироста биомассы и общей численности м/о (ОМЧ) в суспензии отобрали штаммы дрожжей Rhodotorula glutinis (ККМ Y-1112) и мицелиального гриба Trichoderma lignorum (синоним T.viride; ВКПМ F98), которые показали положительные результаты с бактериями Rhodococcus eqvi (ККМ B-1117) (табл. 1).
Таблица 1 - Выделенные варианты микробной биодеструкции нефти Культуры микроорганизмов ОМЧ, КОЕ/1 мл биомасса, г/л Степень нефтепотребления, % Rhodococcus eqvi (1,50,3)х109 1,980,09 25,R.eqvi+ Тrichoderma lignorum (5,20,6)х1011 3,65 0,15 36,R. eqvi + Rhodotorula glutinis (1,80,2)х109 1,62 0,08 31,R. eqvi + R.glutinis +T. lignorum (2,80,5)х1010 2,410,12 27,3.2. Накопление бактериальной, дрожжевой и грибной монокультур Для каждой монокультуры отобрали одну комбинированную среду с ДТ из трех питательных сред, выделившуюся наибольшими показателями прироста биомассы и численности м/о: для бактерий R.eqvi - среда Чапека, для дрожжей R.glutinis - среда Ридер, для мицелиального гриба T.lignorum - среда Кнопа. Накопительные монокультуры использовали в опытах на воде и для иммобилизации.
3.3. Иммобилизация бактериальной, дрожжевой и грибной монокультур Для получения адсорбционно иммобилизованных монокультур на носителе-сорбенте Сорбонафт накопленную на комбинированной питательной среде (с 0,05% ДТ) культуральную жидкость концентрировали отстаиванием. Полученную суспензию с концентрацией по сухой биомассе монокультур бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов, соответственно 5; 6,2; 8,5 г/л, перемешивали (не более 6 часов) при соотношении 1 г биомассы монокультуры : 1 г сорбента. В воздушносухих (Т0< 350С) образцах биосорбентов определен титр м/о (Тк) по количеству КОЕ, образованных клетками (фрагментами мицелия или спорами) (табл. 2). В различном сочетании биосорбенты использовали в опытах на водных средах и в почвенных субстратах.
Таблица 2 - Биосорбенты с иммобилизованными монокультурами Сорбент,биосорбент Иммобилизованная монокультура Условное обозначение Тк, КОЕ/1г сорбента Сорбент Сорбонафт - С без м/о Бактериальный Rhodococcus eqvi б/с Сб (2,50,5)х1Дрожжевой Rhodotorula glutinis б/с Сд (1,00,5)х1Грибной Trichoderma lignorum (T.viride) б/с Сг (5,00,8)х1 Глава 4. ИЗУЧЕНИЕ БИОДЕСТРУКЦИИ НУГВ В ВОДЕ КОМПЛЕКСОМ НАТИВНЫХ И ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФОРМ МИКРООРГАНИЗМОВ 4.1. Очистка загрязненной нефтью и дизтопливом водной среды комплексом накопительных монокультур в присутствии сорбента Исследование по очистке водных сред (n=3) провели с соотношением поллютанта и сорбента 2 мл : 2 г (для нефти) и 1 мл : 2 г (для ДТ). Монокультуры внесены по 1%: бактерии R.egui (Б) - 1,2х109 и дрожжи R.glutinis (Д) - 1,3х109 КОЕ/мл, гриб T.lignorum (Г) - 5,г/л и Chlorella (МВ) - 3,5 г/л.
Наибольшим снижением концентрации НУГВ в сорбенте при загрязнении воды нефтью отмечены варианты с внесением альго-бактериального, альго-дрожжевого, альгобактериально-грибного комплексов накопительных монокультур (№2, 3, 6; рис. 1; А). При загрязнении воды ДТ наилучший результат - с внесением альго-бактериального и альгодрожжевого комплексов накопительных монокультур (варианты №2, 5; рис.1; А). Дегидрогеназная активность нативных, а также прикрепившихся к загрязненному сорбенту микроорганизмов незначительна (рис. 1; Б). Концентрация хлорофиллов, характеризующих фотосинтезирующую активность МВ, выше при загрязнении воды нефтью, которая сконцентрирована в сорбенте (рис. 1; В). Общая микробная численность (ОМЧ) в сорбенте была на 1-2 порядка ниже, чем в воде (рис.1; Г).
100 0,80 0,60 0,0,0,1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Б. Дегидрогеназная активность в сорбенте.
А. Уровень биорегенерации сорбента, %.
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 В. Содержание хлорофиллов МВ в воде Са,Сb.
Г. Численность микроорганизмов в сорбенте.
Условные обозначения вариантов опыта:
Загрязнитель - нефть 2% Загрязнитель - дизтопливо (ДТ) 1% 1 - Сорбент, С без м/о; 4 - Сорбент + комплекс нативных м/о (МВ+Б+Д+Г);
2 - Сорбент + комплекс нативных (МВ + Б); 5 - Сорбент + комплекс нативных м/о (МВ+Б+Д);
3 - Сорбент + комплекс нативных м/о (МВ+Д); 6 - Сорбент + комплекс нативных м/о (МВ+Б+Г);
Рисунок 1 - Показатели биодеструкции НУГВ при применении сорбента и накопительных культур микроорганизмов в воде А; Б; В; Г.
