Мнаймен ластанан топыраты микроазалар кмегімен тазалау

Бүкіл дүние жүзінде өндірілетін мұнай көлемінің ұлғаюы нәтижесінде топырақтың мұнаймен ластану қауіпі артуда. Мұнай және мұнай өнiмдерiнiң қалдықтарынан табиғи экожүйелердiң, әсiресе топырақтың ластануы күрделi экологиялық қауiп-қатерге әкелуде. Топырақтың жоғары адсорбциялау қабi-летiне байланысты, мұнай ұзақ уақыт бойы топырақта сақталады. Мұнай өнiм-дерiнiң төгiлуiнен, әртүрлi апаттардың салдарынан топырақтың физика-химия-лық қасиеттерi өзгерiп, су-ауа режимi бұзылып, нәтижесінде топырақтың мик-робиологиялық белсендiлiгi өзгереді [1, 2]. Жыл сайын әлемде мұнайды өндіру, тасымалдау, сақтау және қолдану кезінде мұнай және мұнай өнімдерінің 60 млн. тоннаға жуығы жоғалады. Мұнай өнім-дерімен ластануды тазарту үшін әртүрлі әдістер қолданылуды, соның бірі микро-ағзалар мен бактерияларды пайдалануға негізделген – биологиялық әдіс. Олар көмірсутектерді қорек ретінде пайда-ланып, нәтижесінде өнімді көмірқышқыл газына айналдырады. Бірақ осы кезде қандай аралық өнімдер түзілетіні, мұнай және мұнай өнімдерінің химиялық құра-мы қалай өзгеретіні толық зерттелмеген. Микроағзалар мұнайдың әртүрлі көмір-текті қосылыстарына әсер еткенімен, оларды тотықтыру қабілеті бірдей бол-майды. Бірінші кезекте н-алкандар ыды-райды [3]. Мұнайдың ароматты қосылыс-тарының терең деградацияға ұшырауы таңдамалы әдіспен алынған микрофлора-мен байланысқа түскенде жүзеге асады [4].

Зерттеу нысандары мен әдістері. Зерттеу нысаны ретінде Ақтөбе облы-сының Мұғалжар ауданының Жаңажол кен орнының территориясында орна-ласқан “Химпромсервис-Ақтөбе” ЖШС шлам жинағышынан мұнаймен ластанған топырағы алынды. Келесі көмірсутектер таңдап алынды: бензол, толуол, декан, изооктан (2,2,4-триметилпентан). Топы-раққа енгізілетін микроағзалар ретінде әл-Фараби атындағы ҚазҰУ биология факультетінің микробиология кафедрасы-ның мұнаймен ластанған топырақ суб-страттарынан бөлініп алынған Pseudo-monas туысына жататын Pseudomonas mendoсina H-3 және Oscillatoria С-3 бактериялары пайдаланылды. Олардың жасушаларының титрі 106 кл/мл.

Топырақтағы мұнайдың және органи-калық бөлігінің мөлшері экстракция әдісімен анықталды. Еріткіш ретінде бензол қолданылды.

Топырақ құрамындағы мұнайдың бастапқы және микроағзалардың әсерінен кейінгі көмірсутектік құрамы хроматогра-фиялық әдіспен зерттелді. Анализ “Крис-талл-люкс-2000” хроматографында жүргі-зілді. Топырақтан бөлініп алынған мұнай үлгілерінің құрамы инфрақызыл (ИҚ) спектроскопия әдісімен зерттелді. Мұнай үлгілерінің инфрақызыл жұтылу спектр-лері FTIR Satellite (Mattson, АҚШ) спектро-метрінде 400-4000 см-1 облыста түсірілді.

Нәтижелер мен оларды талқылау. Ақтөбе облысының Мұғалжар ауданының Жаңажол кен орнының территориясында орналасқан ЖШС «Химпромсервис-Ақ-төбе» шлам жинақтаушысының мұнаймен ластанған топырағының биоремедиация-сы бойынша егістіктік және зертханалық зерттеулер жүргізілді. Мұнай деструк-торы ретінде Pseudomonas mendocina H-3 бактериясы қосылды. Зертханалық жағ-дайда құрамында мұнайтотықтырғыш бактериялардың жасушалары бар ортамен топырақ өңделіп, алты ай бойы органи-калық бөліктің құрамында болған өзге-рістер бақыланды. Мұнай деструкция-сына аборигенді (топырақ құрамындағы) және енгізілген микрофлораның қаты-суын дұрыс бағалау үшін тәжірибелер стерилді және стерилді емес топырақ-тармен жүргізілді. Тәжірибе 180 тәулікке созылды. Топырақ биоремедиациясының нәтижелері 1-суретте көрсетілген.

