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

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.

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.

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.

Исследованы микробиологические и физико-химические характеристики нефтяных месторождений Монголии - Зуунбаян, Цаган-Элс с пластовой температурой 27-30С и Тамсагбулаг - 55-75С. Определена численность углеводородокисляющей, сульфатредуцирующей и денитрифицирующей физиологических групп пластового биоценоза. В процессе окисления вязких нефтей Монголии изолированной углеводородокисляющей микрофлорой степень биодеструкции увеличивается от 1,6 до 8,15, накапливаются продукты метаболизма, снижающие поверхностное натяжение от 70 до 42 мN/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы показали глубокие деструктивные изменения углеводородов нефтей Монголии в процесссе биодеструкции.

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 работе приведены результаты по исследованию смачиваемости микросфер высокоэнергетической золы. Показано, что они обладают дифильными свойствами, причем высота капиллярного поднятия для нормальных алканов и ароматических углеводородов в два раза выше, чем для воды. Впервые обнаружена уникальная способность сферозолы сорбировать нефти различного состава с образованием твердых, легко отделяемых структурированных фаз без остаточных нефтяных радужных пленок. Показано, что площадь образуемых пятен зависит от плотности нефти. Сделан вывод о перспективности применения сферозолы как нового сорбента при сборе разливов нефти. Высказано предположение о возможности использования данного сорбента в процессах селективного разделения изомерных ароматических и алифатических углеводородов.

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%.

Метод ИК-спектрометрии использован для сопоставления нефтей юрских отложений востока и юго-востока Западной Сибири с целью выявления среди них родственных групп. Определены характеристические особенности нефтей каждой группы. Показана возможность использования коэффициента D1030/D1465 для оценки сернистости нефти.

В работе исследован процесс биодеструкция разных концентраций высоковязкой нефти месторождения Тамсагбулаг с применением композиции на основе поверхностно-актвных веществ (ПАВ). Показано, что после периода адаптации, микроорганизмы приспосабливаются к углеводородам высоковязкой нефти и их численность возрастает на 3-4 порядка, ферментативная активность увеличивается в 4-6 раз. За 60 суток эксперимента утилизация нефти составила от 50 до 85 % в зависимости от первоначальной концентрации. Биодеструкция насыщенных углеводородов прошла на 80-95 %. Деструкции подверглись не только н - алканы, но и ароматические соединения.

Методами ИК- и 1Н ЯМР-спектроскопии проведено исследование стандартных, использованных индустриальных, моторных масел, выделенных из них смол в сравнении с модельными соединениями. Показано, что смолистые соединения в процессе термических и механических деформаций масел образуются в основном за счет полимеризации (димеризации и тримеризации) протонированных алифатических углеводородов, молекулы которых предварительно претерпели возмущение и искажение исходной пространственной структуры. Небольшая часть смол образуется в результате конденсации окисленных углеводородов.

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.

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.

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.

В краткой доступной форме изложены основные сведения по нефтепереработке. Представлена историческая справка, рассмотрены состав нефти и ее подготовка к переработке. Дано описание основных процессов, охарактеризованы получаемые при этом продукты и их использование при выработке товарного ассортимента. Большое внимание уделено современным требованиям к качеству горючесмазочных материалов, методам их анализа, а также экологическим проблемам. Для специалистов, занимающихся переработкой нефти и впервые знакомящихся с этой отраслью промышленности. Будет также полезна студентам, аспирантам, инженерно-техническим работникам и преподавателям технических вузов.

Представлены рузультаты анализа двух методки ИК-спектрометрического определения суммарного содержания нефтепродуктов в почве, одна из которых предполагает предварительное трехкратное встряхивание пробы с растворителем. Концентрации нефтепродуктов в 5 пробах почвы, определенные по методике с предварительным встряхиванием, оказались меньше, чем концентрации нефтепродуктов, определенные в этих же пробах по методике без встряхивания. Такое поведение нефтяных систем объясняется тем, что новые мицеллы, образующиеся в результате интенсификации гомолитических процессов, сорбируются вместе со совими неполярными внешними оболочками на хроматограической колонке с оксидом алюминия.

В сборник включены статьи, посвященные методическим вопросам исследования химического состава нефтей и их компонентов различными инструментальными методами. Подробно рассмотрены новые и усовершенствованные методики исследования компонентов нефтей с помощью масс-спектрометрии, ЯМР-, ИК- и люминесцентной спектроскопии, нейтронно-активационного, атомно-адсорбционного и рентген-эмиссионного анализов. Обсуждаются возможности применения математической статистики при исследовании сложных смесей органических соединений. Описаны разработанные методики определения микроэлементов и гетероатомов. Книга рассчитана на специалистов, работающих в области исследования природных смесей, а также химии и переработки нефти.

