Загрязнители окружающей среды ДДТ 16 приоритетных

Загрязнители окружающей среды

ДДТ

16 приоритетных полиароматических углеводородов

Основные функции и свойства почв § Почва – место депонирования и хранения биологически важных элементов и веществ, специфического органического вещества – гумуса, обеспечивающего длительное плодородие возделываемых полей и пастбищ. Наряду с этим в почве аккумулируются различные загрязнения, которые инактивируются с помощью почвенных микробоценозов либо избирательно поступают в воздушный бассейн, в грунтовые воды и т. п. Аккумулируя тяжелые металлы и радионуклиды, почва выполняет также мощную барьерную функцию на пути их миграции в биогеоценозах. В почвах загрязняющие компоненты находятся гораздо дольше, чем в других природных средах.

ПОЧВЕННЫЕ МИКРОБНЫЕ ЦЕНОЗЫ

ПДК загрязняющих веществ в почве

Эпидемиологическая оценка почв

Санитарные критерии загрязненности почв

Почва как среда обитания микробов § Особое место среди природных сред обитания микроорганизмов занимает почва.

Загрязнение токсичными и супертоксичными ксенобиотиками

Полициклические ароматические углеводород Нафталин Антрацен Фенантрен Пирен Аценафтилен Флуорантен Хризен Бензо(а)пирен Бензо(а)антрацен Бензо(к)флуорантен Индено(1, 2, 3 -сd)пирен, бензо(b)флуорентен Дибензо (a, h)антрацен Бензо(g, h, i)перилен

Степень загрязнения 3, 4 -бенз(а)пиреном почв Санкт-Петербурга Cтепень загрязненности почв 3, 4 бенз(а)пиреном в Санкт-Петербурге Загрязнение 3, 4 -бенз(а)пиреном почв различного хозяйственного использования [Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2007 году / под редакцией Д. А. Голубева, Н. Д. Сорокина. – СПб, 2008. – 472 с. ] 14

Загрязнение почв пестицидами В зависимости от назначения различают: Гербициды Инсектициды Фунгициды Альгициды Дефолианты десиканты

Загрязнение фенолами и хлорорганическими соединениями (ХОС) § СОЗ воздействующие на среду обитания на чрезвычайно низком уровне) § Специфические признаки: § Биоконцентрирование (биоаккумуляция) § Глобальная распространенность § Токсичность в малых дозах 12 соединений, на которых необходимо обратить внимание – грязная дюжина: ПХБ, ПХДД, ПХДФ, алдрин, диэлдрин, ДДТ, эндрин, хлордан, ГХБ, мирекс, токсафен, гептахлор. Самые распространенные ПХБ

ПХБ

ДИОКСИНЫ и ДИБЕНЗОФУРАНЫ § Сжигание ПХБ приводит к образованию диоксинов и дибензофуранов –веществ-супертоксикантов- клеточных ядов с высоким биологическим кумулятивным действием § Наиболее безопасным и перспективным способом разрушения ХОС в природных и техногенных средах является биоремедиация, в процессе которой происходит полная дегалогенирующее расщепление алифатической и ароматической составляющей этих соединений

2, 3, 7, 8 тетрахлордибензо-п-диоксин 2, 3, 4, 7, 8 -пентахлордибензофуран

Гигиенические регламенты для ПХДД/ПХДФ В. Н. Майстренко, Н. А. Клюев Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М. : Бином, 2004, с. 84. Объект Ед. изм. США Германия Италия Нидерланды Россия Суточная доза пг/кг 0, 1 1 10 4 10 Атмосферный воздух пг/м 3 0, 02 --- 0, 04 0, 024 0, 5 Воздух рабочей зоны пг/м 3 0, 13 --- 0, 12 --- Промышленные выбросы нг/м 3 --- 0, 1 0, 5 0, 1 --- Вода питьевая и поверхностных водоемов пг/л 0, 013 0, 01 0, 05 --- 20 Почва с/х угодий нг/кг 27 5 10 10 --- Почва жилой зоны нг/кг --- 40 50 45 --- Почва про-мышленных зон нг/кг 1000 --- 250 --- Донные отложения нг/кг --- --- 9 Внутренняя поверхность помещений нг/м 2 --- --- 10 --- Мясо и мясопродукты нг/кг --- --- 0, 9 (3, 3)* Рыба и рыбные продукты нг/кг --- --- Молоко и молочные продукты (пересчет на жир) нг/кг --- 1, 4 --- 11 (88)* 0, 1 5, 2

Поверхностно активные вещества в окружающей среде Попадают с промышленными и сточными водами Характеризуются как умеренно стабильные соединения, биоразлагаемые, как в очистных сооружениях, так и в почве, время полураспада в почве -180 дней, в воде 17 суток. Самые токсичные алкилбензолсульфонаты Биоразлагаемые ПАВ.

Загрязнение металлами и радионуклидами Приоритетные металлызагрязнители: Hg, Pb, Zn, Mn, Cu, Mo, Cr, Ni, Co, Sn, Cd Источники загрязнения: рудные регионы, промстоки, газы, транспорт

Опасность тяжелых металлов обусловлена их способности к биоаккумуляции и концентрированию при движении по трофической цепи. Тяжелые металлы нельзя разрушить или преобразовать в ходе химических процессов. Металлы прочно связываются с белками и другими компанентами клеточных структур В тканях рыб накапливается кадмий. Устрицы накапливают свинец, ртуть, медь, цинк, кобальт. В почвах концентрируются в гумусе, подавляя активность почвенного биоценоза. В больших дозах проявляют канцерогенную активность

Радионуклиды § Специфика действия обусловлена радиоизлучением, по химическим свойствам не отличаются от нерадиоактивных элементов, легко проникают в живые организмы, встраиваются в пищевые цепи и концентрируются. § Проблема загрязнения радиоактивными барием и стронцием, которые близки по свойствам к биогенным элементам кальцию и калию.

