ГЕОЭКОЛОГИЯ
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ
Геоэкология, 2018, № 3, С. 43-55
ПРОЦЕССЫ БИОХИМИЧЕСКОЙ ДЕГРАДАЦИИ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЗОНЕ АЭРАЦИИ И ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
© 2018 г. В.С. Путилина, И.В. Галицкая, Т.И. Юганова
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН Уланский пер., 13, стр.2, Москва, 101000, Россия E-mail: vputilina@yandex.ru, galgeoenv@mail.ru, tigryu@gmail.com
Поступила в редакцию 28.11.2017 г.
Настоящая статья представляет собой аналитический обзор современной литературы, касающейся проблем самоочищения природной среды от нефтяных углеводородов (УВ) посредством микробиологической деградации. Рассмотрены этапы самоочищения, штаммы микроорганизмов, способных разлагать нефтяные УВ, механизмы разложения и, как результат, продукты аэробного и анаэробного разложения. Изучение состава подземных вод, подвергшихся нефтяному загрязнению, показало, что биодеградация в анаэробной среде может удалять из подземных вод значительные количества УВ: анаэробные процессы обеспечивали 60% деградировавшего общего растворенного органического углерода (РОУ), из них 5% – путем восстановления Mn, 19% – восстановления Fe и 36% – метаногенеза. Аэробное разложение – 40% деградировавшего РОУ. Результаты моделирования показали, что анаэробные процессы обеспечивали больше половины удаления РОУ, что согласовывалось с геохимическими оценками.
Парафины устойчивы к химическим воздействиям, но легко поддаются ферментативному (микробиологическому) окислению. Циклопарафины и ароматические УВ, напротив, более чувствительны к химическому окислению, чем к биологическому. При благоприятных условиях практически все соединения, вплоть до самых тяжелых фракций, подвергаются биодеструкции. Ее скорость быстро снижается в направлении n-алканы > олефины > низкомолекулярные ароматические УВ > изоалканы > циклоалканы > ПАУ > смолисто-асфальтеновые соединения.
Приведены примеры стимуляции природной нефтеокисляющей микрофлоры.
Ключевые слова: нефть, нефтяные углеводороды, биодеградация, штаммы микроорганизмов, аэробные процессы, анаэробные процессы, изменение свойств нефти.
DOI: 10.7868/S0869780318030055
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баландина А.В., Кузнецов Д.Б., Бурдова Л.В. Самовосстановление нефтезагрязненных почв // Успехи современного естествознания. 2014. No 4. С. 85–88.
2. Боревский Б.В., Закутин В.П., Палкин С.С., Пал- кин С.В. Обоснование возможности совместной эксплуатации Усольского месторождения питьевых подземных вод и нефтяных месторождений, расположенных на его границах // Разведка и охрана недр. 2010. No 10. С. 17–23.
3. Ветрова А.А. Биодеградация углеводородов нефти плазмидосодержащими микроорганизмами-де- структорами: автореф. дисс. канд. биол. наук / Биологический ф-т МГУ им. М.В. Ломоносова. М. 2010. 26 с.
4. Галицкая И.В., Позднякова И.А. К проблеме загрязнения подземных вод и пород зоны аэрации нефтепродуктами и ПАУ на городских территориях // Геоэкология. 2011. No 4. С. 337–343.
5. Динамика и прогноз загрязнения океанических вод. Т. 1. / Под ред. А.И. Симонова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 145 с.
6. Израэль Ю.А., Цыбань A.З. Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 528 с.
7. Коронелли Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 1996. Т. 32. No 6. С. 579–585.
8. Кржиж Л., Пашковский И.С. Нефтезагрязненные подземные воды: санация или самоочистка? // Экология производства. 2007. No 12. С. 50–53.
9. Ланге И.Ю. Инженерно-геологический анализ и оценка изменения несущей способности дисперсных грунтов при их контаминации нефтепродуктами: дисс. канд. геол.-мин. наук / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб., 2016. 234 с.
10. Мязин В.А. Разработка способов повышения эффективности биоремедиации почв Кольского севера при загрязнении нефтепродуктами (в условиях модельного эксперимента): дисс. канд. биол. наук / Институт проблем промышленной экологии севера Кольского научного центра РАН. Апатиты, 2014. 159 с.
11. Острожная Е.Е. О загрязнении грунтовых вод Краснодарского края токсичными нефтепродуктами // Научный вестник Южного института менеджмента. 2015. No 2. С. 4–6.
12. Павлик Е.Д. Прогнозирование процессов деструкции нефтяных загрязнений в природной среде с использованием математических моделей: дисс. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1999. 193 с.
