Исследовано влияние высоковязкой нефти месторождения Цагаан Элс (Монголия) на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. Показано, что после адаптации микроорганизмов к углеводородам их численность возрастает на два порядка, а ферментативная активность увеличивается в 2-3 раза. За 180 сут. эксперимента утилизация вязкой нефти составляет 78%. Анализ нефти после биодеградации показал, что в ней содержится большое количество кислородсодержащих соединений - промежуточных продуктов окисления при микробиологической ассимиляции нефтяных углеводородов. В составе исследуемой высоковязкой нефти все углеводороды затронуты биохимическим окислением почвенными микроорганизмами.

Исследовано влияние высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации (10 сут) общая численность гетеротрофных микроорганизмов возрастает от (0,6-0,7)*10-6 до (890-990)*10-6 КОЕ/г; при этом происходит снижение биоразнообразия и в 3-4 раза возрастает активность почвенных ферментов. За 180 сут. эксперимента общая утилизация нефти в среднем составила 85,0% от ее исходного количества. При этом все нефтяные фракции подверглись окислению: общая деструкция масел (алканы, изоалканы, нафтены, арены) сотавила в среднем 86,9%. Установлено, что биохимическая трансформация высокомолекулярных гетероорганических соединений (ВМГС) нефти протекает одновременно с минерализацией более легких фракций. Утилизация смол и асфальтенов в среднем составила 86,8 и 55,1%, соответственно. Доказано, что в процессе окисления ВМГС происходит уменьшение их молекулярной массы за счет деградации алкильных заместителей, а также за счет частичного разрушения ароматических и нафтеновых циклов.

В лабораторных условиях исследовано влияние света, моделирующего солнечный спект, трансформированного светокорректирующей пленкой, на ферментативную окислительную активность микроорганизмов в жидкой среде, загрязненной нефтью в концентрации 2%. В условиях применения светокорректирующей пленки, как укрывного материала, возрастает численность микроорганизмов, повышается их ферментативная активность. При этом каталазная и дегидрогеназная активность увеличивается в 2-2,5 раза, динамика накопления альдегидов возрастает в 2,5 раза. По данным ГЖМ-, ЯМР- и ИК-спектрометрии процессы биохимического окисления углеводородов нефти протекают в 2-3 раза быстрее, по сравнению с контрольным вариантом.

В лабораторных условиях показана возможность биохимического окисления смеси отработанных масел (ОМ) ассоциацией углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ): Arthrobacter globiformis, Bacillus cereus, Pseudomonus stutzeri и Ps. putida. В режиме проточного культивирования при численности УОМ 20-45-10 КОЕ/мл эффективнсоть биодеструкции ОМ составляет 63,6-92,8% за 60 сут при исходных концентрациях ОМ от 30 до 60% мас. Показано, что УОМ в процессе окисления вырабатывают поверхностно-активные вещества, способствующие снижениию межфазного наятжения, диспергированию и более полному окслению углеводородв (УВ) масел. Биоокислению на 80-100% подвергаются насыщенные, циклические и ароматические УВ.

Приведены физико-химические исследования товарного и отработанного вакуумных масел марки ВМ-4. На модельной системе показана возможность биохимического окисления отработанного вакуумного масла углеводородокисляющими микроорганизмами. Численность микроорганизмов в процессе окисления углеводородов, входящих в состав отработанного масла, возрастает до десятков миллиардов клеток на миллилитр среды. Эффективность окисления углеводородв, входящих в состав масла, составляет 24-26% в зависимости от первоначальной концентрации.

Исследовано влияние дисперсного материала на основе технического углерода и моющей композиции ИХН-КА на рост и ферментативную активность аборигенной микрофлоры серой лесной оподзоленной почвы в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии углеродного материала степень деструкции нефти составила 56%, а при внесении дополнительного азотного питания - 77%. В почве без сорбента и минерального питания деструкция составила 13%.

В лабораторных условиях исследовано влияние фотолюминесцентных (светокорректирующих) пленок на рост численности и ферментативную активность аборигенной микрофлоры почв, загрязненных нефтью в концентрации до 5%. Увеличение численности микрофлоры коррелирует с повышением ферментативной активности: каталазы в 2-4, дегидрогеназы в 2,5, уреазы в 4,5, полифенолоксидазы и пероксидазы в 2-3 с контрольными вариантами без применения пленок.

