ВЛИЯНИЕ Fe(III) И Mn(IV) НА БИОТРАНСФОРМАЦИЮ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

© 2019 г. Н. К. Фишер

Институт водных и экологических проблем ДВО РАН

ул. Дикопольцева, 56, г. Хабаровск, 680000 Россия

E-mail: fisher@ivep.as.khb.ru

Поступила в редакцию: 15.01.2019 г.

В работе представлены результаты исследований использования микроорганизмами Fe(III) и Mn(IV) в качестве акцепторов электронов при трансформации нефтепродуктов в подземных водах (северная часть Среднеамурского артезианского бассейна). Для оценки микробиологических процессов in situ использовали метод геохимических индикаторов. Наиболее активные биогеохимические процессы наблюдались при весенне-летнем повышении уровня подземных вод. Сезонное повышение уровня способствовало поступлению Fe(III) и Mn(IV) в шлейф загрязнения, активизации микробиологических процессов их восстановления в водоносном горизонте. Установлено, что микроорганизмы в качестве акцепторов электронов в большей степени использовали акцепторы электронов из твердой фазы – Fe (III) и Mn (IV), а не водорастворимые – NO₃, SO₄²⁻. Это подтверждается тесной корреляционной связью образования в подземных водах HCO₃ - и Fe (II) и Mn (II) (r² до 0.93). В результате микробиологических деструкционных процессов содержание Fe (II) в подземных водах возросло до 100 мг/л, Mn (II) − до 16 мг/л, что значительно превышает природный фон.

Ключевые слова: подземные воды, нефтепродукты, геохимические индикаторы, акцепторы

электронов, Fe (III), Mn (IV), Среднеамурский артезианский бассейн.

DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-78092019321-31

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Архипов Б.С., Козлов С.А. Загрязнение подземных вод на территории Дальневосточного федерального округа // Разведка и охрана недр. 2007. № 7. C. 86–88.

2. Архипов Г.И., Кулиш Е.А., Кулиш Л.И., Меркурьев К.М., Фрумкин И.М. Железные и марганцевые руды Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1985. 296 с.

3. Водяницкий Ю.Н., Трофимов С.Я., Шоба С.А. Влияние Fe(III) на биодеградацию нефти в переувлажненных почвах и осадках // Почвоведение. 2015. № 7. C. 877–886.

4. Галицкая И.В., Позднякова И.А. К проблеме загрязнения подземных вод и пород зоны аэрации нефтепродуктами и ПАУ на городских территориях // Геоэкология. 2011. № 4. С. 337–343.

5. Гидрогеология СССР. Том XXIII. Хабаровский край и Амурская область. М.: Недра, 1971. 514 с.

6. Зекцер И.С. 2001. Подземные воды как компонент окружающей среды. М: Научный мир, 328 с.

7. Кулаков В.В. Месторождения пресных подземных вод Приамурья. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. 152 с.

8. Ливеровский Ю.А. Почвы // Южная часть Дальнего Востока. М.: Наука, 1969. С. 159–206.

9. Махинова А.Ф., Махинов А.Н., Купцова В.А., Шу- гуан Лю, Ермошин В.В. Ландшафтно-геохимическое районирование бассейна р. Амур (Российская часть) // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33. № 2. С. 76–89.

10. Путилина В.С. Миграция загрязняющих органических соединений в подземные воды // Геоэкология. 2003. № 4. С. 309–317.

11. Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И. Процессы биохимической деградации нефтяных углеводородов в зоне аэрации и подземных водах // Геоэкология. 2018. № 3. С. 43–55.

12. Тихонова Т.В., Попов В.О. Структурные и функциональные исследования мультигемовых цитохромов с, вовлеченных в экстраклеточный транспорт электронов в процессах диссимиляторной бактериальной металлоредукции // Успехи биологической химии. 2014. Т. 54. С. 349–384.

13. Труфанов А.И. Формирование железистых подземных вод. М.: Наука, 1982. 133 с.

14. Швец В.М. Водорастворенные органические вещества и оценка их влияния на качество питьевых подземных вод // Геоэкология. 2016. № 1. С. 43–49.

15. Adekunle A.S., Oyekunle J.A.O., Ojo O.S., Maxakato N.W., Olutona G.O., Obisesan O.R. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbon levels of groundwater in Ife north local government area of Osun state, Nigeria // Toxicology Reports. 2017. V. 4. P. 39–48.