Таким образом, при совместном применении комплексов нативных микроорганизмов и гидрофобного сорбента за 90 суток биорегенерация сорбента составила 33-50 % при загрязнении нефтью, и более 90% - при загрязнении ДТ. Более высокие показатели снижения сорбента час рукции НУГВ,% АД, мг ТФФ/1 г Степень биодест Содер лов, мг/л lg числен ности м/о жание хлорофил содержания НУГВ и в воде и в сорбенте получены во всех вариантах опыта при загрязнении водной среды ДТ, где локализованы микроорганизмы и частично растворенные, эмульгированные углеводороды (82-94%).
4.2. Очистка загрязненной нефтью и дизтопливом водной среды комплексом биосорбентов в присутствии микроводорослей Были проведены исследования по очистке водных сред (n=3) при соотношении к концентрации загрязняющего агента сорбента и биосорбентов 2 мл : 3 г (для нефти) и 1 мл : 2 г (для ДТ). Комплексы биосорбентов составлены в различном сочетании с соотношением масс 1:1, 1:1:1 (см. табл. 2), МВ Chlorella внесена по 1% с биомассой 3,5 г/л.
Наиболее высокий уровень очистки-биорегенерации сорбента по отношению к контролю (сорбент без м/о) при загрязнении нефтью и ДТ был в вариантах в присутствии культуры МВ (варианты №3 - 68,3% и №4 - 89,6%; рис. 2; А). Наиболее высокая биорегенерация сорбента при загрязнении воды нефтью была в вариантах № 4, 8, 9 с бактериальным, бактериально-дрожжевым и бактериально-грибным биосорбентами, при загрязнении воды ДТ - в вариантах № 4, 5, 8 с бактериальным, дрожжевым и бактериально-дрожжевым биосорбентами в присутствии культуры МВ. Концентрация хлорофиллов МВ при загрязнении воды нефтью выше, чем при загрязнении ДТ (рис. 2; В). Присутствие хлореллы в воде увеличило дегидрогеназную активность (варианты №3 и №4; рис. 2; А, Б). Во многих вариантах опыта ОМЧ в сорбенте увеличилась более 108 (рис. 2; Г). При этом в микробном сообществе в сорбенте преобладали бактерии R.eqvi, в воде - МВ Chlorella и дрожжи R.glutinis.
0,10,0,1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Б. Дегидрогеназная активность в сорбенте.
А. Уровень биорегенерации сорбента.
40 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 В. Содержание хлорофиллов МВ в воде Са,Сb.
Г. Численность микроорганизмов в сорбенте.
Условные обозначения вариантов опыта:
Загрязнитель - нефть 2% Загрязнитель - дизтопливо (ДТ) 1% 1- Сорбент, (С без м/о); 6 - Биосорбент грибной, б/с (Сг) + МВ;
2 - Сорбент + микроводоросли, (С без м/о)+ МВ; 7 - Комплекс биосорбентов, б/с (Сб+Сд+Сг)+МВ;
3 - Биосорбент бактериальный, б/с (Сб); 8 - Комплекс биосорбентов, б/с (Сб+Сд)+МВ;
4 - Биосорбент бактериальный, б/с (Сб)+МВ; 9 - Комплекс биосорбентов, б/с (Сб+Сг)+МВ;
5 - Биосорбент дрожжевой, б/с (Сд)+МВ;
Рисунок 2 - Показатели биодеструкции НУГВ при применении биосорбентов и культуры микроводорослей в воде А; Б; В; Г.
АД, мг сорбента Степень НУГВ, % ТФФ/час1г биодеструкции ов мг/л Содержание хлорофиллов, lg численности микроорганизм Таким образом, биосорбент или комплекс биосорбентов с адсорбционно иммобилизованными монокультурами, одновременно обеспечивал сорбцию НУГВ и являлся источником и носителем микроорганизмов, активность которых в присутствии накопительной культуры микроводорослей в загрязненной нефтью и ДТ водной среде значительно возрастала. При использовании комплексных бактериально-дрожжевого и бактериально-грибного биосорбентов в присутствии МВ степень очистки-биорегенерации сорбента от нефти составила 72-89%. При использовании бактериального, дрожжевого, а также комплексного бактериально-дрожжевого биосорбентов в присутствии культуры МВ при загрязнении воды ДТ биорегенерация сорбента более 80% за 60 суток опыта.
4.3. Очистка от НУГВ техногенно загрязненных водных сред комплексом биосорбентов в присутствии микроводорослей 4.3.1. Очистка от НУГВ водных сред из объектов №1,2 шламонакопителя В водных средах из объектов №1 и №2 шламонакопителя использовали биосорбенты (см. табл. 2) с соотношением масс 1:1, сорбент и культуру МВ, которые вносили в емкости на 100 мл воды по 1,5 г общей массы, МВ и раствор азофоски по 1%.