4 СОСТАВ и АКТИВНОСТЬ ВОДЫ и ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМОВ (по Корсаков, Ерофеева, 1996) Параметры, единицы измерения Водоемы Алабуга Основные радионуклиды В-4 В-3 Отсутствие гаковых В-2 Sr, Cs В-17 В-9 Sr, Pu, тритий В-10 Sr, Cs, Am, Cm, Pu 0 20 15 15 10 9 н. д. 500 100 н. д. 0 10 200000 15 10000200000 8 10 -3000 600 2·105 -1·107 180 000 3·106 -6·108 Удельная альфа-активность воды водоема, к. Бк/л донных отложений (с. вес), к. Бк/л 0 10 н. д. 5 н. д. 40 1·102 -1·106 700 000 1·103 -1·107 Удельная активность трития в воде водоема, к. Бк/л 0 10 20 8 2300 17 Запас трития в водоеме, к. Ки 0 1 0, 4 20 30 0, 2 Суммарная активность α накопленная в водоеме, к. Ки, β в т. ч. альфа-излучающих бета-излучающих 0 0, 4 30 200 260 1 200 120 000 Содержание 90 Sr, к. Бк/л 137 Cs, к. Бк/л Удельная бета-активность воды водоема, к. Бк/л донных отложений (с. вес), к. Бк/л 0 0, 001 0, 0002 14 20

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОДОЕМЫ и ОЗЕРА ВУРСа

Нефть и нефтепродуктымассовый загрязнитель окружающей среды. Состав нефти и нефтепродуктов. Сложная смесь углеводородов различного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновх веществ, содержание их в нефте варьируется в зависимости от месторождения, пластов и залежей. Бывают легкие, средние и тяжелые нефти в зависимости от компонентного состава. Выделяют: метановые углеводороды циклические (нафтены) 30 -35% ароматические 5 -55% смолы и асфальтены

Бензины С 3 -С 12 Авиа Автомобильный Керосин. С 12 -С 16 Дизельные и котельные топлива. С 16 -С 20 Мазуты, высшие углеводород, смолисто-асфальтеновые компоненты Растворители Масла СОЖ Гудроны (кисле гудроны) Нефтяне битумы асфальтен Особенности воздействия на почвы нефти и ее компонентов. Техногенное

Нефтяное загрязнение влияют на физические, физикохимические, биологические свойства почвы. Нефть, попадая в почву, существенным образом изменяет ее физические характеристики, т. к. обладает ярко выраженными гидрофобными свойствами, и адсорбируясь на почвенных частицах передает им эти свойства. Нарушения водного и воздушного режимов приводят к развитию анаэробных процессов в почве, что нарушает их плодородие. Воды, сопутствующие нефти, содержат высокие концентрации солей натрия, они накапливаются в почве, достигая токсичных для растений концентраций. Вытеснение ионами натрия катионов, которые определяют почвенную кислотность, вызывает заметное подщелачивание дерновоподзолистых почв.

§ Так, величина р. Н верхних горизонтов этих почв может подниматься от 5. 0 до 8. 3. Изменение окислительно-восстановительных условий при нефтезагрязнении приводит к возникновению существенных аномалий в содержании ряда микроэлементов (снижение содержания подвижного фосфора и калия в 1. 5 -3 раза, увеличения содержания марганца). Из-за снижения содержания элементов минерального питания наблюдается ухудшение агрохимических свойств почв, загрязненных нефтепродуктами § Термическая и фотохимическая трансформация нефтеуглеводородов.

Биодеградация нефтяных углеводородов Спектр микроорганизмов, способных к деструкции нефтяных углеводородов включает в себя бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium, Acinetobacter, Arthrobacter, Rhodococcus, дрожжи Candida, микромицеты Fusarium, Mucor, Trichoderma, Rhisopus, Penicillium.

Пути биодеградации нефтяных углеводородов

Ремедиация почв Основные факторы, влияющие на выбор способов ремедиации почв

Схема подповерхностного распределения разлива легкой жидкой неводной фазы (LNAPL)

Схема распределения плотной жидкой неводной фазы (DNAPL) в вадозной и фреатической зонах

Классификация методов и технологий ремедиации

Классификация методов по месту обработки

Очистка загрязненной среды с использованием биопрепарата

Небиологические методы и технологии ремедиации § Методы ex situ и on site Извлечение и захоронение Фиксирование, стабилизация и отверждение Локализация загрязнения Промывка и отдувка

Промывка участка при загрязнении выше уровня грунтовых вод

Промывка участка при загрязнении ниже уровня грунтовых вод

Вариант технологии «сурфактант усиленной ремедиации» для очистки от органического загрязнения с плотностью выше плотности воды ( по EPA Site program case studies, 2000)

БИОРЕМЕДИАЦИЯ Комплекс технологических решений, направленный на очистку и восстановление свойств окружающей среды, в частности почв, грунтов, называется ремедиацией. Применение для предотвращения загрязнения окружающей среды живых организмов получило название биоремедиации. Ремедио-лечение, био-жизнь

Биоремедиация включает в себя комплекс научных разработок и технологий, задачей которых является использование биохимического потенциала аборигенных, адаптированных или модифицированных биологических систем, прежде всего микроорганизмов, для деградации или детоксикации поллютантов. Биоремедиация обладает большими возможностями для предотвращения загрязнения окружающей среды и для борьбы с уже имеющимся загрязнением. По сравнению с другими методами очистки окружающей среды от загрязнений, биоремедиация in situ гораздо дешевле. При рассеянном загрязнении, например пестицидами, применяемыми на огромных площадях в сельском хозяйстве, загрязнениями нефтью и продуктами ее переработки, тринитротолуолом альтернативы биоремедиации просто не имеется.