1 сурет – Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған топырақ биоремедиациясы, Pseudomonas mendocina H-3 жасушасы.

Топырақ: 1 – стерильді, 2 – стерильді емес, 3 – стерильді, мұнаймен ластанған топырақ пен микроағзалары бар орта, 4 – стерильді емес, мұнаймен ластанған топырақ пен микроағзалары бар орта.

1-суреттен көрініп тұрғандай, орга-никалық заттардың ең жылдам деструк-циясы стерильді емес, мұнаймен ластан-ған топырақ пен микроағзалары бар ортада байқалды. Стерилді және стерилді емес топырақтағы бақылау үлгілерінде органикалық заттардың концентрациясы тәжірибе соңына дейін мүлдем өзгермеді. Мұнайтотықтырғыш бактерияны бар ортаны қосқанда тәжірибенің бірінші айының өзінде стерилді және стерилді емес топырақтарда органикалық заттар-дың концентрациясы сәйкесінше 18,7 және 20,4%-ға дейін төмендеген. Екінші айдың соңына таман органикалық заттар-дың мөлшері 12,6 және 16,7%-ға дейін төмендеді. Алты айлық тәжірибеден кейін ластанған топырақтағы органикалық заттардың мөлшері 3-6 мас.% құрады, ал деградация дәрежесі 83 және 91%-ды құрайды. Егістіктік зертеулерде анализ үшін топырақ үлгілері тәжірибенің ба-сында және соңында алынды. Интродук-ция үшін мұнайтотықтырғыш микроағза-лар жасушасының суспензиясы қолда-нылды. Тәжірибелер 1х1х0,8 м өлшемді алқапта бес рет қайтап жүргізілді. Зерт-теліп жатқан алқаптардың 6 ай өткеннен кейін сырт көзге түсі мен иісінде айтар-лықтай айырмашылықтар байқалды. Оларға ашық-қоңыр түсті топырақтың түсі тән, қышқыл органикалық иіс сезілмеді.

Хроматография әдісімен Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған топырақтың органикалық бөлігінің биоремедиацияға дейінгі және кейінгі химиялық құрамының сандық және сапалық өзгерістері зерттелді. 1-кестеде топырақтың бастапқы және алты ай микроағзалардың әсерінен кейінгі органикалық бөлігінің хроматографиялық анализ нәтижелері келтірілген.

Топырақтың органикалық бөлігінің компоненттік құрамының хроматография-лық анализ нәтижелерінен көрініп тұр-ғандай негізінен жеңіл парафиндер көр-сетілген. Бастапқы ластанған топырақтың органикалық бөлігінде изопарафиндер, циклді және ароматты көмірсутектер болды. 3-метилпентан, 1,5-диметилнаф-талин және С12 көмірсутектерінің концен-трациясы жоғары. Алты ай микроағ-залардың әсерінен кейін топырақтың органикалық бөлігінің хроматограмма-сынан көмірсутектердің мөлшерінің айтарлықтай өзгерісін көруге болады. С10 -нан С15-ке дейінгі төмен молекулалы көмірсутектердің мөлшері төмендеді. Ор-ганикалық бөліктің құрамында С16-дан С34-ке дейінгі қатты жоғары молекулалы көмірсутектердің пайда болғаны байқал-ды. Алты ай бойы топырақтың 34%-дық ластануы кезінде биототығу процестері топырақтағы жеңіл парафиндердің мөл-шерінің азаюына және С16-С34 компо-ненттерінің жоғарлауына әкелді.

