Топырақтардың мұнай өнімдерімен ластануы және оларды қалпына келтірудің тиімді әдісі



Мақалада мұнай өнімдерімен ластанған топырақтарды биоремедиация әдәсі арқылы тазартатудың нәтижелері келтірілген. Бөлініп алынған белсеңді штаммдардың негізгі көміртек көздерінде өсуі, олардың морфологиялық, физиологиялық-биохимиялық қасиеттеріне сипаттама берілді.

Түйін сөздер: мұнай, мұнай өнімдері, топырақ, микроорганизмдер, биоремедиация әдәсі, биопрепараттар, биодеградация.

В статье проанализированы результаты очистки почв, загрязненных нефтепродуктами, с применением метода биоремедиации.

Ключевые слова: нефть, нефтепродукты, почва, микроорганизмы, методы биоремедиации, биопрепараты, биодеградация.

Қазіргі таңда мұнай және мұнай өнімдерін кең көлемде өндіру, тасымалдау, өңдеу барысы қоршаған ортаның ластануына әкеліп соғуда. Топырақтың беткі қабатының адсорбциялық қасиетінің жоғарылығына байланысты ластану өте тез жүреді. Қоршаған ортаға түскен мұнай көмірсутектері табиғи ландшафтардың биологиялық түрлілігін өзгертеді. Сонымен қатар, техногенді аумақтардың ұлғаюына, өсімдік қабатының тежелуіне, топырақтың беткі қабатының микрорельефін, гидрологиялық режимін және де аэрациясының бұзылуына ықпал етеді. Басқа ластаушы заттармен салыстырғанда, мұнайдың ластағыш дәрежесі, қауіпі өте жоғары.

Топырақ пен судың мұнаймен ластануы оның тыныс алу қарқындылығының өзгеруіне әкеледі. Тыныс алудың тежелуі анаэробты микроорганизмдерге қолайлы жағдай туғызады, олардың улы метаболиттерінен және ауаның жеткіліксіздігінен аэробты микроорганизмдер белсенділігі төмендейді. Бірақ микроб биомассасы мен оның тыныс алудың қамтамасыз етілу мөлшері арасындағы сәйкестік үнемі байқала бермейді [1].

Мұнай және мұнай өнімдерімен ластану флора мен фаунаның, биоценоз құрамының өзгеруін туғызады. Мұнайдың улылық дәрежесі олардың химиялық құрамының әртүрлігімен, әсіресе ұшқыш ароматты көмірсутектердің (толуол, ксилол, бензол және нафталин) құрамымен анықталады. Көмірсутектер бактериалық хемотаксисті бұзып, органикалық заттардың ыдырауын бөгейді.

Мұнаймен ластанған топырақтарды тазарту процесі экологиялық және экономикалық жағынан тиімді, ауыл шарушылық жерлерін қалпына келтіру үшін, көмірсутектерді қарқынды жинауға бағытталған әдістерді талап етеді.

Бүгінгі таңда белгілі әдістердің ішінде биоремедиация әдісінің орны ерекше. Биоремедиация — минералды тұздардан, қант, ферменттерден тұратын биогенді қоспасымен қатар, көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдерден құралған препараттарды қолдану арқылы мұнаймен ластанған топырақ және суларды тазарту болып табылады.

Дүние жүзі бойынша мұнай және мұнай өнімдерін өндіруші өнеркәсіп зауыттар мұнай көмірсутектерін жою барысында, көмірсутек тотықтырушы микроорганизмдер ассоциациясынан жасалған биологиялық препараттарды кеңінен қолдануда.

Сондықтан осындай мәселелерді шешу барысында, мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді зерттеудің маңызы өте зор, әрі бүгінгі күннің өзекті мәселелерінің бірі болып отыр.

Жер бетіндегі кез келген микроорганизм биоценоз құрамында маңызды орын алады. Олар табиғи экожүйелердің сақталуы мен тепе — теңдік жағдайын ұстауға мүмкіндік береді. Бірақ кейбір микроорганизмдер топтарының биосфера тіршілігі мен эволюциясындағы рөлі ерекше [2].

Мұнайлы ластағыштардың табиғи ыдырау процестері өте ұзақ жүреді, ал механикалық және физикалық-химиялық әдістер мұнай және мұнай өнімдерінің ыдырауын тездеткенімен, табиғи экожүйелерде оларды толығымен жоюды қамтамасыз ете алмайды. Мұнайды биодеградациялауда мұнай көмірсутектерін пайдалануға қабілетті арнайы микроорганизмдер — деструкторларды қолдану тиімді деп есептеледі.