Процессы биоремедиации могут осуществляться природными микроорганизмами, поэтому необходимо понимать механизмы стимуляции биодеградативной активности этих микроорганизмов. Если в загрязненной почве или воде отсутствуют микроорганизмы, способные к деградации загрязняющих соединений, целесообразна интродукция микроорганизмов-деструкторов. В случае применения для биоремедиации биопрепаратов, речь идет о двух технологиях. Целью первой технологии является получение препарата живых микроорганизмов, которые будут использоваться при осуществлении второго технологического процесса – собственно биоремедиации. В отличии от промышленной биотехнологии, где имеется возможность выдерживать все параметры технологического процесса, биоремедиация, как правило осуществляется в буквальном смысле слова в открытой системе, - в окружающей среде.

§ Самоочистка-внутренняя ремедиация -стратегия пассивной очистки in situ Преимущества и недостатки метода

In-situ очистка грунтовых вод и почвенного воздуха от хлорированных, ароматических и алифатических углеводородов с помощью циркуляции грунтовых вод в специально оборудованной скважине (GZB)

II International Conference and Workshop In-situ- очистка грунтовой воды и почвенного воздуха от ароматических и хлорированных, алипатических углеводородов с помощью циркуляции грунтовой воды в оборудованнойскважине (GZB) в индустриальном специально районе г. Берлина Ирина Прцибильски, CSD AG Bern 08. 02. 2007, Москва BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 1

Местоположениезагрязненной территории Берлин Кёпеник площадь 110. 000 кв. м Бывший индустриаль - ный район AEG-Werke Kabelwerke Niles Werke Siemens BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 2

Застройка территориив 19 веке 1871 - Карл Шпиндлер приобрел на берегу Шпрее территорию площадью в 510. 000 кв. м 1873 - основание фабрики химической очистки одежды - самая большая фабрика в Германии на этот период 1886 - на фабрике около 2. 167 рабочих и служащих BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 3

Территория в 1890 С 1853 на этой фабрике применяют новый метод очистки (бензол) Этот метод фирме Шпиндлеррасширить позваляет производство BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 4

Состояние застройки в 2002 – снос всех ветхих, контамини- рованных построек и сооружений 2 здания занесены в списки памятников архитектуры индустриальной застройки Берлина BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 5

Промышленное использование территори более 100 лет и Многочисленные аварии Захоронения отходов на территории Потери перекачке перхлорэтилена Потери из подземных хранилищ Около 100 тонн загрязняющих веществ BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 6

Растворители и их свойства В 19 веке на фабрике использовали в качестве растворителей бензол и толуол (ароматические углеводороды) С 30 -х годов 20 столетия - перхлорэтилен (PCE) и трихлорэтилен (TCE) (хлорированные углеводороды) Все эти соединения в природе поддаются микробиологическому разложению Они обладают рядом очень негативных свойств! А именно: Они обладают большим миграционным потенциалом Эти соединения стабильны, токсичны и карциногенны BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 7

Геологическая ситуация BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 8

Главные контаминанты в грунтовой воде Допустимые концентрации загрязняющих веществ (Berliner Liste 2005) хлорированые углеводороды PCE/TCE/DCE/VC (от 100 мг/л до 1 гр/л) Ароматические углеводороды (от 10 мг/л до 120 мг/л) Алифатические углеводороды (50 мг/л – 90 мг/л) BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) хлорированые углеводороды без DCE и VC - 100 мкг/ л DCE - 10 мкг/ л VC – 2, 5 мкг/ л Ароматические углеводороды без бензола – 100 мкг/ л Бензол– 5 мкг/ л Алифатические углеводороды – 500 мкг/ л Seite 9

Хлорированые углеводороды в грунтовой воде BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 10

Принцип действия циркулирующей скважины BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 11

Оборудование циркулирующей скважины BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 12

Оборудование циркулирующей скважины BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 13

Расположение установок для санирования грунтовых вод BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 14

Шлам гидроокислов железа MP 26 UP - Ze itliche r V erl auf vo n Fe und Mn im G W (mg /l) 16 Fe- u nd Mn- Ko nzentra on (m ) ti g /l 14 12 Fe [ mg/ l] 10 Mn [ mg/ l] 8 6 4 2 0 BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 15

Коррозионныеявления BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 16

Спекание гравийной обсыпки в верхнем фильтре GZB BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 17

Развитие CKW концентраций в наблюдательных скважинах 450. 000 400. 000 CKW [µg/l] 350. 000 300. 000 250. 000 200. 000 150. 000 100. 000 50. 000 BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) 07 1. 7. 07 1. 1. 06 1. 7. 06 1. 1. 05 1. 7. 05 1. 1. 04 1. 7. 04 1. 1. 03 1. 7. 03 1. 1. 02 1. 7. 02 1. 1. 7. 01 0 Seite 18 08 500. 000 B 7_B LCKW µg/l 14 -051 U LCKW µg/l 15 -011 U LCKW µg/l 16 -051 U LCKW µg/l 18 -011 U LCKW µg/l 19 -011 U LCKW µg/l 20 -051 U LCKW µg/l 1. 1. Развитие CKW - концентраций в наблюдател ьных скважин ах