Использование сорбента и биосорбентов с накопительной культурой МВ способствовало снижению содержания НУГВ в воде и сорбенте (табл. 3). Дегидрогеназная активность и ОМЧ в вариантах с биосорбентами выше в большей степени за счет активности родококков (варианты №2-4; табл. 3). Фотосинтезирующая активность хлореллы незначительна изза токсического действия содержащихся в воде НУГВ и сопутствующих загрязнителей.
При внесении бактериально-дрожжевого и бактериально-грибного биосорбентов в присутствии МВ убыль НУГВ в воде от исходного загрязнения составила 83-92%. Эффективность очистки комплексными биосорбентами водных сред из объектов №1,2 шламонакопителя за 60 суток опыта по показателям снижения НУГВ от исходного содержания в воде составила 52,5 - 67,6 %.
Таблица 3 - Показатели очистки водных сред из объектов шламонакопителя аэропорта №, вариант опыта Вода объекта №1 (Промежуточный ре- Вода объекта №2 (Сборник смывов автозервуар; НУГВ - 2,1 мг/дм3; n=3) транспорта; НУГВ - 1,6 мг/ дм3; n=3) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1.МВ+Сорбент 52,3 0,030 0,010 0,010 2,67 34,4 0,011 0,011 0,009 2,14 (С без м/о) 0,002 0,001 0,001 0,13 0,002 0,001 0,001 0,2.МВ+Биосорбент бак- 43,8 0,23 18,5 0,012 1,59 36,9 0,35 5,5 0,013 1,28 териальный (Сб) 0,01 0,9 0,001 0,08 0,02 0,3 0,001 0,3.МВ+Комплекс био- 67,6 2,61 23,3 0,014 1,80 52,5 0,92 7,1 0,013 2,24 сорбентов (Сб+Сд) 0,13 1,2 0,001 0,09 0,05 0,4 0,001 0,4.МВ+Комплекс био- 62,8 0,80 15,1 0,017 2,66 53,1 1,61 8,3 0,022 1,83 сорбентов (Сб+Сг) 0,04 0,7 0,002 0,03 0,08 0,41 0,002 0,Примечания: 1 - Снижение содержания НУГВ от исходного, %; 2 - Общее микробное число (ОМЧ) в воде, млн. КОЕ/мл; 3 - Общее микробное число (ОМЧ) в сорбенте, КОЕ/г сорбента; 4 - Дегидрогеназная активность в сорбенте, мг ТФФ/1г сорбента час; %; 5 - Содержание хлорофиллов микроводорослей Ca,Cb, мг/л.
4.3.2. Исследование жизнеспособности микроорганизмов в водной среде шламонакопителя Жизнеспособность м/о в водной среде объекта №3 (сборник нефтешлама), представляющей однородную водно-масляную эмульсию, наблюдали в течение года. На 100 мл водной среды внесено по вариантам: 3 г сорбента без м/о, а также 3 г комплексного биосорбента при соотношении масс 1:1:1 (см. табл. 2) совместно с МВ Chlorella и раствором азофоски по 1%.
Основными компонентами исходной водной среды были н-алканы и их нелинейные изомеры, содержащие от 9 до 14 атомов углерода, что характерно для разных видов ДТ. Существенных изменений качественного и количественного состава алканов от исходного содержания в образцах водной среды вариантов с сорбентом и биосорбентом по окончании опыта не произошло. Сорбент и биосорбент опустились на дно колб сразу после внесения.
Микробиологический контроль в варианте с комплексным биосорбентом и МВ показал гибель хлореллы в первые сутки. Дрожжи отмирали, и к концу опыта (12 мес.) находились в следовых концентрациях. Колонии-пеллеты, которые образовались со 2-го месяца опыта на сорбенте, представляли собой биомассу бактерий R.eqvi и гриба T.lignorum и к концу опыта в последней повторности сохранились в достаточно высоких концентрациях (бактерии - 104-105; гриб Ц103-104). Таким образом, из 4-х культур различных таксономических групп наиболее жизнеспособными в толще техногенно загрязненной водной среды шламонакопителя оказались иммобилизованные на сорбенте бактерии R.eqvi и мицелиальный гриб T.lignorum (синоним T.viride), в меньшей степени дрожжи R.glutinis.
Глава 5. БИОРЕМЕДИАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ БИОСОРБЕНТАМИ В ПОЛЕВЫХ И МИКРОПОЛЕВОМ ОПЫТАХ 5.1. Биоремедиация биосорбентами при 7%-ом нефтезагрязнении подзолистой почвы Использование в загрязненной подзолистой почве бактериально-дрожжевого и грибного биосорбентов, полученных иммобилизацией способом обрастания сорбента Сорбонафт ассоциациями УОМ, привело к снижению содержания нефти более чем на 90% при относительно невысоких концентрациях нефтезагрязнения (7,3%) примерно за три летних месяца. Применение биосорбентов ускорило процесс биодеструкции нефти в почве, что очень важно для условий Севера, но, учитывая достаточно высокие нормы внесения (т/га) биосорбентов и высокие показатели самоочищения почвы контрольного варианта (убыль нефти 78,4%), малоэффективно.
