WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Оценка опасности и способы ремедиации нефтешламов, содержащих природные радионуклиды

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГУМЕРОВА РАУШАНИЯ ХАНИФОВНА

Оценка опасности и способы ремедиации нефтешламов, содержащих природные радионуклиды

03.02.08 – экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

КАЗАНЬ – 2013

Работа выполнена на кафедре прикладной экологии Института экологии и географии Казанского (Приволжского) федерального университета

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Селивановская Светлана Юрьевна
Официальные оппоненты: кандидат биологических наук, зав.лаборатории «Бионанотехнология»Казанского национального исследовательского технологического университета Зарипова Сания Кашафовна
доктор биологических наук, профессор,зав. лаборатории агроэкологии и микробиологии ГНУ Татарский НИИАХП Россельхозакадемии Дегтярева Ирина Александровна
Ведущая организация: Башкирский государственный университет

Защита диссертации состоится «19» сентября 2013 г. в 1700 часов на заседании Диссертационного Совета ДМ 212.081.19 при ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» по адресу: 420008, Республика Татарстан, г.Казань, ул. Кремлевская, д. 18, ауд 211.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета по адресу: г.Казань, ул.Кремлевская, д.35.

Автореферат разослан «____» _______________2013 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат биологических наук, доцент Р.М.Зелеев

Актуальность работы. Процесс добычи и переработки нефти сопровождается образованием отходов, количество которых может достигать 0,2-0,5% от полученной товарной нефти (Lazaretal., 1999; Morellietal., 2005; Ouyangetal., 2005; Roldan-Сarrilloetal., 2011; Tahhanetal., 2011; Wangetal., 2012). Эти отходы содержат помимо большого количества тяжёлой нефти и природные радиоактивные элементы естественных радиоактивных семейств U238 и Th232, а также K40, которые ко-осаждаются из водо-нефтяной эмульсии в виде баритов (ElAfifi, Awwad,2005; Bakretal., 2010). Нефтяные компоненты представлены смесью гидрофобных компонентов, многие из которых способны вызывать токсичные и мутагенные эффекты (Солнцева, 1988; Пиковский, 1988; Кураков с соавт., 2006; Reddyetal., 2011; Wangetal., 2012).

В настоящее время остаётся наиболее распространённой практика депонирования нефтесодержащих отходов в специальных накопителях или размещение на почве. Однако такое размещение приводит к миграции компонентов отходов с дождевыми осадками в почву и поступлению загрязняющих веществ в воду. Ситуация осложняется тем, что отходы, содержащие нефтепродукты и радиоактивные элементы, являются токсичными для окружающей среды. В литературе представлены данные о токсичности индивидуальных углеводородов, их смесей, почв и воды, загрязнённой нефтью (Saterbak et al., 2000; Van Gestel et al., 2003; Sabate et al., 2004; Molina-Barahona et al., 2005; Plaza et al., 2005; Xu et al., 2010; Frutos et al., 2012; Llado et al., 2012). Информация о токсичности отходов, содержащих и нефтепродукты, и радиоактивные элементы ограничена. В то же время она является крайне важной, поскольку многие соединения в отходах в процессе хранения трансформируются в метаболиты, токсичность и устойчивость которых неизвестна (Киреева с соавт., 2003; Кураков с соавт., 2006; Al-Mutairietal., 2008). Отсутствует также информация о миграции по почвенному профилю углеводородов и радиоактивных элементов и их влиянию на почвенные сообщества.

Сложность обращения с подобными отходами определяется многообразием их видов и состава, высокой опасностью. Физико-химические методы обработки нефтесодержащих отходов являются дорогостоящими, энергоемкими и сопряжены с образованием вторичных отходов, захоронение которых представляет дополнительную проблему (Ouyangetal., 2005; Das, Mukherjee, 2007; Biswaletal., 2009; Wangetal., 2012). В связи с этим активно развиваются направления, использующие биологические методы.

В литературе широко представлены данные о биоремедиации нефтезагрязненных почв (Balbaetal., 1998; Bentoetal., 2005; Кураков с соавт, 2006; Wangetal., 2012; Lladoetal., 2013). Однако данные о деструкции углеводородов в отходах немногочисленны, при этом в основном обсуждается возможность их деструкции в жидких средах (ManaCapellietal., 2001; Biswaletal., 2011; Reddyetal., 2011). Публикации, посвящённые деструкции микроорганизмами нефтяных компонентов в отходах, содержащих природные радионуклиды, практически отсутствуют.

Цель настоящей работы – оценка воздействия компонентов отходов нефтедобывающего комплекса на почвенные системы и разработка способа их биоремедиации.

Задачи исследования.