1 кесте – Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған топырақтың органикалық бөлігінің биоремедиацияға дейінгі және кейінгі компоненттік құрамы

Компоненттер	Бастапқы үлгі      \	6 айдан кейінгі улгі
	құрамы, мас. %
2-метилпентан	3,341	-
3-метилпентан	16,633	-
н-гексан	9,470	-
2,2,3-триметилбутан	1,553	-
1,1-диметилциклопентан	2,367	-
2,2,4-триметилпентан	1,262	-
С 7	2,826	-
С 8	0,874	-
С 9	0,999	-
С 10	2,707	0,011
С 11	1,108	0,293
С 12	17,673	0,978
С 13	3,461	1,684
С 14	7,153	2,671
1,6-диметилнафталин	4,675	-
1,5-диметилнафталин	13,222	-
1,3-диметилнафталин	2,969	-
С 15	7,708	2,640
С 16	-	2,385
С 17	-	2,105
С 18	-	2,017
С 19	-	2,111
С 20	-	2,482
С 21	-	3,011
С 22	-	4,439
С 23	-	4,658
С 24	-	4,632
С 25	-	6,743
С 26	-	7,845
С 27	-	9,669
С 28	-	9,842
С 29	-	8,080
С 30	-	6,643
С 31	-	6,429
С 32	-	4,788
С 33	-	3,034
С 34	-	0,809
Жалпы мөлшері	100,0	100,0

Сондай-ақ

ЖШС «Химпромсервис-Ақтөбе»        шлам жинақтаушы топырағының органикалық бөлігінің топтық құрамына, микроағзалармен тазалағанға дейінгі және кейінгі адсорбционды-хроматографиялық әдісі бойынша анализ жүргізілді, оның нәтижелері 2-кестеде көрсетілген. Кесте-дегі мәліметтер бойынша топырақтың органикалық бөлігінің

құрамын негізінен майлар (50,2 мас.%) мен шайырлар (41,3 мас.%) құрайды. Майлардың ішінде пара-финді-нафтенді майлардың (32,9 мас.%), ал шайырлардың арасында - бензолды шайырлардың (33,1 мас.%) мөлшері көп. Асфальтендер мөлшері 8,5 мас.%-ды құрайды.

2 кесте – Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған топырақтың органикалық бөлігінің Pseudomonas mendocina H-3 жасушасы суспензиясының интродукциясына дейінгі және кейінгі топтық құрамы

Топтық құрам	Мұнаймен ластанған топырақтың органикалық бөлігі
	бастапқы	6 айдан кейінгі
Майлар, мас. %: парафинді-нафтенді	32,9	27,7
моноциклоароматтық	1,4	5,4
бициклоароматтық	0,3	2,9
полициклоароматтық	15,6	1,4
Жалпы мөлшері	50,2	37,4
Шайырлар, мас. %: бензолды	33,1	2,4
спиртті-бензолды	8,2	39,0
Жалпы мөлшері	41,3	41,4
Асфальтендер	8,5	21,2

Алты ай өткен соң микроағзалары бар ортаның интродукциясынан кейін топы-рақта мұнайдың майлы фракциясының мөлшері айтарлықтай азайған, ал ас-фальтендер мөлшері көбейген. Майдың құрамында парафинді-нафтенді, поли-циклді және ароматты компоненттердің концентрациясы төмендеген, ал моно-және бициклоароматты көмірсутектердің мөлшері жоғарылаған. Шайырдың жалпы мөлшері өзгермегенімен, бензолды шай-ырдың концентрациясы 10 есеге азайған және 2,4%-ды ғана құраған. Спиртті-бензолды шайыр құрамының жоғарлауы қосылыстардың екінші ретті тотығуымен байланысты. Органикалық бөліктің құра-мында асфальтендердің мөлшері 2,5 ретке жоғарлаған.

