Использование углеводородокисляющих бактерий при биоремедиации нефтезагрязненных почв и вод

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кирий О.А., Колесников С.И., 

Зинчук А.Н., Казеев К.Ш.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ БАКТЕРИЙ 

ПРИ БИОРЕМЕДИАЦИИ

НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ВОД 

Ростов-на-Дону 

2013

УДК 57.044; 631.4; 504.05
ББК 40.3

Рецензенты:

доктор биологических наук Е.Н. Бакаева;
доктор биологических наук Т.В. Денисова

Кирий О.А., Колесников С.И., Зинчук А.Н., Казеев К.Ш.
Использование
углеводородокисляющих 
бактерий 
при 

биоремедиации нефтезагрязненных почв и вод. Монография; Южный 
федеральный университет. - Ростов-на-Дону: Издательство Южного 
федерального университета, 2013. - 140 с.
ISBN 978-5-9275-1187-7

В монографии дана оценка эффективности применения препаратов 

углеводородокисляющих бактерий «Дестройл», «Родер» и «Универсал» 
для биоремедиации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв, 
водоемов, донных отложений, вод оборотного цикла водоснабжения и 
промышленных сточных вод на юге России.

Книга 
адресована 
специалистам 
в 
области 
экологии, 

природопользования, охраны окружающей среды, почвоведения, а также 
студентам и аспирантам. 

Табл. 20, рис. 14, библ. 193. 

Исследования выполнены при финансовой поддержке Южного 

федерального университета (213.01-24/2013-85, 213.01-24/2013-44), 

Министерства образования и науки Российской Федерации (5.5160.2011, 

14.515.11.0055, 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269).

Монография опубликована за счет средств Программы развития Южного 

федерального университета (213.01-24/2013-85).

УДК 57.044; 631.4; 504.05

ISBN 978-5-9275-1187-7
ББК 40.3

 Южный федеральный университет, 2013

 Кирий О.А., Колесников С.И., Зинчук А.Н., Казеев К.Ш., 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 5

ГЛАВА 1. НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ НЕФТИ И 
НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ................................. 8

1.1. ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ 
НЕФТЬЮ.................................................................................................................. 8
1.2. НЕФТЬ - ОСНОВНОЙ ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.......................... 12

1.2.1. Нефть, ее состав и свойства............................................................. 12

1.3. ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ И ИХ ОЧИСТКА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ..................................... 14

1.3.1. Вода и ее роль в обществе................................................................... 14
1.3.2 Характеристика загрязненности воды нефтью............................... 15
1.3.3 Состояние поверхностных водных объектов Ростовской 
области............................................................................................................ 16
1.3.4 Влияние хозяйственной деятельности на водную среду .................. 17
1.3.5 Способы очистки водоемов от нефти и нефтепродуктов ............. 20

1.4. ПОЧВА И ЕЕ ОСНОВНОЙ ЗАРЯЗНИТЕЛЬ .......................................................... 24

1.4.1 Почва, ее свойства и состав................................................................ 24
1.4.2. Загрязнение почвы нефтью................................................................. 25
1.4.3 Естественная трансформация нефти в почве ................................. 27
1.4.4. Мероприятия по восстановлению почв, загрязненных нефтью..... 28
1.4.5. Основные подходы к восстановлению загрязненных нефтью 
почв, принятые в мировой практике............................................................ 29

ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА 
ПРЕПАРАТОВ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ БАКТЕРИЙ ДЛЯ 
БИОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ И ВОДОЕМОВ ................................................ 35

2.1. ФАКТОРЫ САМООЧИЩЕНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ОСНОВНЫЕ 
НАПРАВЛЕНИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ............................................................. 35
2.2. ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТИ НА ПОЧВУ И ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА 
ПРОЦЕССЫ САМОВОССТАНОВЛЕНИЯ.................................................................... 38
2.3. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ РАБОТ............... 42
2.4. НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ В РОССИИ БИОПРЕПАРАТЫ....................... 44

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ............................ 48

3.1. ВЫБОР АКТИВНОГО МИКРООРГАНИЗМА-ДЕСТРУКТОРА УГЛЕВОДОРОДНЫХ 
ЗАГРЯЗНЕНИЙ ....................................................................................................... 48
3.2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТА «РОДЕР»....................................... 48
3.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕПАРАТА «УНИВЕРСАЛ»............................................. 49
3.4. ПРИМЕНЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ПРЕПАРАТА «ДЕСТРОЙЛ»......................... 50
3.5. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ВОДНЫХ 
ОБЪЕКТОВ............................................................................................................. 53