Показана возможность эффективного биохимического окисления смеси отработанных вакуумных масел с помощью углеводородокисляющих микроорганизмов, представителей видов:Arthrobacter globiformis, Baciillus cereus, Pseudomonas stuzeri и Р.purida. Численность микроорганизмов в процессе окисления углеводородов, входящих в состав отработанного масла, возрастает на 5-9 порядков, до 30*10 в девятой КОЕ/мл среды. Предлагаемый метод, включающий удаление продуктов метаболизма в процессе эксперимента, обеспечивает эффективность биодеструкции на уровне 69 % за 30 сут. при исходной концепции отработанного масла как 25 %, так и 50 %. Проведены физико-химические исследования смеси отработанных вакуумных масел до и после биодеструкции. Установлено, что обработанное масло практически не содержит свободных кислородсодержащих соединений. Все промежуточные продукты метаболизма переходят в водную фазу и подвергаются полной минерализации либо включаются в метаболизм бактериальной клетки.

Показана возможность биохимического окисления смеси полиароматических углеводородов (ПАУ) в отсутствии других источников углерода и энергии ассоциацией углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) видов Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas putida, Bacillus cereus u Arthrobacter globiformis. Численность микроорганизмов в процессе культивирования увеличивалась от 0.25 * 10 в 4 степени до 11 * 10 в 8 степени КОЕ/мл среды, что сопровождалось увеличением их оксигеназной активности. Все идентифицированные ПАУ подвергались окислению; степень деструкции би-, три-, пента-, гексааренов и их метилзамещенных гомологов варьировала от 11.3 до 100 %.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию нефтяных загрязнений на активность почвенной микрофлоры. Концентрация нефти в почве до 5% стимулирует рост аборигенной микрофлоры. Введение питательного азотистого субстрата в загрязненную почву, увеличивает численность и окислительную активность микроорганизмов. Деструкция насыщенных углеводородов нефти в течение 30 суток составляет при этом 80-90%. Увеличение концентрации нефтезагрязнения почвы до 10%, оказывает угнетающее действие на почвеннй биоценоз. Процессы окисления углводородов незначительны.

Рассмотрено влияние металла-комплексообразователя в молекуле тетрафенилпорфина на его каталитическую активность в реакции окисления алкилароматических углеводородов молекулярным кислородом. Найдена зависимость каталитической активности металлопорфиринов (ТФП Сo, Cu, Zn, Mn, In) от их потенциалов окисления и распределения электронной плотности в молекуле. Показано влияние электронодонорного соединения имидазола на скорость реакции окисления.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована микробиологическая деструкция сол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти доступны для окисления почвенными микроорганизмами, за 180 сут эксперимента утилизация смол составила 41.5 мас. %, асфальтенов - 35.0 мас. %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулряных гетероатомных компонентов. Биодеструкция смол и асфальтенов протекает преимущественно с "отщеплением" периферийных парафиновых структур, ароматическое ядро преобразуется менее существенно.

В предлагаемой книге на основании системного комплексного анализа оригинальных данных автора и последних литературных данных освещены практически все аспекты многоплановой проблемы нефтяного загрязнения различных районов Мирового океана. Учитывая, что основу нефтей составляют углеводороды, в книге в основном рассматривается поведение углеводородов во всех формах миграции и во всех океанских внешних сферах: (атмо-, крио-, био-, гидро-, латосфере) с учетом просачивающихся углеводородов из осадочной толщи. Проведена подробная инвентаризация источников поступления ангропогенных и природных углеводородов. На основании биогеохимического подхода описаны закономерности количественного и качественного распределения углеводороов: алифатических (в том числе алкановых) и полициклических ароматических. Установлены особенности распределения углеводородв в экосистемах высокоширотных акваторий Арктики и Антарктики, в импактных и фоновых районах. Особое внимание уделено их поведению в морях, где в настоящее время уже происходит добыча и интенсивная транспортировка нефти: в Баренцевом, Карском, Белом, Балтийском, Черном и Каспийском. Установлено, что антропогенные углеводороды, выносимые реками, оседают в области смешения речных и морских вод (маргинальных фильрах) и не попадают в открытые морские воды. При таком подходе представляется возможным получить достаточно объективное представление о нефти как о токсическом факторе, а также о реальных и потенциально возможных последстивиях нефтяного загряжнения морских акваторий. Результаты работы могут быть использованы для решения экологических задач: в процессе экспертизы и при мониторинговых исследованиях, для рекомендаций по применению средств и методов предотвращения и борьбы с нефтяным загрязнением.