13. Рогозина Е.А. Геохимические изменения в составе нефтей при биодеградации // Разведка и охрана недр. 2010. No 4. С. 63–68.
14. Розанова Е.П., Назина Т.Н. Углеводородокисляющие бактерии и их активность в нефтяных пластах // Микробиология. 1982. Т. 51. No 2. С. 342–348.
15. Фарахова И.З. Агрохимические свойства и приемы рекультивации нефтезагрязненных серых лесных почв Предкамья Республики Татарстан: автореф. дисс. канд. с/х. наук: 06.01.04. Казань, 2009. 25 с.
16. Хаустов А.П., Редина М.М. Трансформации нефтяных загрязнений геологической среды под влиянием живого вещества // Нефть. Газ. Новации. 2013. No 10. С. 22–30.
17. Bekins B.A., E.M. Godsy, E. Warren. Distribution of microbial physiologic types in an aquifer contaminated by crude oil // Microbial Ecology. 1999. V. 37. No. 4. P. 263–275.
18. Chikere C.B., Okpokwasili G.C., Chikere B.O. Monitoring of microbial hydrocarbon remediation in the soil // 3 Biotech. 2011. No 1. P. 117–138.
19. Cozzarelli I.M., Baedecker M.J., Eganhouse R.P., Goerlitz D.F. The geochemical evolution of low- molecular-weight organic acids derived from the degradation of petroleum contaminants in groundwater // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. V. 58. No 2. P. 863–877.
20. Das N., Chandran P. Microbial Degradation of Petroleum Hydrocarbon Contaminants: An Overview // Biotechnology Research International. 2011. Article ID941810. 13 p.
21. Delin G.N., Essaid H.I., Cozzarelli I.M., Lahvis M.H., Bekins B.A. Ground water contamination by crude oil near Bemidji, Minnesota: U.S. Geological Survey Fact Sheet 084–98. USGS, 1998. URL: http://pstrust.org/ docs/usgs_doc1.pdf (дата обращения 23.11.2017)
22. Eganhouse R.P., Baedecker M.J., Cozzarelli I.M., Aiken G.R., Thorn K.A., Dorsey T.F. 1993. Crude oil in a shallow sand and gravel aquifer – II. Organic geochemistry // Applied Geochemistry. 1993. V. 8. No 6. P. 551–567.
23. Essaid H.I, Bekins B.A., Herkelrath W.N., Delin G.N. Crude oil at the Bemidji site: 25 years of monitoring, modeling, and understanding // Ground Water. 2011. V. 49. No 5. P. 706–726.
24. Fingas M. Analysis of oil biodegradation products // Prince William Sound Regional Citizens’ Advisory Council (PWSRCAC). Anchorage, Alaska, 2014. 11 p. URL: https://pdfs.semanticscholar.org/2e0d/6782c831b 58790cb9e7edba7512dc6b89f2 c.pdf (дата обращения 23.11.2017)
25. Gieg L.M., Alumbaugh R.E., Field J., Jones J., Istok J.D., Suflita J.M. Assessing in situ rates of anaerobic hydrocarbon bioremediation // Microbial Biotechnology. 2009. V. 2. No 2. P. 222–233. URL: https://www.ncbi. nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3815842/. (дата обращения 23.11.2017)
26. Lewan M.D., Warden A., Dias R.F., Lowry Z.K., Hannah T.L., Lillis P.G., Kokaly R.F., Hoefen T.M., Swayze G.A., Mills C.T., Harris S.H., Plumlee G.S. Asphaltene content and composition as a measure of Deepwater Horizon oil spill losses within the first 80 days // Organic Geochemistry. 2014. V. 75. P. 54–60.
27. Rojo F. Degradation of alkanes by bacteria // Environmental Microbiology. 2009. V. 11. No 10. P. 2477–2490.
28. Steenson R., Hellmann-Blumberg U., Elias D., Brown K., Fry N., Naugle A., Meillier L., Prowell C. Petroleum Metabolites. Literature Review and Assessment Framework: Technical Resource Document / San Francisco Bay Regional Water Quality Control Board. 2016. 56 p. URL: http://www.waterboards.ca.gov/ sanfranciscobay/publications_forms/documents/SF_WB_Petroleum_Metabolites.pdf (дата обращения 23.11.2017).
29. Williams S.D., Ladd D.E., Farmer J.J. Fate and transport of petroleum hydrocarbons in soil and ground water at Big South Fork National River and Recreation Area, Tennessee and Kentucky, 2002–2003: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2005–5104. Reston, Virginia: USGS, 2006. 29 p. URL: https://pubs. usgs.gov/sir/2005/5104/PDF/SIR20055104.pdf. (дата обращения 23.11.2017)