3.5.1. Биохимические методы оценки препаратной интоксикации 
ихтиофауны и других водных объектов ...................................................... 54
3.5.2. Эколого-рыбохозяйственное нормирование препаратов 
«Дестройл», «Родер», «Универсал» в воде рыбохозяйственных 
водоемов .......................................................................................................... 61

3.6. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ИССЛЕДОВАНИИ НЕФТИ .................... 79

ГЛАВА 4. БИОРЕМЕДИАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО 
ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ «ДЕСТРОЙЛ», «РОДЕР» И 
«УНИВЕРСАЛ» ................................................................................................... 81

4.1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ ПРИ 
БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.... 81
4.2. ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТОВ НА ФИТОТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
РЕКУЛЬТИВИРУЕМОЙ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ............................................ 85

ГЛАВА 5. ОЧИСТКА ВОД ОБОРОТНОГО ЦИКЛА 
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ 
НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАКТЕРИАЛЬНОГО 
ПРЕПАРАТА «ДЕСТРОЙЛ».......................................................................... 100

5.1. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ВОДЫ ОБОРОТНЫХ ЦИКЛОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАКТЕРИАЛЬНЫХ 
ПРЕПАРАТОВ....................................................................................................... 100
5.2. СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ЭМУЛЬСИОННЫХ СТОКАХ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОПРЕПАРАТА 
«ДЕСТРОЙЛ» ...................................................................................................... 102

ГЛАВА 6. ПРИМЕНЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОГО ПРЕПАРАТА 
«ДЕСТРОЙЛ» ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 
НЕФТЕПРОДУКТАМИ ПРЕСНЫХ ВОДОЕМОВ ................................... 105

6.1. ЛИКВИДАЦИЯ МАЗУТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ  НА РЕКЕ ГЛУБОКОЙ .................. 105
6.2. ЛИКВИДАЦИЯ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ  ВОДОЕМА ДАЛЬНИЙ................. 107

ГЛАВА 7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАКПРЕПАРАТА «ДЕСТРОЙЛ» ДЛЯ 
ОЧИСТКИ ОТ МАЗУТА ПОЧВ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД 
«МАЙКОПСКОГО ПОЛИГОНА» ................................................................ 110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................. 115

ВЫВОДЫ............................................................................................................ 117

ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................... 119

ВВЕДЕНИЕ

Человечество, как биологический вид и социальная общность 

неразрывно связано с процессами, происходящими в окружающей среде, и 

во все возрастающих масштабах черпает из нее ресурсы, загрязняет 

отходами, продуктами жизнедеятельности (Глазовская, 1979). 

В нынешнем цивилизованном мире ни общественное, ни научно
техническое совершенство не обеспечивает возможность жизнедеятельности 

человека вопреки законам природы. Безопасность жизнедеятельности 

человека неразрывно связана с условиями окружающей природной среды: 

составом воздуха, питьевой воды и пищи, температурой, влажностью, 

давлением, радиацией и другими факторами. Эти условия сложились в 

течение эволюции биосферы, и отклонения их характеристик от уровней 

жизнеобеспечения любых организмов и человека приведут к их гибели

(Адамов, 1996; Егоров, 1998; Волков, 1999; Орлов, 1999)

Загрязнение – это самое отрицательное воздействие производства на 

окружающую природную среду, которое во многих странах мира достигло 

критического уровня для устойчивости экологических систем и здоровья 

людей (Маркарова, 1999).

Негативное влияние производства на окружающую среду обусловлено 

не только его нерациональной структурой, но и несовершенством 

технологических процессов.

Перед 
человечеством 
неотвратимо 
встала 
задача 
разумного, 

рационального природопользования, позволяющего удовлетворять жизненные 

потребности людей в сочетании с охраной и воспроизводством природной 

среды (Егоров, 1998; Орлов, 1999).

Все это ставит перед людьми объективное требование — учитывать 

воздействие производства на окружающую среду и искать наиболее 

безопасные методы очистки уже существующих или появляющихся 

загрязнений. Не допускать превышения порогов устойчивости экологических 

систем, чтобы не вызвать необратимых процессов в природе, способных 

привести к ее критической деградации и гибели всего живого на Земле.

Предотвращение загрязнения вод и почв является одной из самых главных 

задач, стоящих перед людьми (Орлов, 1999).