  1. Охарактеризовать радиоактивные отходы нефтедобывающего комплекса по уровню радиоактивности, содержанию нефтяных компонентов и их фракционному составу.
  2. Оценить токсичность компонентов отходов с использованием элюатных (тесты на бактериях Bacilluspumilus, на инфузориях Parameciumcaudatum, на водорослях Scenedesmusquadricauda, на низших ракообразныхDaphniamagna, на пресноводных рачкахThamnocephalusplatyurus, на коловратках Brachionus calyciflorus, на высших растениях Raphanussativus) и контактных (тесты на растениях Raphanussativus, на бактерияхBacilluspumilus) тестов.
  3. Осуществить лабораторное моделирование процесса миграции компонентов нефтесодержащих отходов по почвенному профилю. Определить миграционную способность нефтяных компонентов и радиоактивных элементов. Оценить изменение состояния микробного сообщества почвенных колонок на основе анализа общей микробной биомассы, ферментативной активности, численности гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов в условиях воздействия.
  4. Методами дисперсионного и кластерного анализов установить доминирующий фактор при воздействии на микробные сообщества отходов, содержащих нефтепродукты и радиоактивные элементы.
  5. Осуществить лабораторное моделирование процесса ремедиации отходов нефтедобывающего комплекса с использованием приёмов биостимуляции и биоаугментации. Оценить изменение содержания радиоактивных элементов, нефтепродуктов, фракционного состава в процессе ремедиации. Выявить закономерности изменения функционирования микробных сообществ на основании анализа микробной биомассы, респираторной и ферментативных активностей, численности гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов. Определить изменение фитотоксичности в процессе ремедиации.
  6. Методами молекулярной биологии выявить изменения в структуре микробных сообществ при ремедиации отхода.

Положения, выносимые на защиту.



Отходы, отобранные в товарном парке, содержат нефтепродукты, в составе которых доминируют насыщенные и ароматические углеводороды; среди радиоактивных элементов основным является радий.

Токсичность отходов по отношению к водным организмам, бактериям и растениям обусловлена содержанием в отходе нефтяных компонентов и их кислотностью. По уровню чувствительности к компонентам отходов биологические тесты составляют ряд тест с D. magna(30.1)>тест сB. calyciflorus(13.0)> тест сP. caudatum(12.3)>тест сS. quadricauda(7.6) тест сR. sativus(7.5)>тест сT. platyurus(6.2)>тест сB. pumilus(4.2)>тест «Эколюм» (1.0).

Размещение радиоактивных нефтесодержащих отходов на поверхности почвы приводит к миграции нефтяных компонентов и радионуклидов: достоверный негативный эффект на микробное сообщество оказывают нефтепродукты в верхнем 20-см слое почвы.

Оптимальным способом ремедиации отхода является его обработка с компостом.

Научная новизна. Впервые с использованием батареи тестов проанализирована токсичность радиоактивных отходов, образующихся в процессе добычи нефти, и установлено, что основной вклад в её формирование вносят нефтяные углеводороды, которые оказывают наибольший эффект в отношении простейших и водорослей и не влияют на активность бактерий. Показано, что контактные тесты на основе R. sativus и B. pumilusболее чувствительны к компонентам отходов по сравнению с элюатными тестами на основе этих организмов. Выявлено, что отход, подвергнутый термической обработке, более токсичен по сравнению с исходным.

Впервые показано, что миграция радиоактивных элементов из отходов по почвенному профилю зависит от уровня содержания нефтепродуктов в отходе. Не выявлено негативного влияния радиоактивных элементов на функционирование микробного сообщества почв. Установлено, что вымывающиеся в почву нефтепродукты вызывают снижение уровня микробной биомассы почвы, наиболее выраженное в верхнем (0-20см) почвенном горизонте, увеличение респираторной активности и численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

Проведено сравнение эффективности биодеградации нефтяного компонента отходов при применении различных методов биоремедиации – ландфарминг, биостимуляция, биоаугментации и их сочетаний. Установлено, что методы биоаугментации эффективны при высоком содержании нефтепродуктов. Способом, обеспечивающим наиболее эффективное снижение нефтепродуктов, является обработка отхода компостом и специально селекционированными микроорганизмами.

Впервые методами молекулярной биологии показано, что при обработке почвы отходом происходит изменение структуры сообщества в сторону доминирования устойчивых к воздействию нефтяных компонентов видов микроорганизмов, идентифицированных как Dyellasp.,Sinobacterflavusи Parvibaculumlavamentivorans.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертационной работе результаты являются основой способа биоремедиации отходов нефтедобывающего комплекса. Полученные результаты могут быть использованы при разработке мер по минимизации негативного влияния нефтяных отходов на окружающую среду и совершенствованию отдельных аспектов экологического нормирования хозяйственной деятельности человека.

Результаты исследований используются при проведении практических работ по курсам «Управление в обращении с отходами», «Нормирование и снижение загрязнения окружающей среды» на кафедре прикладной экологии Казанского (Приволжского) федерального университета.