5.2. Биоремедиация биосорбентами нефтезагрязненной до 15% подзолистой почвы Исследование биоремедиации нефтезагрязненной почвы бактериально-дрожжевым (БД-1,37х108 КОЕ/г сорбента) и грибным (Гр-1х107 КОЕ/г сорбента) биосорбентами провели с октября по октябрь следующего года.
В начале опыта отмечено при существенно понизившемся количестве присутствие всех определяемых групп микроорганизмов в нефтезагрязненной почве (рис. 3). Увеличилась ОМЧ в нефтезагрязненных вариантах в летний период опыта за счет гетеротрофной, целлюлозолитической и олиготрофной групп м/о. Это связано не только с изменением общей биологической активности почвы в результате нефтяного загрязнения, но и с появлением субстратов за счет биодеструкции нефти. К концу опыта контроль отличался наименьшими показателями ОМЧ, а наибольшими - в разной степени варианты с внесением биосорбентов (рис. 3).
28,24,20,16,12,8,4,0,окт.05 ноя.05 май.06 июн.06 июл.06 авг.06 сен.06 окт.Гетеротрофы Минерализаторы азота Олигонитрофилы Олиготрофы Целлюлозолитики Рисунок 3 - Численность микроорганизмов физиологических групп в почве.
Дегидрогеназная активность в почве загрязненных вариантов была выше, чем фоновом. Особенно это характерно для вариантов с биосорбентами (рис. 4). Дыхательная активность в вариантах с обработкой биосорбентами при начальных низких показателях, к концу опыта сравнялась или была выше, чем в фоновой почве (рис. 5).
Исх. 1 мес. 7 мес. 8 мес. 9 мес. 10 мес. 11 мес. 12 мес.
Рисунок 4 - Дегидрогеназная активность в почве.
654321Исх. 1 мес. 7 мес. 8 мес. 9 мес. 10 мес. 11 мес. 12 мес.
Фон Контроль, НЗП НЗП+Сорбент без м/о НЗП+Биосорбент Б-Д НЗП+Биосорбент Гр Рисунок 5 - Дыхательная активность в почве.
lg численности м/о Фон Фон Фон Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Гр Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Б/с Б-Д Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о Контроль С без м/о г а.с.п.
АД, мг ТФФ/ 24 час нмоль СО2/ час г в.с.п.
По отношению к контролю в вариантах с биосорбентами содержание соединений азота и фосфора увеличилось в различной степени к концу опыта. Содержание соединений калия в почве с сорбентом и биосорбентами на протяжении всего полевого опыта было выше контроля. Изменение показателей биологической активности почвы в нефтезагрязненных вариантах обусловлено микробиологической активностью как иммобилизованных УОМ, так и аборигенной микробиоты (рис. 3, 4, 5).
Наиболее значительное снижение содержания НУГВ при исходном высоком 15%нефтезагрязнении за 12 месяцев полевого опыта произошло в почве, обработанной бактериально-дрожжевым и грибным биосорбентами (84,4% и 86,1%). Самоочищение НЗП в контроле составило 68,6%, а при обработке сорбентом без м/о - 71,3%.
5.3. Биоремедиация комплексными биосорбентами при 15%-ом нефтезагрязнении различных почвенных субстратов Исследование биоремедиации нефтезагрязненных почвенных субстратов биосорбентами с адсорбционно иммобилизованными монокультурами при соотношении масс 1:1 (см.
табл. 2) проводили в течение 3-х летних месяцев.
В минеральных субстратах (глина, песок) на протяжении опыта в вариантах контрольном и с сорбентом без м/о численность гетеротрофов и УОМ снижена по отношению к незагрязненной почве (рис. 6; I, II). При этом численность УОМ была значительно ниже или находилась в следовых концентрациях от количества гетеротрофов (рис. 6; I, II).
7,0 6,6,5,5,4,4,3,3,2,2,1,1,0,0,3 сутки 15 сутки 30 сутки 60 сутки 90 сутки 3 сутки 15 сутки 30 сутки 60 сутки 90 сутки Условные обозначения вариантов опыта:
10,8,0 - Незагрязненная почва-субстрат;
6,1 - Контроль, нефтезагрязненная почва-субстрат (НЗП) 4,2- НЗП + сорбент, (С без м/о);
2,3- НЗП + комплексный бактериально-дрожжевой биосорбент, б/с (Сб + Сд);
0,4 - НЗП + комплексный бактериально-грибной биосорбент, б/с (Сб + Сг).