In-situ- санирование с помощью GZB 45 000 кг (45 тонн) – загрязняющих веществ удалены из грунтовой воды и почвенного воздуха Стоимость санирования – 4 Mio. € Продолжительност санировани – 7 -8 лет ь я BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 19

Отреставрированны индустриальны архитектурны й й й памятник BEX 5001/CSD_Vortrag_2006_In-situ-Sanierung/31. 08. 06/(IPr) Seite 20

активная биоремедиация

Биовентилирование- активная биоремедиация § Преимущества § Недостатки Применение в России

Биоаугментация § Внесение экзогенного биологического материала в очищаемую почву § УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ Преимущества и недостатки

Основные технологические этапы получения и использования биопрепаратов для очистки загрязненных сред

Биоремедиация с использованием метода промывки

Промывка почвы с дополнительной обработкой промывной воды на биофильтре

Биоконцентрирование и локализация

Биомобилизация и биовыщелачивание

Основные требования к биоремедиации § Эффективная очистка почв от загрязнителя § Восстановление благоприятных экологических условий § Обеспечение получения чистой сельхозпродукции § Снижение риска заболеваемости населения загрязненной территории и безопасность для персоонала

Сравнительная характеристика биотехнологий ремедиации Сильные стороны: 1. Экологическая Слабые стороны: 1. Отсутствие безопасность законопроектов по биоремедиации почвы. применению 2. Безопасные для биоремедиации в теплокровных животных и окружающей среде. человека штаммы микроорганизмов. 2. Проведение работ только 3. Высокая эффективность в летний период. биодеструкции. 4. Сохранение плодородия и 3. Необходимость организации биологической активности микробиологической почвы. лаборатории. 5. Низкая трудоемкость и стоимость работ.

Основные этапы биоремедиации

Санитарно – гигиенические требования включают в себя: - Детальную экспертизу всех технических решений, - Оценку безопасности для теплокровных животных и человека используемых микроорганизмовдеструкторов, - Обоснование специальных правил техники безопасности для работающих на загрязненной территории, - Минимально-приемлемый уровень очистки почвы и сопряженных объектов окружающей среды. - Оценку риска заболеваемости населения, постоянно проживающего в районе проведения работ.

Эколого - токсикологические требования включают в себя: - Оценку степени воздействия используемых биоагентов (микроорганизмов-деструкторов, растений, сорбентов и т. п. ) на компоненты окружающей среды на очищаемой территории, - Оценку интегральной токсичности продуктов деструкции поллютантов, - Изучение фитотоксичности почвы до и после проведения биоремедиации, - Изучение сапрофитной почвенной микрофлоры и биологической активности почвы до и после обработки, - Прогнозирование сроков восстановления (после интродукции микроорганизмов-деструкторов) структуры и численности микробного сообщества до уровня незагрязненной почвы, - Оценку состояния наземной экосистемы по показателям скорости трансформации и эмиссии важнейших биогенных элементов (углерода, кислорода, азота и др. ).

Критерии оценки безопасности биоремедиации § Проверка штаммов микроорганизмов деструкторов на безвредность для теплокровных животных § Оценка загрязненности почвы поллютантами до и после биоремедиации, составление карты участка § Изучение миграции загрязнителя по почвенным горизонтам и коэффициентов его накопления в сельскохозяйственных растениях § Оценка интегральной токсичности и фитотоксичности почвы до и после биоремедиации § Изучение ферментативной активности и микробного состояния почвы после обработки биодеструкторами § Оценка риска заболеваемости населения, проживающего в зоне биоремедиации

Проведение обучения пробоотбору на базе тренинг-центра ЕРА (г. Цинциннати, США) Проведение обучения пробоотбору в НИЦ ТБП (г. Серпухов, Россия)

Оценка патогенности для теплокровных животных штаммов микроорганизмовдеструкторов Критерии оценки патогенности штаммов микроорганизмовдеструкторов: 1. Вирулентность (LD 50), 2. Токсичность, 3. Токсигенность, 4. Диссиминация во внутренних органах животных.

Оценка риска заболеваемости населения, проживающего в зоне биоремедиации Содержание ПХБ Точка 30–кратного снижения концентрации ПХБ Суммарное количество продукции (кг) До обработки Почва, мг/кг Картофель, мкг/кг Свекла, мкг/кг Морковь, мкг/кг Зелень, мкг/кг + другое В среднем в продукции растениеводства (Travis, Arms, 1988), мкг/кг После обработки 12, 5 0, 44 3– 8 0, 1– 0, 28 66– 83 2, 3– 2, 9 860 512– 625 18– 22 985 625– 875 22– 31 1600 2, 5– 38 0, 09– 1, 3 7, 7 х 10– 4 2, 62 х 10– 5 0, 09– 0, 11 0, 003– 0, 004 3– 4 х 10– 3 1, 1– 1, 4 х 10– 4 26500 Канцерогенный риск Минимальная токсичность, мг/кг Суточная доза, мг/кг/день Индивидуальный риск

Основные этапы по внедрению биоремедиации в России § Подготовка и согласование необходимой документации (ОПР, ТУ, инструкций…), § Проведение токсикологических испытаний штаммов микроорганизмов на теплокровных животных по 4 показателям безопасности (в НИЦ ТБП), § Депонирование штаммов микроорганизмов во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (г. Москва, НИИгенетики), § Оформление патентов России на микроорганизмы и/или биотехнологию, § Поиск партнеров для организации производства и/или покупателей биотехнологии.