Апробация работы.

Материалы работы доложены на I городской студенческой конференции «Междисциплинарные исследования в области естественных наук» (Казань, 2008), 13 Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2008), Всероссийской научной конференции с международным участием «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований» (Казань, 2009), II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010), II международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Прогрессивные технологии и перспективы развития» (Тамбов, 2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодёжи «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2010), ProceedingsoftheInternationalSymposium "Euro-ECO - Hanover 2011": Environmental, Engineering (Hanover, Germany, 2011),II Международной научно-практической конференции «Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика» (Казань, 2012), 4thInternationalConferenceonEnvironmentalManagement, Engeneering, Planninig andEconomics (CEMERE) andSECOTOXConference (Mykonosisland, Greece, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в журналах из Перечня ВАК.

Личный вклад автора в работу состоит в выполнении экспериментальной части диссертации, обсуждении результатов и формулировании выводов на их основе. Соавторами публикаций являются научный руководитель д.б.н., проф. Селивановская С.Ю., к.б.н., доцент, Галицкая П.Ю., к.ф-м.н., доцент Бадрутдинов О.Р., участвовавшие в обсуждении результатов. В создании программы для математической обработки результатов принимал участие к.ф-м.н, д.б.н., проф. Савельев А.А.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах; состоит из обзора литературы, описания материалов и методов исследований, раздела собственных исследований и обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа содержит 39 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 75 отечественных и 293 зарубежных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 Обзор литературы

В обзоре литературы приведены характеристики отходов, образующихся при добыче и производстве нефти: содержание и фракционный состав нефтепродуктов, активная концентрация природных радиоактивных элементов (РЭ) 226Ra, 232Th и 40К. Представлены данные о токсичности отдельных компонентов нефти, почв, загрязнённых нефтью, нефтесодержащих отходов и природных РЭ.

Основная часть обзора литературы посвящена влиянию загрязнения почв углеводородами на характеристики почвенного микробного сообщества: численность гетеротрофных и углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), микробную биомассу (Смик), респираторную и ферментативную активность почв, структуру микробного сообщества. Произведён анализ публикаций, посвящённых биодеградации нефтяных углеводородов (УВ) и современным способам рекультивации нефтезагрязнённых почв и нефтесодержащих отходов. Особое внимание уделено биологическим способам ремедиации: биостимуляции и биоаугментации.

Глава 2 Материалы и методы исследования

Объекты исследования, схема эксперимента. Объектами исследования являлись 16 отходов, отобранных в различных резервуарах Тихоновского товарного парка (Альметьевск, Республика Татарстан): М, С, Н, Р, Р1, Р2, И1, И2, И3, Н1, Н2, Н3, Н4, НТ1, НТ2 и НТ3. Отход Р1 был получен путем удаления нефтяных компонентов из отхода Р2.

Для моделирования процессов миграции компонентов отходов по почвенному профилю были отобраны 6 ненарушенных почвенных монолитов высотой 60 см. На поверхность колонок были помещены отход Р2 (колонки Н) и отход Р1 (колонки Р). Количество отходов было уравнено по содержанию РЭ. В качестве контрольных использовали колонки без внесения отходов (колонки К). Колонки орошали в течение месяца водой, имитируя дождевые осадки. Через месяц отходы удаляли с поверхности колонки, разбирали почву по горизонтам 0-20, 20-40 и 40-60 см. В образцах определяли содержание нефтепродуктов, РЭ, рН, электропроводность, показатели микробного сообщества (Смик, респираторную, дегидрогеназную и целлюлазную активности, численность гетеротрофных бактерий и УОМ).

Для определения способа ремедиации использовали отход НТ1. Для этого отход вносили в почву в соотношении 1:4 (образец ОП); отход вносили в почву и добавляли компост в количестве 5% по массе (образец ОПК), в отход вносили компост в количестве 5% по массе (образец ОК); в отход вносили почву в соотношении 1:4, добавляли компост в количестве 5% по массе и вносили смесь двух штаммов микроорганизмов-деструкторов в количестве 250 мл на 1 кг отхода (образец ОПКМ); в отход вносили компост в количестве 5% и смесь двух штаммов микроорганизмов-деструкторов в количестве 250 мл на 1 кг отхода (образец ОКМ). В каждой из смесей доводили соотношение C:N мочевиной до 10:1. В качестве контроля использовали отход без внесения добавок (образец О) и почва без внесения добавок (образец П). Отбор проб производили на 0, 7, 14, 21, 35, 49, 80 и 123 сутки инкубирования и измеряли содержание УВ, активность РЭ,Смик, респираторную активность, численность гетеротрофных бактерий, выращенных на питательной среде МПА, УОМ. Фитотоксичность смесей определяли на 0, 14, 35, 80 и 123 сутки инкубирования.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.