3 сутки 15 сутки 30 сутки 60 сутки 90 сутки Гетеротрофы УОМ Рисунок 6 - Численность микроорганизмов в глинистой (I), песчаной (II) и торфяной (III) почвах.
lg численности м/о lg численности м/о I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -II -lg численности м/о III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-III-В торфяном субстрате отмечено снижение численности гетеротрофов и УОМ в контрольном и с сорбентом без м/о вариантах по отношению к численности этих групп м/о в вариантах с биосорбентами и с незагрязненным субстратом (рис. 6; III). В почвенных субстратах при обработке биосорбентами численность гетеротрофов и УОМ была значительно выше, чем в вариантах с сорбентом без м/о, контрольном и в незагрязненной почве. В микробном сообществе почв, обработанных комплексными биосорбентами, численно доминировали бактерии R.eqvi.
Биологическая активность почвообразцов определена дегидрогеназной, липазной и дыхательной активностями, показатели которых коррелировали с численностью гетеротрофов и УОМ в большей степени для минеральных почвенных субстратов (в песчаном r=0,6; в глинистом r=0,7; при р 0,95). Дегидрогеназная активность (АД) в песчаном и глинистом субстратах, обработанных комплексными биосорбентами, была выше относительно контроля и варианта с внесением сорбента без м/о (рис. 7; I, II; стр. 15). В торфяном субстрате более высокими показателями АД отличились варианты с бактериально-дрожжевым биосорбентом и контроль (рис. 7; III). Повышение липазной активности к концу опыта отмечено в вариантах с комплексными биосорбентами в глинистом субстрате (рис.
8; I). В торфяном и песчаном субстратах усиление процессов липолиза наблюдалось лишь в начале эксперимента (рис. 8; II, III). Показатели эмиссии СО2 в контроле и незагрязненном вариантах глинистого и песчаного субстратов были существенно ниже всех загрязненных почвообразцов опыта (рис. 9; I, II). Во всех почвенных субстратах варианты с внесением биосорбентов в разной степени отличались более высокой интенсивностью дыхательной активности (рис. 9; I, II, III; см. стр. 15).
Наибольшее снижение содержания нефти было в вариантах торфяного субстрата (58,4-78,1%), при этом контроль незначительно отличался самоочищением от вариантов с биосорбентами. Наименьшее снижение содержания нефти - в песчаном субстрате (рис.
10). Более высокие показатели убыли нефти в почвенных субстратах отмечены варианты с комплексными биосорбентами (№3,4; 54-78 %) по сравнению с контролем и с сорбентом без м/о (№1,2; 33-66 %).
11 2 3 Варианты опыта Глинистый субстрат Песчаный субстрат Торфяной субстрат Рисунок 10 - Снижение содержания нефти в глинистой, песчаной и торфяной почвах (варианты опыта см. стр. 15).
Степень и нефти, % биодеструкци I II III 4,00 3,0 4,2,3,3,2,2,1,2,1,1,1,0,0,0,0,исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут Рисунок 7 - Дегидрогеназная активность в глинистой (I), песчаной (II) и торфяной (III) почвах.
Здесь и в рис. 8-10 условные обозначения вариантов опыта:
0 - Незагрязненная почва-субстрат; 1 - Контроль, нефтезагрязненная почва-субстрат (НЗП); 2- НЗП + сорбент, (С без м/о);
3- НЗП + комплексный бактериально-дрожжевой биосорбент, б/с (Сб + Сд); 4 - НЗП + комплексный бактериально-грибной биосорбент, б/с (Сб + Сг).
I II III 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут исх 3 сут 15 сут 30 сут 60 сут 90 сут Рисунок 8 - Липазная активность в глинистой (I), песчаной (II) и торфяной (III) почвах.
I II III 700,0 250,0 1000,600,200,0 800,500,150,0 600,400,300,100,400,200,50,200,100,0,0 0,0,исх. 15 суток 30 суток 90 суток исх. 15 суток 30 суток 90 суток исх. 15 суток 30 суток 90 суток II-0 II-1 II-2 II-3 II-I-0 I-1 I-2 I-3 I-III-0 III-1 III-2 III-3 III-Рисунок 9 - Дыхательная активность в глинистой (I), песчаной (II) и торфяной (III) почвах.
Мг ТФФ/1г а.с.п.24 час Мг ТФФ/1 г а.с.п.24 час.
Мг ТФФ/ 1г а.с.п. 24 час Мл 0,1н КОН/1г а.с.п.
Мл 0,1н КОН/ 1г а.с.п.
Мл 0,1н КОН/ 1г а.с.п.
нмоль СО2/1г в.с.п.час нмоль СО2/1г в.с.п.час нмоль СО2/1г в.с.п.час 5.4. Использование ИК БАП для оценки эффективности биоремедиации биосорбентами нефтезагрязненных почв Для оценки эффективности биоремедиации нефтезагрязненных почв, а также оценки перспективности использования биосорбентов в качестве биорекультивантов, был использован интегральный коэффициент биологической активности почвы (ИК БАП), рассчитанный по формуле, которая получена совмещением формул, применяемых для мониторинга и диагностики загрязненных и природных почв (Девятова, 2005; Гельцер и др., 1992).
