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.

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%.

Исследовано влияние дисперсных материалов на основе технического углерода на рост и ферментативную активность аборигенной почвенной микрофлоры в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии дисперсных углеродных материалов показано увеличение на 20-30% активности ферментов группы каталазы, дегидрогеназы и полифенолоксидазы, повышение в 2-5 раз численности основных физиологических групп микрофлоры в фазу экспоненциального роста, увеличение на 20-28% степени деструкции нефти, усиление изменений структурно-группового состава нефтяного загрязнения.

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 полевых условиях исследовано влияние полиэтиленовых светокорректирующих пленок на рост и оксигеназную активность микрофлоры почв, загрязненных нефтью в концентрации 5%. Изучен стимулирующий эффект пленок на рост численности и повышение оксигеназной активности аборигенной микрофлоры. В конце опыта через 80 сут остаточное содержание нефти понижается на 68-77%. Хроматографический анализ остаточных насыщенных углеводородов показал, что полностью элиминированы легкие углеводороды С9-С14, на 80-90% уменьшилась концентрация углеводородов с большей молекулярной массой. При этом коэффициент биодеструкции углеводородов нефти, определяемый по отношению суммы н-алканов (С17 + С18) к сумме изоалканов (пристан+фитан), увеличивается в 5-6 раз.

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.

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.

Приведены состав и результаты испытаний бактериального препарата для очистки почвы и воды от нефтезагрязнения. Биопрепарат включает: аэробные нефтеокисляющие микроорганизмы, выделенные из нефти Советского месторождения, минеральный питательный субстрат, нормальные парафины С12-С18, твердый субстрат-носитель. В качестве субстрат-носителя предалагется использовать отходы сжигания углей на теплоэлектростанциях - алюмосиликатные микросферы. Совокупность уникальных свойств микросфер позволяет получить эффективный, легкий, сыпучий биопрепарат, который структурирует почву и не тонет в воде. Результаты модельных экспериментов показывают, что применение прдлагаемого биопрепарата существенно снижает уровень нефтезагрязнения воды и почвы.

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.

В книге проанализированы свойства углеводородов, определяющие их поведение в водных и геологических средах, источники поступления веществ-загрязнителей в природные воды, горные породы и почвы. Определены и систематизированы особенности нефтепродуктового загрязнения геологической среды и подземных вод. Установлено, что основное загрязнение природных вод нефтепродуктами связано с систематическими потерями при транспортировке, хранении и переработке на территории России, которые больше чем на порядок превышают объем потерь, связанных с катастрофическими разрывами трубопроводов, авариями танкеров и т. п. Для геологов, гидрогеологов, гидрологов, геохимиков, экологов.

В лабораторных условиях исследовано положительное влиние полиэтиленовых фотолюминесцентных пленок на оксигеназную активность аборигенной микрофлоры нефтезагрязненных почв в концентрации 50 г/кг. В опытных вариантах в конце эксперимента утилизация нефти составила 30-35 г/кг почвы, в контрольных вариантах 8-13 г/кг. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии, при использовании фотолюминесцентных пленок, показал появление полос поглощения (п.п.) в области 1710 см минус первой степени и 1600 см минус первой степени, а также увеличение спектральных коэффициентов С1, С2, А1, А2 в 1.5-3 и уменьшение С3, А3 в 15.5-2.5 раза, что указывает на интенсивные процессы окисления нефти.Хроматогрфический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции насыщенных ациклических углеводородов. В опытных образцах полностью элиминировали легкие углеводороды С9-С14, на 70-80 % уменьшилась концентрация углеводородов с большим молекулярным весом С15-С28. При этом коэффициент биодеструкции нефти, определяемый по отношению суммы изоалканов (пристан+фитан) к сумме н-алканов (С17+С18), с применение фотолюминесцентных пленок увеличивается в 5-6 раз.

Приведены результаты исследования сорбционных свойств материалов на основе железосодержащего осадка, выделенного из подземных вод, алюмосиликатных микросфер и торфяного сорбента "Сорбонафт" для извлечения нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов из воды.

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 %.

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.

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.

Использование воды различного состава (речная, озерная, подземня и т.д.) в водоводах, в результате протекающих в транспортируемой воде химико-биологических процессов, приводит к отложениям на стенках трубопроводов солей кальция, магния, железа, илистым и биологическим образованиям, что ведет к обрастанию стенок труб и ухудшению качества воды и увеличению затрат на прокачку воды. В последнее время в мировой практике получило распространение, наряду с традиционными механическими скребками, использование полимерных поршней, которые могут быть использованы для следующих операций: удаление мусора, отмывка и удаление ражвчины. В качестве полимерных поршней могут быть использованы высоковязкие или вязкоупругие жидкости, характеризующиеся неньютоновским течением, с помощью которых можно эффективно удалять механические примеси, газовые скопления, проводить антикоррозионную обработку внтуренней поверхности трубы. Введение различных наполнителей в полимерное тело улучшает их технологические совйства, так введение абразивных материалов может улучшить обработку внутренней поверхности труб. Введение наполнителей в виде синтетических и растительных волокон делает их более прочными и эластичными. Удаление механических примесей и других загрязнений не только улучшает качество воды, снижает гидравлическое сопротивление и улучшает перекачиваемотсь продукта и ведет к снижению энергозатрат.

В работе представлены экспериментальные данные изучения поведения водонефтяной эмульсии в условиях механического воздействия. Показано, что кварц существенно интенсифицируются процессы деструкции углеводородов нефти. Установлено, что механообработка эмульсии приводит к увеличению содержания смол и асфальтенов в нефти. Увеличение длительности механообработки эмульсии в присутствии кварца приводит к снижению содержания твердых парафинов в нефти.

Показана сравнительная степень оценки процессов биодеструкции углеводородов нефти, загрязняющих почву, с применением методов ИК- и ЯМР 1Н-спектроскопии.

Учебное пособие содержит материалы курса лекций, а также результаты многолетних мониторинговых исследований нефтезагрязненных территорий Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. Рассмотрены особенности восстановления почв и растительного покрова земель, подвергнутых рекультивации. Предназначено для студентов специальностей "Биология" и "Биоэкология" биологического факультета СурГУ очной и заочной формы обучения.

В монографии рассмотрены некоторые закономерности накопления тяжелых металлов и биологически активных веществ в растениях нефтезагрязненных территорий. Выявлены видовые и групповые различия в содержании этих веществ в растениях и их частях (корни, листья). Приведены оригинальные материалы по содержанию фотосинтетических пигментов и микроэлементов ряда видов растений Южно-Сургутского и Усть-Балыкского нефтезагрязненных ключевых участков ХМАО-Югры. Полученные результаты могут быть использованы для оценки стрессового воздействия окружающей среды на растения как урбанизированных, так и нефтезагрязненных территорий округа. Работа рекомендуется специалистами в области биологии, экологии, студентам и аспирантам естественнонаучных специальностей.

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.