Органикалық қосылыстардың тербел-мелі спектрлерінің анализі инфрақызыл облыста тотығу кезіндегі функционалды топтардың табиғаты мен олардың құрылысындағы өзгерістерді анықтау үшін сенімді әдіс болып табылады. Мұнай деградациясы өнімдерінің ИҚ-спектрінен мұнайдың қарқынды тотығуын көруге және бақылау үлгісімен салыстырып, деструкция процесінің жылдамдығын бағалауға болады. Топырақтың органи-калық бөлігінің құрамындағы өзгерістерді анықтау үшін, сондай-ақ ИҚ-спектро-метрлік анализ жүргізілді. 2-суретте бастапқы ластанған топырақтан экстрак-цияланған органикалық бөліктің инфра-қызыл спектрі келтірілген. Спектрде 2953, 2922, 2851, 1456, 1377 см-1 облыстарда жұтудың қарқынды жолақтары табылған. Толқынды сандардың осы мәндерінде жұту жолақтарының пайда болуы, қанық-қан көмірсутектердің айтарлықтай мөл-шерінің бар екенін көрсетеді. 728 см-1 –де интенсивтілігі жоғары жұту жолақтары ұзартылған нормалды көмірсутектердің валенттік және деформациялық тербелу-лерінің арқасында пайда болады. Бұл Жаңажол кен орнының мұнайында пара-финді көмірсутектердің көптігін білдіреді. 1604 и 1044 см-1 жұту жолақтарының спектрі органикалық бөлікте бензолды сақиналармен байланысқан ароматты құрылымдардың, 1707 см-1 қарқынды-лығы орташа жолақтар органикалық от-текқұрамдас қосылыстардың карбонильді топтарының бар екенін көрсетеді. Бұл жолақтың пайда болуының себебі, ұзақ уақыт бойы ашық ауада сақтағанда күн сәулесі топырақтағы микрофлораның өсу процестерін және оксигеназды активті-лігін жоғарлатуымен түсіндіруге болады. Топырақтың органикалық бөлігінде оттек құрамдас компоненттердің мөлшерінің үнемі жоғарылап отырғаны байқалды.

2 сурет – Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған топырақтың органикалық бөлігінің ИҚ-спектрі.

3-суретте көрсетілгендей алты ай бойы микроағза жасушаларымен әсер еткенде топырақтың органикалық бөлігінің өзгерісіне әкелді. Биодегратацияланған топырақтың органикалық бөлігінің ИК-спектрінде 1377, 1462, 2851, 2922, 2954 см-1 (-СН2 и -СН3 топтарының валенттік және деформациялық тербелісі) алифатты құры-лымды көмірсутектердің жұту жолақтары пайда болған, жұту жолақтарының интенсивтілігі бастапқы топырақтың орга-никалық бөлігінің спектрімен салыс-тырғанда айтарлықтай төмендеген. 728 см-1 кезіндегі жұту жолақтары жоғалып кеткен, ал 1604 см-1 –дегі ароматты қосылыстардың жұту жолақтарының интенсивтілігі әлсіз. Спектрде н-пара-финнің микробты тотығуы кезіндегі метаболизімінің аралық өнімі болып табылатын әртүрлі оттек құрамдас органикалық қосылыстардың: спирттердің, эфирлердің және күрделі эфирлердің С-О, С-О-С функционалды топтарының тербелуі салдарынан толқын сандарының мәндері 1073, 1122, 1273 см-1 болатын жаңа жұту жолақтары пайда болды. 1730 см-1-дегі жұту жолақтарын да оттекті қосылыс-тардың болуынан деп қарастыруға болады және оның қарқындылығы биодегра-тациядан кейін жоғарылаған.

3 сурет – Микробты жасушалардың әсерінен кейінгі Жаңажол кен орнының мұнайымен ластанған

топырақтың органикалық бөлігінің ИҚ-спектрі.

ИҚ-спектроскопия анализінің мәлі-меттерінен биоремедиация нәтижесінде мұнайдың оттек құрамдас компонент-терінің мөлшері өсетінін және парафин-дер мен ароматты қосылыстардың мөл-шерінің азаятындығын көруге болады. Бірінші кезекте гетероорынбасқан қанық-паған қосылыстардың таңдамалы тотығуы жүрсе, кейін нормалды алкандардың тотығуы және оттекқұрамдас қосылыс-тардың құрылымына тән 1707 және 1730 см-1 ауысуы пайда болды. Тәжірибе соңында мұнайдың трансформациясының өнімдері болып көп мөлшердегі эфирлі, карбонильді және карбоксильді топтары бар қосылыстары пайда болады.

Жұмыста, сондай-ақ жеке көмірсу-тектер - н-деканның, изооктанның (2,2,4-триметилпентан) және бензолдың биоде-градациясы зерттелді. Олар моторлы және дизельді отындардың құрамына кіретін н-алкандардың, изоалкандар мен ароматты көмірсутектердің типтік өкілдері болып табылады.