Т.А. Девятовой было предложено фоновое значение (в незагрязненной почве) каждого из показателей в выборке принимать за 100% и по отношению к нему в процентах выражать значение этого же показателя в других пробах, затем суммировать уже относительные значения многих показателей в средний оценочный балл. Б1 = (Бф/Б0) 100%, где Б1 - относительный балл показателя, Бф - фактическое значение показателя, Б0 - значение показателя в незагрязненной почве. Бср. = (Б1+Б2+..Бn) / n, где Бср. - средний оценочный балл показателей, n - число используемых показателей.
Формула Ю.Г. Гельцер с соавторами: ИК = [(П1+П2+...Пn) х H]/(Zs х n), где ИК - интегральный коэффициент БАП; П1..-Пn - показатели ферментативной активности и т.п.; Н - содержание гумуса, %; Zs - суммарное содержание солей в почве, %; n - число показателей. Видоизменив формулу расчета ИК БАП, в числитель ввели величину среднего оценочного балла показателей БАП (%), рассчитанного по формуле Девятовой. Заменили величину содержания гумуса Н (%) величиной содержания общего углерода в незагрязненной почве (Собщ., %), а засоленность Zs (%) - величиной остаточного содержания нефтепродуктов в почве (ОСНП, %). Получили формулу ИК БАП= (Бср. х Собщ.) / ОСНП.
ИК БАП, учитывающий комплекс показателей почвы, позволяет более надежно оценить эффективность воздействия биорекультиванта на загрязненную почву как способ биоремедиации, чем сравнение и оценка каких-либо отдельных характеристик. Для расчетов ИК БАП полевого опыта 5.2 использовали показатели эмиссии СО2, дегидрогеназной активности, содержания соединений азота, фосфора, калия в подзолистой НЗП. Величина Н условно была принята за единицу, т.к. почва во всех вариантах опыта 5.2 одинакова. В опыте 5.3 использовали показатели ферментативных и дыхательной активностей, вместо Н ввели величину Собщ. (%) глинистого, песчаного и торфяного почвенных субстратов (1,28; 0,21; 15,8%). В знаменатель формулы ввели величину остаточного содержания нефти в почве (%) по вариантам опытов. Расчет ИК БАП провели по исходным и конечным данным в нефтезагрязненных вариантах 5.3. опыта, а также по промежуточным данным (7 и 10 мес. летнего периода) опыта 5.2 (рис. 11,12).
В подзолистой почве опыта 5.2 при исходном 15%-ом нефтезагрязнении показатели ИК БАП с бактериально-дрожжевым биосорбентом были выше показателей ИК БАП с грибным биосорбентом в летний период опыта, тогда как показатели содержания нефти отличались незначительно (рис. 11). Применение сорбента и биосорбентов на основе торфа в органических почвах (торфяной субстрат) менее перспективно, несмотря на высокие пока затели ИК БАП (рис. 12; III). В минеральных почвах (в глинистом и песчаном субстратах) при исходном 15%-ом нефтезагрязнении высокие ИК БАП были в вариантах с комплексными биосорбентами (рис. 12; I, II, III).
80 0 начало опыта 1 месяц 7 месяцев 10 месяцев 12 месяцев Контроль, нефтезагрязненная почва(НЗП) НЗП+Сорбент без м/о НЗП+ Биосорбент бактериально-дрожжевой НЗП+ Биосорбент Грибной Контроль, нефтезагрязненная почва (НЗП) НЗП+Сорбент без м/о НЗП+Биосорбент бактериально-дрожжевой НЗП+Биосорбент грибной Рисунок 11 - ИК БАП и содержание нефти (%) в почве опыта 5.2.
111I-1 I-2 I-3 I-II-1 II-2 II-3 II-Условные обозначения вариантов опыта:
761 - НЗП (нефтезагрязненная почва - субстрат), кон54троль;
322 - НЗП + сорбент (С без м/о);
13 - НЗП + комплексный бактериально-дрожжевой III-1 III-2 III-3 III-биосорбент, б/с (Сб + Сд);
4 - НЗП + комплексный бактериально-грибной био700,начало опыта (0 суток) 500,600,400,300,100,200,0,сорбент, б/с (Сб + Сг).
III-1 III-2 III-3 III-окончание опыта (90 суток) Рисунок 12 - ИК БАП в глинистой (I), песчаной (II) и торфяной (III) почвах опыта 5.3.