Очистка природной среды от загрязнений нефтью и продуктами ее 

переработки –
одна из сложных и
многоплановых проблем охраны 

природной среды. Ни один другой загрязнитель, как бы опасен он ни был, не 

может сравниться с нефтью по широте распространения, числу источников 

загрязнения, величине нагрузок на все компоненты природной среды

(Карасева, 2009).

Объемы отходов нефтепродуктов и нефтезагрязнений, скопившиеся на 

отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров. 

Добывающие предприятия, системы перекачки и транспортировки, нефтяные 

терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов, железнодорожный 

транспорт, речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные 

комплексы и станции являются основными источниками загрязнений нефтью 

и нефтепродуктами (Голодяев, 1985).

Значительное число хранилищ нефтешламов и отходов, построенных с 

начала 
50-х 
годов, 
превратились 
из 
средства 
предотвращения 

нефтезагрязнений в постоянно действующий источник таких загрязнений 

(Гусев, Коронелли,
1981). Защита интересов природы и ее охрана 

невозможны
в 
автономном 
режиме, 
вне 
сферы 
производственных 

отношений, 
без
определения 
разумных 
форм 
взаимного 
сочетания 

экологических и экономических интересов, при которых сохранение качества 

окружающей природной среды и ее объектов – цель единственная и конечная 

(Волков, 1999).

Цель 
работы 
—
дать 
экологическую
оценку 
использованию 

углеводородокисляющих бактерий при биоремедиации нефтезагрязненных 

почв и вод на юге России. 

Задачи исследования: 

1. Оценить эффективность бактериальных препаратов «Дестройл», 

«Родер» 
и 
«Универсал» 
(разных 
штаммов 
углеводородокисляющих 

бактерий) в различных дозах при биоремедиации загрязненного нефтью 

чернозема обыкновенного в модельном опыте. 

2. Установить закономерности изменения биологических свойств 

чернозема обыкновенного, таких как активность каталазы и дегидрогеназы, 

целлюлозолитическая активность, обилие бактерий рода Azotobacter, 

всхожесть, длина корней и надземной части редиса, при его очистке от нефти 

бактериальными препаратами «Дестройл», «Родер» и «Универсал». 

3. Апробировать 
препарат 
углеводородокисляющих 
бактерий 

«Дестройл» для очистки от нефтепродуктов вод оборотного цикла 

водоснабжения и промышленных сточных вод. 

4. Дать 
экологическую 
оценку 
использования 
бактериального 

препарата «Дестройл» при биоремедиации водоемов по степени деградации 

нефтепродуктов в воде и донных отложениях, а также его влияния на 

кислородный режим водоема. 

5. Оценить эффективность применения препарата «Дестройл» при 

ликвидации очага мазутного загрязнения почвенного покрова и водоемов 

«Майкопского полигона». 

ГЛАВА 1. НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ НЕФТИ И 

НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

1.1. ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ, 

ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ

С
каждым
годом
все
больше
внимания
уделяется
проблемам,

связанным с загрязнением окружающей среды. Евразия стоит на первом

месте в мире по запасам нефти и обладает разветвленной сетью предприятий

для ее переработки и транспортировки, в связи с чем, возникает вопрос

очистки почвы и водоемов от нефтепродуктов (Зинчук и др., 2001).

Проблема очистки почв и водных экосистем, загрязненных нефтью, 

продуктами ее переработки и отдельными ее компонентами, до сих пор 

остается не решенной
(Егоров и др.,
1998). Однако, несмотря на 

предпринимаемые 
усилия 
по 
предупреждению 
разливов 
нефти 
на 

поверхность воды и почвы, в процессе добычи или транспортировки, 

аварийные разливы нефти, к сожалению, пока неизбежны, а ликвидация 

нефтяных загрязнений является исключительно трудоемкой и весьма дорогой 

задачей (Азнаурьян, Колесников, 2007). Кроме того, углеводороды нефти 

способны образовывать в процессе трансформации токсичные соединения, 

обладающие канцерогенными, тератогенными и мутагенными свойствами

(Frankenberger, 1982; Хазиев и др., 1988; Popa, 2000). Они обладают 

стойкостью 
к 
микробиологическому 
расщеплению 
и 
способностью 

переходить в растения, что значительно снижает качество возделываемых 

культур и создает угрозу для здоровья человека и животных (Калачников, 

1987).