16. Banwart S.A., Thornton S.F. Natural attenuation of hydrocarbon compounds in groundwater // Timmis K.N. (ed.). Handbook of hydrocarbon and lipid microbiology. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2010. Р. 2473–2486.

17. Bauer R.D., Rolle M., Bauer S., Eberhardt C., Grathwohl P., Kolditz O., Meckenstock R.U., Griebler C. Enhanced biodegradation by hydraulic heterogeneities in petroleum hydrocarbon plumes // Journal of contaminant hydrology. 2009. V. 105. P. 56–68.

18. Bjerg P.L., Albrechtsen H.J., Kjeldsen P., Christensen T.H., Cozzarelli I.M. The Biogeochemistry of contaminant groundwater plumes arising from waste disposal facilities / Holland H., Turekian K. (ed.) // Treatise on Geochemistry (Second Edition). 2014. V. 11. P. 573–605.

19. Bombach P., Richnow H.H., Kastner M., Fischer A. Current approaches for the assessment of in situ biodegradation // Applied microbiology and biotechnology. 2010. V. 86. P. 839–852.

20. Bosch J., Heister K., Hofmann T., Meckenstock R.U. Nanosized iron oxide colloids strongly enhance microbial iron reduction // Applied and environmentalmicrobiology. 2010. V. 76. N. 1. P. 184–189.

21. Flynn T.M., Sanford R.A., Bethke C.M. Attached and suspended microbial communities in a pristine confined aquifer // Water resources research. 2008. V. 44. N. 7. P. 1–7.

22. Goldscheider N., Hunkeler D., Rossi P. Review: Microbial biocenoses in pristine aquifers and an assessment of investigative methods // Hydrogeology Journal. 2006. V. 14. N. 6. P. 926–941.

23. Griebler C. Lueders T. Microbial biodiversity in groundwater ecosystems // Freshwater biology. 2009. V. 54. P. 649–677.

24. Griebler C., Mindl B., Slezak D., Geiger-Kaiser M. Distribution patterns of attached and suspended bacteria in pristine and contaminated shallow aquifers studied with an in situ sediment exposure microcosm // Aquatic microbial ecology. 2002. V. 28. N 2. P. 117–129.

25. Jimenez N., Richnow H.H., Vogt C., Treude T., Kruger M. Methanogenic hydrocarbon degradation: evidence from field and laboratory studies // J. of molecular microbiology and biotechnology. 2016. V. 26. P. 227–242.

26. Komlos J., Kukkadapu R.K., Zachara J.M., Jaffe P.R. Biostimulation of iron reduction and subsequent oxidation of sediment containing Fe-silicates and Fe-oxides: Effect of redox cycling on Fe (III) bioreduction // Water research. 2007. V. 41. N 13. P. 2996–3004.

27. Lovley D.R., Holmes D.E., Nevin K.P. Dissimilatory Fe (III) and Mn (IV) reduction // Advances in microbial physiology. 2004. V. 49. P. 219–286.

28. Lueders T. The ecology of anaerobic degraders of BTEX hydrocarbons in aquifers // FEMS Microbiology Ecology. 2017. V. 93. N. 1. Fiw220.

29. Meckenstock R.U., Elsner M., Griebler C., Lueders T., Stumpp C., Aamand J., Agathos S.N., Albrechtsen H.-J., Bastiaens L., Bjerg P.L., Boon N., Dejonghe W., Huang W.E., Schmidt S.I., Smolders E., Sorensen S.R., Springael D., Breukelen B.M. Biodegradation: updating the concepts of control for microbial cleanup in contaminated aquifers // Environmental science & technology. 2015. V. 49. P. 7073−7081.

30. Megonigal J.P., Hines M.E., Visscher P.T. Anaerobic metabolism: linkages to trace gases and aerobic processes / Holland H., Turekian K. (ed.) // Treatise on Geochemistry (Second Edition). 2014. V. 10. P. 273–359.

31. Walt W.M.Jr. Comparisons of geochemical signatures of biotransformation of fuel hydrocarbons in groundwater // Environmental monitoring and assessment. 1999. V. 59. P. 257–274.

32. Widdel F., Knittel K., Galushko A. Anaerobic hydrocarbon- degrading microorganisms: an overview / Timmis K.N. (ed.) // Handbook of hydrocarbon and lipid microbiology. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2010. P. 1997–2021.