Таким образом, эффективность биоремедиации почв (степень восстановления с учетом степени очистки почвы от нефти) при применении различных биосорбентов отражена в значениях ИК БАП, которые в вариантах с биосорбентами обоих опытов на различных НЗП были значительно выше, чем в контрольном и с сорбентом без м/о вариантах. По показателям ИК БАП применение бактериально-дрожжевого биосорбента более перспективно для очистки нефтезагрязненной подзолистой почвы, чем грибного биосорбента, а применение комплексных бактериально-дрожжевого и бактериально-грибного биосорбентов более перспективно для нефтезагрязненных минеральных (глина, песок) почв, чем для торфяной почвы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе показаны этапы, отражающие технологию получения биопрепаратанефтедеструктора в иммобилизованной и в нативной форме культур микроорганизмов, и выполнены исследования технологии применения биопрепаратов (биосорбентов) в водных ИК БАП Уровень нефтезагрязнения,% ИК БАП ИК БАП ИК БАП средах и почве. Для стадии получения биопрепарата применено культивирование с подбором комбинированной питательной среды, обеспечивающей метаболические потребности м/о и условия сохранения нефтеокислительных свойств, а также образования максимального количества биомассы монокультуры в нативной форме и для последующей стадии адсорбционной иммобилизации на носителе. Адсорбция микроорганизмов на носителе сорбенте Сорбонафт выполнена с учетом факторов, влияющих на степень иммобилизации (время контакта, количество биомассы с носителем, температура высушивания), а также на сохранение положительной плавучести сорбента. Проведена сравнительная оценка эффективности комплексных биопрепаратов в опытах, где степень активизации процессов биодеградации НУГВ различается в зависимости от использованных в комплексе нативных или иммобилизованных м/о, а также смоделированных приемов очистки пресноводных сред и почв, приближенных к биоремедиации в условиях Севера. Показано, что комплекс, где основным компонентом является бактериальная культура, составленный из микроорганизмов различных таксономических групп, адаптированный к условиям очищаемого объекта, определяет эффективность очистки от НУГВ почв и пресноводных сред.
В результате исследований отмечено, что бактериально-грибной микробный комплекс, составленный из бактерий R.eqvi с культурой дрожжей R.glutinis или мицелиальным T.lignorum грибом в присутствии накопительной культуры микроводорослей Chlorella, эффективен для биодеструкции НУГВ в пресноводной среде как в нативной, так и в иммобилизованной формах. МВ хлорелла способствовали биодеструкции НУГВ в водных средах.
Взаимодействие нативных или иммобилизованных на сорбенте бактериальной и грибных монокультур увеличивало степень очистки от НУГВ, очевидно, за счет использования бактериями продуктов неполного окисления НУГВ грибами. Мицелиальный грибцеллюлозолитик T.lignorum проявил нефтедеструктивную активность с родококками, а также отличался жизнеспособностью, выступая, возможно, как матрица для бактерий в воде. Биодеструкция наиболее токсичных для гидробионтов НУГВ (Ратушняк, 2000) обусловлена биохимической активностью нативных и иммобилизованных м/о на поверхности загрязненного сорбента в трехфазной системе вода - сорбент(биосорбент) - НУГВ и сопровождается, очевидно, процессами адсорбции, десорбции и диффузии в порах сорбента (Rodman, 1973; Andrews et al., 1998). При этом эффективная биорегенерация сорбента возможна при условии, когда нефтенагруженность или соотношение НУГВ к сорбенту не превышает его максимальной нефтеемкости. Накопление активных монокультур, является одной из важных стадий получения комплексного биопрепарата, а способ его применения совместно с сорбентом Сорбонафт, как прием очистки воды, более перспективен при загрязнении ДТ, где в водной фазе локализованы нативные м/о и эмульгированные НУГВ. Не обработанный биомассой, не изменивший гидрофобные свойства и нефтеемкость сорбент способен более длительное время находиться на водной поверхности с большим содержанием нефти по сравнению с биосорбентом. Недостаточная прочность адгезии м/о не явля ется недостатком адсорбционной иммобилизации при очистке биосорбентами загрязненной воды, так как биодеструкция НУГВ необходима как в водной фазе, так и в сорбенте.
Отмечено, что наиболее десорбируемой культурой были дрожжевые грибы R.glutinis.
Технология применения биопрепаратов в загрязненных почвенных объектах призвана обеспечить не только снижение содержания НУГВ, но и восстановление нарушенной почвы. При биоремедиации нефтезагрязненных почв биосорбентами изучение параметров биологической активности является показателем эффективности воздействия способа очистки, так как позволяет диагностировать изменения в нарушенной почве (Trasar-Cepeda et al., 1999; Киреева и др., 2001; Свирскене, 2003). Применение в почвенных объектах биосорбентов на основе сорбента Сорбонафт с иммобилизованными способом обрастания и адсорбционным способом УОМ в моделирующих условия Севера опытах способствует эффективной биодеструкции НУГВ при высоких концентрациях нефти. Разные физикохимические характеристики почв или сезонные условия поставленных опытов, а также концентрация нефтезагрязнений определяют и разную эффективность их деструкции одними и теми же культурами. Наибольшие показатели снижения содержания нефти (степень очистки) и биологической активности (степень восстановления) были в почвах при применении биосорбентов совместно с минеральными удобрениями. Эффективность биоремедиации при высоком нефтезагрязнении (15%) разных типов почв выражена в значениях ИК БАП, полученных с использованием формул Девятовой и Гельцер с соавторами.
ВЫВОДЫ 1. Создана комплексная форма биопрепарата для биодеструкции углеводородов нефти в пресноводной среде на основе монокультур бактерий, микроводорослей, а также дрожжевого и мицелиального грибов.