Действие нефтяных компонентов особенно сказывается в изменении 

экологической обстановки: пропитывая почву, обволакивая корни, листья, 

стебли растений и проникая сквозь мембраны клеток, нефть нарушает водно

воздушный баланс среды и организмов, обмен веществ и трофические связи. 

Существующие механические, физические и химические методы очистки не 

обеспечивают необходимого уровня очистки воды и грунта, поэтому 

большое внимание уделяется биологическим методам очистки (Калачникова 

и др., 1991; Трофимов и др., 2000; Колесников и др., 2006).

Значительный вклад в процесс разрушения нефтяных углеводородов 

вносят организмы, которые используют углеводороды как источник энергии 

и 
органического
вещества. 
Такими 
организмами 
являются 
–

микроорганизмы, 
этим 
они 
резко 
отличаются 
от 
всех 
остальных 

представителей органического мира. Они широко распространены в природе, 

принадлежат ко многим таксономическим группам, являются обычными 

членами микробных ценозов. Особенно, в больших количествах, они 

встречаются в местах сильно загрязненных нефтью и нефтепродуктами 

(Коронелли, 1996). 

Проблема повышения экологической безопасности и эффективности 

при обращении с нефтью и нефтепродуктами актуальна практически в 

каждом нефтедобывающем регионе России. Рост добычи, объемов 

переработки и транспортировки нефти сопровождается увеличением объемов 

нефтезагрязнений. От 3 до 7% добытых и потребляемых нефтяных продуктов 

теряется безвозвратно в виде загрязнений или накапливается в виде отходов. 

Нефтепродукты и нефть ухудшают экологическое состояние почвы и 

деформируют в целом структуру ее биоценозов (Адамов, 1996). Ликвидация

разливов нефтепродуктов помогает улучшить общее состояние не только на 

загрязненных территориях и непосредственно прилегающих к ним объектах, 

но и природной среды – воды и воздуха (Волков, 1999).

Проблема биоремедиации
земель в местах
разлива
нефти и 

нефтепродуктов бывает затруднена также очень высоким уровнем их

исходного загрязнения, угнетающим углеводородокисляющую микрофлору 

почв и естественное ее самоочищение. Механические и физические 

рекультивационные методы не могут полностью удалить нефтепродукты с

почвенных покровов, при этом естественное разложение нефти в почве –

процесс 
весьма
длительный,
поэтому 
в 
последнее
время 
самыми 

эффективными методами ремедиации являются биологические методы, а 

именно, применение микробных препаратов (Егоров, 1998).

Защита окружающей среды от антропогенного загрязнения является 

одной из главных задач экологии. (Логинов и др., 2005). Нефтепродукты, 

попадая в окружающую природную среду, оказывают на все ее компоненты

негативное воздействие, кроме того, углеводороды являются источником 

мутагенного и канцерогенного влияния (Логинов и др., 2009). Загрязнение 

почв
нефтепродуктами 
является 
причиной 
выведения
из 

сельскохозяйственного 
использования 
обширных 
территорий. 

Исследованиями многих авторов доказано, что восстановление плодородия 

нефтезагрязненных почв естественным образом, занимает весьма длительный 

период (Хазиев, Фатхиев, 1981; Margesin et al., 1999; Логинов и др., 2000; 

Габбасова, 2004; Кураков и др., 2004). Рекультивация загрязненных земель 

физико-химическими методами очень часто не приводит к требуемым 

результатам (Суржко и др., 1995; Алексеева и др., 2000; Давыдова, Тагасов, 

2006). В последнее время самым перспективным является комплексный 

подход к биоремедиации (Исмаилов, Пиковский, 1988; Вельков, 1995; 

Логинов и др., 2000; Казеев и др., 2004; Середина и др., 2006). Очень 

популярным становится
использование объединенных метаболических 

потенциалов микроорганизмов и растений (Турковская, Муратова, 2005). 

Таким образом, актуальным является исследование процессов очистки 

загрязненных нефтепродуктами почв, с применением различных методов и 

приемов биоремедиации. 

Почву населяют мириады организмов, в том числе бактерии и многие 

млекопитающие, поэтому процессы, проходящие в ней, весьма многообразны 

и сложны. Очень сложно охватить весь комплекс проблем, связанных с 

загрязнением нефтепродуктами биоценозов почв (Калачникова и др., 1987; 

Звягинцев и др., 1989; Геннадиев и др., 1990; Казеев и др., 2004).