Практика получения биопрепаратовнефтедеструкторов

Регион в котором выделены изоляты штаммов способные деструктировать нефтепродукты

Катангский р-н Иркутской обл. Точки забора проб для определения наличия нефтедеструктирующей микрофлоры Места Нижн. Умотка Места естественных выходов нефти Средн. Умотка Места дислокации экспедиций Верх. Умотка Тетея

Микроскопическая картина фаз развития микроорганизмов входящих в состав биопрепарата «ФРИОИЛ» на нефтепродукте в водной фазе Механизм биодеструкции углеводородных ксенобиотиков биопрепаратами класса «ФРИОЙЛ» в водной среде.

Механизм биодеструкции углеводородных ксенобиотиков биопрепаратами класса «ФРИОЙЛ» в водной среде. .

Г- Г+ Чистые культуры микроорганизмов в процессе деструкции нефти (световая микроскопия). АP. putida BS 3701 (p. BS 1141, p. BS 1142), Б+Rhodococcus sp. S 67. МК - микробные клетки, НК - нефтяная капля

Механизм биодеструкции углеводородных ксенобиотиков биопрепаратами класса «ФРИОЙЛ» разработанных во ФГУП Гос. НИИ особочистых биопрепаратов ФМБА

В соответствии с современными представлениями, механизм ассимиляции алканов включает следующие стадии: Образование макроэмульсий (1 -100 мкм); Сорбция микроорганизмов на эмульгированных частицах загрязнителя. и их последующее перемещение через клеточную мембрану; Образование микроэмульсий (0, 01 -0, 5 мкм) под действием ПАВэмульгаторов, продуцируемых клетками микроорганизмов; Окисление углеводородов в соответствующие формы осуществляться по нескольким направлениям: - окисление н-алканов монооксигеназной системой переноса электронов; - гидропероксидация н-алканов, включающая образование алкилгидроперекисей из сводобных радикалов и их восстановление в первичные и вторичные спирты; - дегидрирование алканов в соответствующие алкены; - каталитическое превращение образовавшихся жирных кислот до ацетил-Ко. А по механизму β-окисления.

Важнейшим фактором успешного окисления нефти бактериями является достаточное количество кислорода, которое требуется для преобразования нефтяных фракций, с одной стороны, в биомассу, а с другой - в СО 2 и Н 2 О. Для окисления 1 л нефти в море расходуется 3300 г кислорода!

Отечественные биопрепараты применяемые для биоремедиации нефтезагрязненных территорий § В настоящее время создано около 30 комплексных биопрепаратов для очистки почв и вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, но каждый из них эффективно работает лишь при наличии определенного комплекса внешних условий (почвенно-климатических факторов, концентрации нефти…). Особенно остро проблема очистки почв и вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами стоит для северных и умеренных широт, где из-за пониженных температур естественное разрушение нефти происходит очень медленно. § Все известные к настоящему времени препараты для очистки вод и почв от нефтезагрязнений по принципу действия могут быть разделены на 2 типа: § Препараты, содержащие биогенные элементы и (или) эмульгирующие вещества, т. е. препараты, стимулирующие развитие и нефтеокисляющий потенциал местной микрофлоры; § Препараты, содержащие селективные микроорганизмынефтедеструкторы (или ферментные комплексы), принимающие на себя основную роль в деструкции загрязнения, и необходимые биогенные элементы.

Препарат Производитель Описание и характеристики Расход Цена Деворойл ООО Очистка от загрязнений нефтью и нефтепродуктами воды, почвы и твердого осадка сточных вод; очистка от нефтезагрязнений грунтов; депарафинизация нефтяных скважин и очистка буровых шламов от углеводородов; очистка поверхностных сточных вод от углеводородных загрязнений. содержит 5 штаммов микроорганизмов вместо одного, 5 -40 градусов С. Расход препарата 1 -2 кг на 5 га Стоимость биопрепа рата при очистке 1 га 6 000 р «"Аланта +" Башкорто стан «Дестройл ООО «Эколайн» Санкт. Петербург Препарат для ликвидации нефтяных загрязнений воды и почвы. Получен на основе выделенной из природы микробной культуры Acinetobacter specivs Препарат работает в диапазоне температур от +10° до +42°С, сохраняя жизнеспособность клеток в почве от -45° до +44°С при р. Н 4, 5 -8, 5; сохраняет почве от -45° до +44°С при р. Н работоспособность в засоленных почвах Оптимальные условия нефтеокисляющего действия: температура — (24+5)°С, p. H среды — 6, 0 -8, 0 ед. температура (24+5)°С, p. H среды 6, 0 -8, 0 Почва, до 15 см, не более 10%3 кгпорошка/га Стоимость биопрепа рата при очистке 1 га 7500 руб. Руден ЗАО Биоамид Бактериальный препарат "РУДЕН", созданный на основе бактерий Rhodococcus sp. HX 7, Rhodococcus эффективно разрушает нефть и нефтепродукты в широком интервале температур от 5 до 30 0 С, температур от содержании солей до 30 г/л преимущества: эффективно действует при низких температурах (5 -15 0 С); ускоряет разрушение как насыщенных так и ароматических углеводородов, в том числе асфальтенов. активность не ингибируется при высоких концентрациях нефти ( вплоть до 60%). 3 -4 кг/га Стоимость биопрепа рата при очистке 1 га 2500 р.