2. Показано положительное влияние на процессы биодеструкции нефти и дизтоплива в пресноводной среде при совместном применении с гидрофобным сорбентом Сорбонафт комплекса нативных микроорганизмов бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов, а также зеленых микроводорослей (снижение содержания НУГВ в сорбенте за 90 суток: 3350% при загрязнении воды 2% нефти и более 90% при загрязнении воды 1% дизтоплива).
3. Предложена новая форма биопрепарата - комплексный биосорбент с адсорбционно иммобилизованными на гидрофобном торфяном сорбенте Сорбонафт монокультурами бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов.
4. Показано, что иммобилизация на торфяном сорбенте монокультур бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов позволяет увеличить их жизнеспособность и потенциал в отношении деструкции углеводородов нефти при очистке пресноводной среды в присутствии накопительной культуры зеленых микроводорослей (снижение содержания НУГВ в сорбенте за 60 суток: 50-89 % при загрязнении воды 2% нефти и более 90% при загрязнении воды 1% дизтоплива, а также в техногенной водной среде 53-67 % от исходного загрязнения).
5. Установлено, что применение биосорбентов, полученных иммобилизацией на торфяном сорбенте Сорбонафт двух ассоциаций микроорганизмов способом обрастания, и комплексных биосорбентов, полученных иммобилизацией монокультур на сорбенте Сорбонафт адсорбционным способом, способствует интенсификации процессов биоремедиации нефтезагрязненных почв (снижение содержания нефти от исходного 15%нефтезагрязнения: в подзолистой почве при применении бактериально-дрожжевого и грибного биосорбентов, полученных способом обрастания, более 84% за год, а также на 54-69 % в минеральных (глина, песок) почвах за летний период при применении комплексных биосорбентов, полученных адсорбционным способом).
6. Использование формулы интегрального коэффициента биологической активности почвы (ИК БАП), полученной совмещением формул Девятовой и Гельцер, позволяет оценить как эффективность способа биоремедиации нефтезагрязненных почв, так и перспективность применения различных биосорбентов в качестве биорекультивантов.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Шарапова И.Э., Маркарова М.Ю. Щемелинина Т.Н., Гарабаджиу А.В. Оценка эффективности применения биосорбентов на различных нефтезагрязненных почвенных субстратах // Проблемы региональной экологии. 2009. №5. С. 213-217.
2. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Маркарова М.Ю., Щемелинина Т.Н. Микробиологическая активность нефтезагрязненных почвенных субстратов при очистке с применением комплексных биосорбентов // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. №1(5). С. 1245-1249.
3. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Маркарова М.Ю., Щемелинина Т.Н., Груздев И.В. Экологические аспекты и эффективность использования биосорбентов для очистки водных сред шламонакопителя // Экология и промышленность России. 2011.Февраль. С. 22-25.
4. Патент № 2318736 РФ. Биосорбент для очистки водоемов от нефти и нефтепродуктов на основе бактерий и дрожжевых грибов /Хабибуллина Ф.М., Арчегова, И.Б., Шарапова И.Э., и др.;
№ 2006104082/13. заявл. 10.02.2006.; опубл. 10.03.2008.
5. Патент № 2422587 РФ. Комплексный биосорбент на основе штаммов бактерий и грибов для очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов в присутствии микроводорослей / Шарапова И.Э., Маркарова М.Ю., Гарабаджиу А.В.; № 2009147686/03; заявл. 21.12.2009; опубл. 27.06.2011.
6. Шарапова И.Э., Шубаков А.А. Способы утилизации нефти в почве с применением биосорбентов // Освоение Севера и проблемы природовосстановления: Матер. докл. VI междунар.
науч. конфер. 10-14 октября 2006 г. - Сыктывкар, 2007. С. 57-62.
7. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Маркарова М.Ю. Биологическая очистка моделей водной среды от нефтезагрязнений биосорбентами в присутствии микроводорослей // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: Матер. докл. VII Всерос. научно-практ.
конф. с междунар. участием. В 2-х частях. - Киров, 2009. - Ч. 1. - С. 169-172.
8. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Шубаков А.А. Оценка эффективности биоремедиации нефтезагрязненной дерново-подзолистой почвы с применением биосорбентов в полевом опыте. // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: Матер. докл. VII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. В 2-х частях. - Киров, 2009. ЦЧ.1. - С. 139-143.
9. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Маркарова М.Ю., Щемелинина Т.Н., Груздев И.В. Использование биосорбентов для очистки загрязненных нефтяными углеводородами водных сред шламонакопителя // Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации: Матер. Докл. VIII Всерос. науч.-практ. конфер. с междунар. участием. В 2-х частях. - Киров, 2010. - Ч.1. - С.127-131.
10. Шарапова И.Э., Гарабаджиу А.В., Шубаков А.А. Использование интегрального коэффициента показателей биологической активности (ИК БАП) для оценки биоремедиации нефтезагрязненной почвы различными биосорбентами // Освоение Севера и проблемы природовосстановления: Матер. докл. VIII Всерос. конф. - Сыктывкар, 2011. - С. 166-177.