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 монографии обобщены результаты детального изучения состава высокосернистого природного асфальтита жильного типа и продуктов его термического превращения при автоклавной конверсии в сверхкритической воде, акватермолизе в проточном реакторе при 175-575С, флэш-пиролизе асфальтита, асфальтенов, масел, смол при 400 и 650С. Исследования проведены с использованием анализа элементного и компонентного состава, спектрофотометрии, ИК- и ЭПР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, газожидкостной хроматографии, хроматомасс-спектрометрии. Изложенные материалы расширяют представления о строении смолисто-асфальтеновых и масляных компонентов нефтей и природных битумов, путях катагенетического преобразования органического вещества осадочных пород при воздействии природных и техногенных факторов и являются научной основой для совершенствования и разработки способов переработки природных битумов. Книга представляет интерес для научных работников, аспирантов и студентов, проводящих исследования в области химии и геохимии нефти и природных битумов, их добычи и переработки.

Рассмотрены вопросы применения метода геостатистического анализа, основанного на новых информационных технологиях, для исследования распределения высоковязких нефтей в зависимости от изменения физико-химических свойств. Показано, что высоковязкие нефти в среднем являются тяжелыми, сернистыми, высокосмолистыми, высокоасфальтеновыми, с низким содержанием парафинов и легкой фракции.

Проведен математический анализ данных эмульсий высокосмолистых нефтей с различным содержанием деминерализованной и минерализованной водой. Показано, что свойства эмульсий с деминерализованной водой определяются содержанием и составом смол, а на свойства эмульсий с минерализованной водой основное влияние оказывают содержание и состав асфальтенов.

Синтезированы цеолиты типа ZSM с силикатным модулем 60-200 при использовании в качестве структурообразующей добавки гексаметилендиамина. С помощью методов ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа установлено, что полученные цеолиты принадлежат к типу ZSM-5, а их степень кристалличности составляет более 80%. Кислотные характеристики образцов определены методом термопрограммированной десорбции аммиака, а каталитические свойства изучены в процессе превращения прямогонной бензиновой фракции нефти. Показано, что с увеличением силикатного модуля цеолита происходит снижение количества кислотных центров, при этом их сила уменьшается незначительно. Полученные СВК-цеолиты могут быть использованы в качестве основного компонента катализаторов облагораживания прямогонной бензиновой фракции нефти.

Приведены сведения о физических свойствах нефти и воды. Описаны системы сбора и подготовки нефти, рассмотрено устройство входящего в них оборудования, узлов и агрегатов. Даны технические характеристики замерных установок, промысловых трубопроводов, центрального сепарационного пункта, установок комплексной подготовки нефти, водозаборных сооружений и водоочистных станций. Изложен порядок обслуживания оборудования, устранения различных неисправностей и ремонта. Особое внимание уделено охране труда и окружающей среды. Для операторов по добыче нефти и поддержанию пластового давления, а также рабочих, занятых монтажом, обслуживанием и ремонтом нефтепромыслового оборудования.

С использованием современного инструментального физико-химического анализа установлены общие композиционные и структурные показатели нескольких образцов нефтей многопластового месторождения Цаган-Элс. Молекулярная масс-спектрометрия обессмоленных нефтей позволила определить групповые концентрации и молекулярно-массовые распределения углеводородов, относящихся к 30 различным структурным типам, в каждом из исследованных образцов. Все отмеченные параметры этих впервые исследованных нефтей сравнены с аналогичными характеристиками других, ранее изученныех нефтей.

Книга включает в себя доклады, которые были обсуждены на IV Всероссийской конференции молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии" (Томск, 19-21 октября 2009 г.). В представленных материалах затрагиваются фундаментальные проблемы сильноточной электроники; материаловедения; физики атмосферы; экологии природных комплексов, химии нети и газа; исследования и обработки органических и неорганических материалов; современные методы обработки и анализа информации. Опубликованные материалы представляют интерес для специалистов, работающих в областях естественных и инженерных наук, а также аспирантов и молодых ученых, работающих в смежных направлениях, развиваемых в Томском научном центре. Доклады представлены в авторской редакции.

Установлено, что основными загрязняющими веществами речной системы на территории разрабатываемых месторождений Томской области являются нефть и нефтепродукты, содержание которых в воде превышает предельно допустимые концентрации. Показано, что космоснимки и данные дистанционного зоднирования Landsat и ASTER GDEM, SRTM можно использовать с целью картографирования зон разливов нефти, для оценки рисков загрязнения водных объектов и расчета модуля смыва нефтепродуктов с нефтезагрязненных водосборов для определения их суммарного годового поступления в речную систему.