БИОСОРБ торговая марка "МОСКАТ Разработан институтом озероведения РАН по заказу Инновационной компании "Адекватные технологии" (г. Москва). Очистка от нефтяных загрязнений пресных и соленых вод, прибрежной зоны, почвы; активное разложение нефти микроорганизмами как на воде, так и под водой, а также - в донных отложениях и береговой полосе. Нефть собирается вокруг гранул препарата, соединяясь затем вместе в отдельные фрагменты, которые, если это возможно, или удаляются механически или остаются на плаву. Препарат, в этом случае, разрушает нефтепродукты автономно. Через 3 -4 недели микроорганизмы на 90 -95% окисляют нефтепродукты. . В природе остается до 10% не опасных асфальтенов и алюмосиликатные части биосорбента экологически инертные ингредиенты. МОСКАТ разлагает нефтепродукты в воде от 0 градусов и выше, деструктируя при этом до 86% углеводородов как на поверхности так и в толще воды. Почва, загрязнение 5 т/га БАК ООО «БИОЦЕН» Санкт-Петербург Комплексная биологическая композиция, включающая - четыре нефтеокисляющие бактериальные культуры обладающие способностью окислять широкий класс углеводородов при температурах от +4 до +300 С, иммобилизованные на торфе. - стабилизаторы р. Н. - комплекс NPK - стимуляторы почвенной микрофлоры БАК вносится в загрязненную почву и запахивается на глубину 20 -30 см. 300 кг/га 1% Стоимость препарата при очистке 1 га Стоимость очистки 1 га при 1% загрязнении составляет от 60000 руб.

Сравнение применения методов ремедиации и биоремедиации Показатели сравнения Ремедиация Биоремедиация Исследование применимости технологии для очистки конкретного места загрязнения Стандартные анализы, дающие однозначный ответ Комплексные междисциплинарные исследования, требующие высокой квалификации Стандартизация применения технологии Высокая; однотипный метод очистки разных мест загрязнения Низкая; каждый проект требует индивидуальной разработки Воздействие на почву Жесткое: высокие температуры, растворители, газы и др. Мягкое: добавление природных субстратов, биогенных элементов, микроорганизмов Длительность очистки Дни, недели Месяцы, годы Надежность технологий Высокая; мало зависит от особенностей места загрязнения Низкая; сильно зависит от особенностей места загрязнения Стоимость среднего проекта Потенциальная экологическая опасность 60 -90% от стоимости ремедиации Образование опасных промежуточных продуктов неполного разложения загрязнения Возможно образование опасных продуктов неполной биодеградации загрязнения; требуется оценка возможных последствий интродукции организмов

Фиторемедиация: Использование растений и водорослей для очистки и восстановления загрязненных вод, почв, грунтов

Основные типы фиторемедиации

Относительная коммерческая разработанность приемов фиторемедиации для загрязнения определенными металлами (Ранжирование: 0 – не разработано; 1 – в процессе разработки фундаментальных исследований; 2 – лабораторные исследования / лабораторные испытания; 3 – развертывание полевых испытаний; 4 – коммерциализовано) Металл Ni Co Se Pb Hg Cd Zn As Cs Sr H 3 U Разработанность 4 4 3 2 3 1 3 2 3 3 Неиндуцированная фиторемедиация 4 4 4 0 4 4 4 1 2 2 Индуцированная фиторемедиация 0 0 0 4 0 0 0 0 3 Да Да Нет Да Да Да Нет Разработка регламента 0

Перечень элементов, включенных в базу данных PHYTOREM Алюмини й (Al) Бериллий (Be) Кадмий (Cd) Кобальт (Co) Марганец (Mn) Медь (Cu) Молибден (Mo) Мышьяк (As) Никель (Ni) Палладий (Pd) Платина (Pt) Радий (Ra) Ртуть (Hg) Свинец (Pb) Стронций (Sr) Уран (U) Хром (Cr) Цезий (Cs) Цинк (Zn)

Растения, способные аккумулировать четыре металла и более (Степени аккумуляции: A – аккумулятор; H – гипераккумулятор; P – способно осаждать металлы; T – устойчиво к металлам) Научное название Тривиальное название Происхождение и характеристика Число элементов Элементы и степень аккумуляции Африка, плавающее 4 Cu. A, Ni. A, Mn. A, Pb. A Bacopa monnieri Water-fern Азолла папоротниковидная Водный иссоп Индия, недавно появившийся вид 5 Cd. H, Cr. H, Cu. H, Hg. A, Pb. A Eichhornia crassips Водный гиацинт Повсеместно распространенный в тропиках и субтропиках, злостный сорняк 6 Cd. H, Cr. A, Cu. A, Hg. H, Pb. H, Zn. A Hydrilla verticillata Hydrilla, Гидрилла мутовчатая южная Азия, но интродуцируется и распространяется как сорное растение в теплых штатах США 4 Cd. H, Cr. A, Hg. H, Pb. H Lemna minor Ряска Обычно для Северной Америки и широко распространено 4 Cd. H, Cu. H, Pb. H, Zn. A Pistia stratiotes Водный латук Повсеместно распространенный в тропиках и обычно для южной части США, но является водным сорняком 4 Cd. T, Cr. H, Cu. T, Hg. H Salvinia molesta Water-fern, свободноплавающий папоротник Гигантская ряска Валлиснерия американская (водная) Индия 4 Cr. H, Ni. H, Pb. H, Zn. A Обычно для Северной Америки Обычно для Европы и Северной Америки, но широко культивируется в аквариумах 5 4 Cd. H, Cr. H, Ni. H, Pb. H, Zn. A Cd. H, Cr. A, Cu. H, Pb. H Водные растения и растения ветлэндов: Azolla filiculoides Spirodela polyrrhiza Vallisneria Хозяйственно значимые растения Brassica juncea Индийская горчица 7 Cd. A, Cr. A, Cu. H, Ni. H, Pb. H, UA, Zn. A Helianthus annuus Подсолнечник 4 Cs. H, Pb. H, Sr. H, UH; в работе 22 также перечисляются Cd, Cr (VI), Cu, Mn, Ni и Zn, которые адсорбируются на корнях растений, выращиваемых в условиях гидропоники Наземные растения Agrostis castellana Thlaspi caerulescens Полевица Альпийская ярутка, Португалия Европа 5 7 , As. H, Mn. A, Pb. A, Zn. A Cd. H, Co. H, Cr. A, Cu. H, Ni. H, Pb. H, Zn. H Athyrium yokoscense Кочедогжник йокосукский Япония 4 Cd. A, Cu. H, Pb. H, Zn. Р