Табиғи экожүйелердің мұнай және мұнай өнімдерінен тазалаудың маңызды биотехнологиялық әдістерінің бірі көмірсутектердің микроорганизмдер-деструкторларынан тұратын микробты препараттарды пайдалану болып табылады. Өйткені көмірсутек тотықтыратын микроорганизмдер топырақ, су биоценоздарының тұрақты компоненті бола тұра, мұнаймен ластанған табиғи субстраттарда катаболиттік белсенділігі жоғары екені айтылуда. Бұл процесті микроорганизмдердің метаболиттік белсенділігін арттыру үшін ортаның физикалық-химиялық жағдайын сәйкесінше өзгерту немесе мұнаймен ластанған топыраққа, суға арнайы іріктелініп алынған белсенді мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді қосу арқылы тездетуге болады.

Қоршаған ортаны қалпына келтіруде микроорганизмдердің негізінде жасалынған “Путидоил”, “Биодеструктор”, “Noggіes” секілді биопрепараттар нәтижелі қолданылуда. Қазақстандық зерттеушілермен де мұнай мен мұнай өнімдерін 31–36 % ыдырататын “Мунайбак” биопрепараты жасалынды [3].

Табиғатта көмірсутекті ассимиляциялау тек микроорганизмдерге ғана тән емес, сонымен қатар жануарлар, өсімдіктерде де қолданылады. Бірақ микроорганизмдердің белсенді зат алмасуына байланысты, микробтардың көмірсутектерді энергия көзі ретінде қолдануы қызуғышылық туғызуда.

Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған топырақтарды микроорганизмдер көмегімен тазартудың үш жол бар:

1. топырақ немесе су микрофлорасының метаболиттік активтілігіне сәйкес, ортаның физико-химиялық жағдайларын өзгерту арқылы.
2. ластанған топырақ немесе суға арнайы таңдалынып алынған мұнай тотықтырушы микроорганизмдерді енгізу арқылы.
3. аралас микроорганизмдердің активті штамдарын және олардың өсуі үшін қажет активаторларды қосу арқылы.

Аталған соңғы екі әдіс, қазіргі таңда өте перспективті және тиімді болып отыр. Себебі белсенді мұнай тотықтырушы микроорганизмдер негізінде жасалған биопрепараттар көмегімен мұнаймен ластанған топырағы бар аумақтарды кең көлемде тазалауға мүмкіндік береді.

Көмірсутек тотықтыратын микроорганизмдер бір ғана систематикалық топқа жатпайды. Көмірсутек пайдаланатын микроорганизмдер табиғатта кең таралған, олар кез келген егістік, орман топырағынан, “белсенді тұнбадан” немесе батпақтанған су қоймаларынан бөлініп алынуы мүмкін. Әсіресе мұндай микроорганизмдер мұнай өнімдерімен ластанған субстраттарда көп болады.

Қоршаған ортада мұнай көмірсутектерін деструкциялау үшін микроорганизмдердің көптеген түрлері қолданылады, солардың қатарында: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Arthrobacter, Flavobacterium, Rhodacoccus, Acinetobacter, Alcaligenes, Mycobacterium, Nocardia, Candida ашытқы туыстары және т. б. [4].

Мұнай өнімдерінің көп компоненттен тұруы микроорганизмдер көмегімен биодеструкциялау қиындығын тудырады. Сондықтан әртүрлі деградацияға қабілеті бар микроорганизмдер ассоциациясын құру ластанған экожүйелер биоремедиациясында перспективалы бағыт болып табылады.

Соңғы он жыл ішінде бірнеше препараттар — “Путидойл”, “Олеворин”, “Нафтокс”, “Микромицет”, “Родобел” секілді препараттар өндіріске енді. Бұл препараттар құрамына жиырмадан аса түрлі мұнай тотықтырушы микроорганизмдер, бактериялар, саңырауқұлақтар, ашытқылардан тұратын монокультуралар немесе ассоциациялар кіреді.

Табиғатта барлық мұнай тотықтырушы микроорганизмдер арасында кең таралғандары Pseudomonas туысының бактериялары. Олар әлемдік мұхиттың, су қоймаларының, топырақтың әдеттегі микрофлорасының бірі.

Бұл туыстың 50-ден астам түрлері қоршаған ортадағы мұнайды ыдырату процесіне белсенді қатысады. Олар: Pseudomonas aerugenoza, Ps. putida, Ps. fluorescens және т. б. Ps. fluorescens штамын топырақтан, су қоймаларынан бөлініп алынған. Ең қызықтысы, осы түрдің 66 штамының “Трускавецкая” минералды суынан бөлініп алынуы. Псевдомонадалардың аэробты және оттегінің аз жағдайында да жоғары көмірсутек тотықтырушы қабілетінің болуы мұнаймен ластанған топырақ және суларды тазалауда қолдануға көп мүмкіндік береді.

Біздің зерттеулерімізде Атырау облысының Тереңөзек кен орыны аймағынан алынған, мұнаймен ластанған топырақ үлгілері және осы топырақтардан бөлініп алынған көмірсутек тотықтыратын микроорганизмдер пайдаланылды.