С применением методов ИК-спектрометрии и хромато-масс-спектрометрии исследованы процессы биоокисления углеводородов нефти и определены наиболее значимые биоиндикаторы. характеризующие активность биодеструктивных процессов в условиях глубинных скважин Вахского месторождения.

Приведены результаты восстановления модели нефтешлама от загрязнения с помощью комплексного микробиологического и физико-химического метода. Показано, что отмыв моющей композицией снижает загрязненность грунта на 55-75 %. Последующая биодеструкция аборигенной микрофлорой дополнительно снижает загрязнение за месяц на 20-30 %. В механической части шлама микрофлору целесообразно стимулировать азот- и фосфорсодержащими минеральными субстратами, а в отработанной воде минеральное питание обеспечивается компонентами композиции. Изменения структурно-группового и индивидуального состава углеводородов в отработанной воде соответствуют начальной стадии биодеградации, а в открытом грунте - средней, что свидетельствует о низкой активности аборигенной микрофлоры.

Проведены исследования пластовых флюидов месторождения Тамсагбулаг (Монголия) для разработки комплексного физико-химического метода интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи с применением микроорганизмов. Пластовые условия месторождения способствуют формированию разнообразного биоценоза, представленного микроорганизмами родов Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium. Микрофлора положительно реагирует на внесение нефтевытесняющей композиции в концентрации 5 % в качестве источника азотного питания. Пластовая микрофлора обладает углеводородокисляющей активностью со степенью биодеструкции вязкой нефти 8.15 с накоплением продуктов метаболизма, снижающих поверхностное натяжение от 70 до 42 мН/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы подтвердили глубокие деструктивные изменения углеводородов вязких нефтей. При этом коэффициент окисленности (С=О) увеличился в 16 раз. При моделировании вытеснения вязкой нефти с применением комплексного метода получен относительный прирост коэффициента нефтевытеснения 14,4 %.

В лабораторных условиях исследовано влияние высоковязкой нефти Усинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации, микроорганизмы приспосабливаются к углеводородам высоковязкой нефти и скорость биохимического окисления возрастает. За 60 суток эксперимента утилизация нефти составила 50 %. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии показал появление полос поглощения в области 1070, 1165, 1730, 1270, 3300 см-1, что указывает на присутствие большого количества кислородсодержащих соединений и свидетельствует о процессах окисления углеводородов нефти. Хроматомасс-спектрометрический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции: утилизация насыщенных ациклических УВ составила 77.5 %, циклических - 99.2 %, алкилбензолов - 99 %, биоароматических - 97-99 %, триароматических - 96 % и полиароматических - 97 %.

Методом гидротермального синтеза из щелочных алюмокремнегелей получены цеолиты структурного типа ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11 и ZSM-12, которые модифицировались цинком методом пропитки. Изучены их кислотные свойства и установлено, что катализаторы отличаются друг от друга распределением и соотношением кислотных центров разного типа. Показана возможность прямой химической переработки этана в ароматические углеводороды на Zn-содержащих цеолитах различного структурного типа. Установлено влияние структуры высококремнеземных цеолитов на активность и селективность приготовленных на их основе Zn-содержащих катализаторов. Показано, что наиболее эффективным ктализатором процесса превращения этана в ароматические углеводороды является цеолит структурного типа ZSM-5, модифицированный цинком.

Проведены микробиологические и физико-химические исследования воды и донных отложений щелочных озер Хакасии. Минерализация воды разных озер составляет от 20 до 135 г/дм3. При активном участии бактериального сообщества идут процессы синтеза и деструкции органических веществ, регенерация химических элементов и вовлечения их в биогеохимические циклы. В составе органического вещества, экстрагированного из воды и донных осадков оз. Тус, определены фталаты, алканы, ароматические углеводороды, фенолы и кислородсодержащие соединения природного и антропогенного происхождения.

Проведено сравнение эффективности двухстадийного процесса обессеривания - комбинации окисления различными окислителями (озон, пероксиды) с обычным процессом гидроочистки. Изучено влияние количества окислителя и условий проведения процесса степень окисления сернистых соединений. Проанализированы изменения группового состава насыщенных и ароматических углеводородов, сернистых соединений насыщенного и ароматического характера, происходящие при окислении образца и последующей адсорбционной очистке полученных продуктов.