Фитотрансформация, фитодеградация, фитоиспарение § Способность ферментных систем растений трансформировать или деградировать органические соединения –ВТЕХ, ТНТ, § Пестициды, метилтретбутиловй эфир Корни хрена-Armoracia rusticana ТНТсыть съедобная Cyperus esculentus Фасоль кустовая –Ph. vulgaris, пшеница – Triticum aestivum ТХЭ - гибридный тополь (Populus)

Фитоиспарение § Летучие органические вещества вделяются в атмосферу через листья в нетрансформированном состоянии § Для металлов-ртуть, мышьяк, селен которые образуют летучие метелированные продукты.

Ризосферная биоремедиация § Органические соединения разлагаются при совместном действии микроорганизмов и растений в прикорневой зоне растений – ризосфере. § 1. Удобрения § 2. Луговые травы, бобовые культуры- бермудская трава(Cynodon dactylon), люцерна посевная (Medicago sativa), клевер, райграсс( Trifolium, Lolium perenne) § Овсяница высокорослая (Festica arundinacea)секретирует фенолсодержащие соединения индуцирующие микробный синтез ферментов участвующих в деградации ПАУ, ПХБ сложной ароматики

Фитостабилизация § Использование растений для уменьшения мобильности загрязнений в почве, их выщелачивания в грунтовые воды, распространения с воздушными потоками и движение по пищевым цепям. § Устойчивые к тяжелым металлам: полевица тонкая (Agrotis tenus) овсяница красная (Festuca rubra)

Фитозаградительные барьеры § Сооружаются на пути миграции массы загрязнений, находящихся в верхних горизонтах почвы, или загрязненной верховодки для замедления скорости движения или изменения его направления Деревья фреатофиты-хорошо развивающиеся в условиях обводнения – гибридный и трехгранный тополь(Populus deltoides) иву (Salix), осину, ясень, oльху, березу

Изолирующий растительный покров § Для контроля инфильтрации атмосферных вод и изоляции мест захоронения промотходов, бытовых отходов. § Требования к растениям: § Обладать повышенной эвапотранспирации § Отсутствие угрозы нарушения покрова § Возможность использовать площадку в разных целях. § Ланшафтно-восстановительные функции.

Ризофильтрация и поля орашения § Использование корневых систем растений для удаления тяжелых металлов, радионуклидов, органических ксенобиотиков из загрязненных вод. § Подсолнечник и горчица сарепская (Helianthus annuus, Brasica juncea)

Использование фиторемедиации § Стоимость очистки важнее чем продолжительность § Необходимо предотвратить миграцию загрязнений § При больших площадях загрязнения § На заключительных стадиях ремедиационных работ § Достижение рекреационных целей Главный недостаток – низкая скорость очистки

Камыш озерный

Рогоз и вейник

Тросник

Тросник

Накопитель жидких отходов в г. Самара площадь 3 га. Объем токсичной жидкости 70 000 м. куб.

Получены иммобилизованные формы алканотрофных и фототрофных культур выбранных для формирования очищающих консорциумов. Иммобилизованные формы: Гетеротрофные микроорганизмы: 1. Ac. oleovorum на керамзите 10 кг, на стружке 10 кг. 2. Rh. erytropulys на керамзите 10 кг, на стружке 10 кг. 3. Изолят 1 на керамзите 4. Изолят 2 на керамзите Фототрофные организмы: 5. Chlorella sp. ES-1 капроновое волокно 0. 5 кг 6. Chlorella sp. ES-13 капроновое волокно 0. 5 кг. 7. Scenedesmus obliquus ES-55, капроновая сетка 0, 1 м 2, с поверхностью 5 м 2. 8. Stichococcus, капроновая сетка 0, 1 м 2, с поверхностью 5 м 2. 9. Phormidium sp. ES-90, капроновая сетка 0. 5 кв. м.

Получение биомассы водорослей устойчивых к токсичным водам На верхней полке – Stichococcus. Первые две культуры на полке ниже – Chlorella. Два темных сосуда на верхней полке - СALU-1146 см. ниже фрагмент

Иммобилизованная на носителе биомасса зеленых водорослей для биофильтров.

Результаты работы пилотной установки

Содержание цветных металлов в донных отложениях резервуаров пилотной установки(мг/кг).

§ Опыт рекультивации почв после аварийного разлива нефти.

Вариант 1 для топких переувлажненных болот • Оконтуривание разлива канавой, • Фрезерование (шагающий понтоноход с фрезой) один раз, В это же время добавляют в очень высоких дозах: • Удобрения, • Раскислитель (мел), • Биопрепарат, • Семена злаковых растений (овес) Стоимость технологии: 4600 - 6800 долларов США за 1 га.

Вариант 2 для топких переувлажненных болот • Мелиоративные работы, • Срезание верхнего слоя торфа (5 -7 см) экскаватором ранней весной (по мерзлоте), • Фрезерование 1 -2 раза, • Известкование, внесение удобрения и биопрепарата (последние процедуры могут повторяться 2 -3 раза), • Посев семян однолетних и многолетних злаковых растений. Стоимость технологии: 4500 - 6500 долларов США за 1 га.