Көміртегі көздері ретінде мұнай және мұнай өнімдері: дизельді отын, бензин, мазут, толуол қолданылды.

Жүргізілген тәжірибелер көрсеткендей мұнай топырақ микроорганизмдеріне кері әсер етеді, бұл олардың санының төмен болуымен айқын байқалады (1-сурет).

Сурет 1. Мұнаймен ластанған топырақтағы микроорганизмдер саны

Микроорганизмдер әртүрлілігі гетеротрофтылар мен споралы бактериялар түрімен шектеледі.

Суретте көрсетілгендей, алынған топырақ үлгісінде гетеротрофты бактериялардың саны 19,2х10⁴ кл/г, споратүзуші бактериялар 4х10⁴ кл/г құрайды. Споралы бактериялар санының жоғары болуы, мұнай көмірсутектерінің улы әсері жағдайында спора түзу қабілеттіліктеріне байланысты. Олар спора түзбейтін бактериялар сіңіре алмайтын заттарды тотықтыра алады және қозғалыстағы күрделі қосылыстары бар субстраттарда өсе бастайды. Ал көптеген бациллалар мен актиномицеттер күшті деструктивті әсерге ие.

Топырақтың мұнаймен ластануы микроорганизмдер қауымдастығының маңызды бөлігін құрайтын гетеротрофты микроорганизмдерге де әсерін тигізеді. Зерттеу нәтижелері органикалық заттардың ұлғаюынан гетеротрофтылар санының 37 % төмендегенін көрсетті.

Мұнайдың трансформациялануы кезінде негізгі рөлді мұнайдың органикалық қосылыстарын өзінің өсуі мен көбеюі үшін субстрат ретінде пайдаланатын микроорганизмдер атқаратыны белгілі. Сондықтан мұнаймен ластанған топырақ микрофлорасын зерттеуде көмірсутек тотықтыратын микроорганизмдерге ерекше көңіл бөлінді. Зерттеу нәтижелері бойынша, мұнай топырақтағы көмірсутек тотықтыратын микрооорганизмдердің дамуына жақсы ықпал ететіні анықталынды.

Мұнаймен ластанған аймақтарда актиномицеттер мен мицелиалды саңырауқұлақтардың аз болуы, микрооорганизмдердің мұнаймен ластануға сезімталдығын білдіреді.

Осылайша, мұнаймен ластанудың әсерінен көптеген микроорганизмдер топтары жойылып, белсенділігі төмендеген, нәтижесінде микрооорганизмдер биомассасы азайған.

Біздің жұмысымызда мұнай деструкторлары-микроорганизмдердің активті штамдары іріктемелі әдісімен бөлініп алынды. Жинақтық дақылдан 5 штамм бөлініп алынды және олар шартты түрде белгіленді. Бөлініп алынған штамдардың мұнай және мұнай өнімдерінде өсуі ауксанографиялық әдіспен анықталды. Олар мұнай және мұнай өнімдерінде әртүрлі өсім берді.

Бөлінген штамдардан олардың түрлі мұнай өнімдерінде: дизельді отында, керосинде, бензинде, мазутта және толуолда өсуі зерттелінді (кесте 1).

Кесте 1

Бактериялардың мұнай өнімдерінде өсуі

Дақыл	Дизельді отын	Керосин	Мазут	Толуол	Бензин
KR-17	+++	+++	++	++	+++
KR-11	++	+++	+++	+++	++
KR-15	+++	+++	++	+++	+++
KR-7	+++	+++	+++	++	+++
KR-9	++	+++	+++	+	+++

Ескертпе: Өсу қарқындылығы: +++ — қарқынды өсу, ++ — қалыпты өсу, + — әлсіз өсу.

Кестеде көрсетілгендей, бактериялды штамдар көміртек көздерінің барлығында өсу қабілеттері жоғары болды, тек KR9 штамы толуолды әлсіз жоятыны байқалды.

Әдебиеттер:

1. Назарько М. Д., Щербаков В. Г., Александрова А. В. Перспективы использования микроорганизмов для биодеградации нефтяных загрязнений почв. Известия вузов. Пищевая технология. № 4, 2004 г. Кубань.
2. Файзов К. Ш., Раимжанов М. М., Алимбеков Ж. С. Экология Мангышлак-Прикаспийского нефтегазового региона. Алматы. 2003. 237с.
3. Оценка воздействия на окружающую среду на нефтеокисляющий биопрепарат. ТОО «ЭКО-САФ» Атырау, 2018 г.
4. Суровцева Э. Г., Ивойлов В. С., Беляев С. С. Разрушение ароматической фракции нефти ассоциацией грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов // Микробиология. -1997 г. — 66. — № 1. — С. 78–83.