Методами ИК- и хроматомасс-спектрометрии исследовано распределение органических соединений в донных отложениях озер Алтая и Хакасии. Состав и содержание отдельных групп углеводородов и кислородсодержащих соединений свидетельствуют не только о природных, но и об антропогенных факторах образования органической составляющей донных отложений.

Сравниваются результаты двух методик ИК-спектрометрического определения суммарного содержания нефтепродуктов в почве. Методами гравиметрии и ИК-спектрометрии поэтапно исследованы стадии извлечения нефтепродуктов из почвы в соответствии со стандартными методиками, что позволило определить влияние мицеллярных образований в нефтяных дисперсных системах на количество извлекаемых нефтяных углеводородов.

Представлены результаты анализа компонентного состава органических соединений в донных отложениях озер Республики Хакасия. Отмечено, что основными компонентами озерных осадков являются алканы, полициклоароматические углеводороды, кислородсодержащие соединения. Молекулярно-массовое распределение и содержание органических соединений в донных отложениях свидетельствуют как о природных, так и антропогенных источниках их происхождения.

Исследована окислительная способность биоценоза пластовых вод нефтяной залежи Вахского месторождения, численность которого составляет 420 тыс. клет./см3. При культивировании пластовой микрофлоры в контакте с нефтью, ее численность увеличивается на 1 порядок, при введении раствора композиции, содержащей азотистые компоненты, – на 4 порядка. Стимулируется их деструктивная активность. Хроматографический анализ показал, что максимальные изменения в процессе биодеструкции произошли в содержании моно-, би- и триароматических углеводородов.

Исследованы образцы нефти из двух скважин Верхне-Салатского месторождения (скв. № 118 и 122). Установлено, что они существенно различаются как по содержанию смолистых и ароматических компонентов, так и по составу парафино-нафтеновых углеводородов, что определяет особенности образования в них осадка. Так, для образца нефти из скв. № 122, характеризующейся повышенным содержанием смолистых компонентов, процесс осадкообразования начинается при температуре 50 оС. Для образца нефти из скв. № 118 процесс формирования осадка происходит при 70 оС. Снижение температуры потока нефти приводит к кристаллизации парафиновых углеводородов преимущественно по дендритному типу и увеличению аморфности структуры нефтяного осадка.

На примере модельных смесей и нефтяных триароматических углеводородов подобраны оптимальные условия проведения высокоэффективной жидкостной хроматографии на различных сорбентах. Показана возможность отделения триароматических углеводородов от тиофеновых, три- и тетрациклических соединений на силикагеле с приватой NH2-группой. Показана эффективность применения фазы ODS-CH для разделения гомологов алкилфенантренов.

Исследована зависимость численности и активности пластовой микрофлоры от химического состава и вязкости нефтей, позволяющая решать задачи повышения эффективности технологий и увеличения нефтеодачи в условиях добычи трудноизвлекаемых видов нефтей с аномальными свойствами (вязкие, тяжелые, парафинистые, смолистые). Для изучения особенностей влияния химического состава нефти на численность, распространение и активность пластовой микрофлоры использованы данные о микробиологических свойствах пластовых вод 16 нефтяных месторождений различных нефтегазносных бассейнов России, Монголии, Китая и Вьетнама. Данные о физико-химических свойствах нефтей этих месторождений получены из базы данных, созданной в Институте химии нефти СО РАН по физико-химическим свойствам нефтей мира. Установлено, что пластовые воды месторождений вязких нефтей харктеризуются значительной чиленность гетеротрофных и сульфатвосстанавливающих бактерий, а пластовые воды месторождений нефти с высоким содержанием парафинов - численностью денитрифицирующих бактерий.

Изучены кислотные свойства и каталитическая активнсоть модифицированных платиной и галлием высококремнеземных цеолитов типа ZSM-5 в процессе совместной конверсии бутана и гексана. Показано, что введение модифицирующих металлов (Ga, Pt) на стадии гидротермального синтеза изменяет кислотные и каталитические свойства исходного цеолита. Наибольшую эффективнсоть в процесс ароматизации исследуемых алканов проявляет Ga-HZSM-5. На всех образцах (H-ZSM-5, Ga-HZSM-5, Pt-HZSM-5) эффект своместного превращения бутана и гексана не обнаружен.