Вариант 3 для свежих разливов нефти • Мелиоративные работы, • Сбор нефти нефтесборщиками или вакуумбочками, • Отжим нефти отжимным устройством, сбор ее, • Смыв нефти водой с помощью насосов, сбор ее, На следующий год : • срезание верхнего (5 -7 см) слоя торфа, пропитанного нефтью, передача на переработку, • фрезерование торфа, • известкование, внесение удобрения, семян злаковых растений. Стоимость технологии 15000 - 25000 долларов США за 1 га.

Исходное состояние загрязненного нефтью трудно проходимого болота, Нижневартовск, июнь 1999 год

Фрезерование загрязненного нефтью трудно проходимого болота, Нижневартовск, июль 1999 год

Варианты рекультивации (1)фрезерование и высев семян овса; (2)фрезерование, известкование и высев семян овса; (3)фрезерование, известкование, внесение больших доз удобрения и высев семян овса; (4)технология ООО «Грин» - фрезерование, известкование (4 т/га), большие дозы удобрения (850 -950 кг/га), высев семян овса (200 -300 кг/га), биопрепарата (200 -300 кг/га) (в этот раз применяли препарат Родер, но в обычной концентрации); (5)технология МГУ - фрезерование, известкование, трехкратное применение препарата Родер 1 л/м 2 с рабочей концентрацией углеводород окисляющих клеток 1*106 - 1*107 в 1 мл) с 0, 2% раствором удобрений и затем высев семян овса.

Результаты рекультивации топкого болота, загрязненного аварийно разлитой нефтью, Нижневартовск, 1999 г

Биорекультивация препаратом Родер болота, загрязненного нефтью, Нижневартовск, август 1999 г

НАЧАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УЧАСТКА № 20, УСИНСК, 26 июня 2002 г ОБЩИЙ ВИД УЧАСТКА со стороны делянки № 9

Сравнительные полевые испытания технологий биорекультивации нефтяного загрязнения, 20 участок Усинск, 2002 г 1. Контроль 2. Агротехнические приемы без применения биопрепарата – ”Комимелиоводхозпроект” 3. Препарат Универсал- Ур. О РАН Институт биологии 4. Препарат “Петролан”- “Приборсервис” 5. Лигносорбент + Препарат “Унирем” – “Центр рекультивации” 6. Препарат “Родер” – МГУ, Химфак 7. Препарат “Омуг” – “Ника” 8. Препарат “Деконтам”- “ Deconta ”, Чехия

Снижение концентрации нефтянного загрязнения на делянке № 9 (технология МГУ с применением препарата Родер), Усинск, 2002 -2004 гг.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДЕЛЯНКА № 9, ЗАГРЯЗНЕННАЯ НЕФТЬЮ, ( УЧАСТОК № 20, УСИНСК), 26 июня 2002 г Правая сторона делянки № 9, виден смещенный к краям делянки торф с нативной нефтью (крайне высокий уровень загрязнения торфа нефтью)

Состояние делянки № 9 (МГУ) после проведения биорекультивационных работ, сентябрь 2002 г Сентябрь 2002 г

Состояние делянки № 9 (МГУ) после проведения биорекультивационных работ, 15 августа 2003 г

Состояние делянки № 9 (МГУ) после проведения биорекультивационных работ, август 2004 г

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации нефтяного загрязнения, Усинск, 2002 -2004 гг Углеводород окисляющие микроорганизмы

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации нефтяного загрязнения, Усинск, 2002 -2004 Аммонификаторы

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации нефтяного загрязнения, Усинск, 2002 -2004 нитрификаторы

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации нефтяного загрязнения, Усинск, 2002 -2004 гг олигонитрофилы

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации, Усинск, 2002 -2004 гг Дегидрогеназная активность

Восстановление биологической активности почвы в процессе биорекультивации, Усинск, 2002 -2004 гг Каталазная активность

Восстановление биологической активности почвы а процессе биоремедиации почвы, Усинск, 2002 -2004 гг Уреазная активность

ВЫВОДЫ эффективно одно фрезерование, в том числе с известкованием и посевом семян растений • Не целесообразен и не эффективен посев семян на высоко токсичную почву с высоким уровнем углеводородного загрязнения • Препараты из нефтеокисляющих микроорганизмов показывают самый большой эффект по снижению УВ загрязнения в почве и ее биологическому восстановлению. • Для истинного восстановления почв, загрязненных аварийно разлитой нефтью, необходимо, как минимум, 3 года. • Мало

ПОЖЕЛАНИЕ Обязательно включать анализы по восстановлению биологической активности почвы и биотестирование в систему оценок эффективности применяемых биотехнологий рекультивации помимо оценки снижения уровня нефтяного загрязнения и определения площади покрытия и состояния высеянной травосмеси.

§ Загрязнение поверхностных вод различными токсикантами - один из показателей общего ухудшения состояния природной среды. § Очистка воды в природе - непременное звено в цикле водооборота. Любые типы загрязнений при самоочистке воды, в конечном счете, оказываются сконцентриро-ванными в виде продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, высших растений и животных и в итоге скапливаются на дне, в детрите. § Искусственные системы очистки воды основаны на использовании процесса минерализации и концентрирования загрязнителей; они имитируют природные объекты - стоячие и проточные

Биологические риски § Очевидно, что самую серьезную опасность пред-ставляет использование для биоремедиации мик-роорганизмов, которые могут оказаться патоген-ными для человека и окружающей его среды или которые смогут обусловливать образование токсичных соединений, в результате неполного окис-ления загрязнителей. Большую опасность может представлять образование при биоремедиации му-тагенов и генотоксичных соединений. Весьма нежелательно чтобы биоремедиация оказывала отрицательное влияние на биоразнообразие и/или приводила бы к