• 4    - суретте Pseudomonas mendocina Н-3 штамының әсерінен н-деканы бар ортаның оптикалық тығыздығының

өзге-рісі келтірілген. Суреттен штамның әсе-рінен оптикалық тығыздықтың максимум арқылы өтетіні көрініп тұр. н-деканның 2%-дық концентрациясында ортаның оптикалық тығыздығы бірден 5 есеге жоғарлайды және 5 - 10 тәулік бойы өзгермейді, сосын біртіндеп азая бастайды. н-деканның концентрациясын 5%-ға жоғарлатсақ, басында оптикалық тығыздық өзгермейді, бірақ кейіннен оның 2,5 есеге жоғарылап, соңында азайғанын көруге болады. Бұл жағдайда оптикалық тығыздықтың максималды мәні 7 тәулікте байқалды. Ортаның оптикалық тығыздығының жоғарлауы н-деканның биодеструкция процесінің қарқынды өткенін және түрлердің өскенін білдіреді. Бақылаушы ерітіндінің оптика-лық тығыздығы мүлдем өзгермеді. Жалпы Pseudomonas mendocina Н-3 микроорга-низмдері 10 тәулікке дейін көмірсутек-терді белсенді түрде қолданады, кейін олардың белсенділігі нашарлап ортаның оптикалық тығыздығы төмендейді. н-декан нормалды алкандар қатарына жататындықтан, берілген штамм тағы да парафинді көмірсутектерге белсенді әсер ететіндігін көрсетті.

уа қ ыт , тәулік

4 сурет – Pseudomonas mendocina Н-3 штамының әсерінен деканы бар ортаның оптикалық тығыздығының өзгеруі. 1 –бақылау үлгісі, н-декан концентрациясы: 2 – 5 %, 3 – 2 %.

Изооктаны бар ортаға осы штамдар-дың әсерінің нәтижелері оптикалық ты-ғыздықтың уақытқа тәуелділігі түрінде 5-суретте көрсетілген. Ортаның оптикалық тығыздығы н-деканға қарағанда айтар-лықтай жоғары емес, нәтижесінде штам-ның көмірсутектерді таңдамалы қолдана-тындығын көруге болады. Изооктан изо-мерлі алифатты көмірсутек болғандықтан, нормальды алкан н-деканға қарағанда, берілген штаммен оның биодеструкциясы нашар өтеді. Концентрациясы 2% бол-ғанда ортаның оптикалық тығыздығы жеті тәуліктің ішінде, ал 5%-дық кон-центрацияда бес тәуліктің ішінде макси-мумға жетеді. Көмірсутек концентрация-сы мен энергияның жоғарлауы бактерия-ның өсуіне әсер етіп, микроағзалардың өмір сүруіне қолайсыздық туғызады.

5 – Сурет Pseudomonas mendocina Н-3 әсерінен изооктаны бар ортаның оптикалық тығыздығының өзгеруі. Изооктан концентрациясы: 1 – 5 %, 2 – 2 %.

• 6    –суретте Pseudomonas mendocina Н-3 штамының әсерінен бензолы бар орта-ның оптикалық тығыздығының уақытқа тәуелділігі көрсетілген. Бастапқы сегізін-ші тәулікте енгізілген штамдар бір аро-матты сақинадан тұратын бензолды ыды-ратпайды, бұны ортаның оптикалық ты-ғыздығының тұрақты болып

қалғанынан да көруге болады, оныншы тәуліктен бас-тап үш тәуліктің ішінде бензолды бел-сенді түрде ыдыратқаны байқалды, ал соңында азайып барып оптикалық тығыз-дық бірден төмендеп кеткенін көреміз. Бұл жерде де штамның алкандарға қара-ғанда ароматты көмірсутектерге деген белсенділіктерінің төмен екенін көреміз.

6 – Сурет Pseudomonas mendocina Н-3 әсерінен бензолы бар ортаның оптикалық тығыздығының өзгеруі. Бензол концентрациясы: 1 – 5%, 2 – 2%.

Сондай-ақ жұмыста Pseudomonas тұ-қымдас штаммен салыстыру үшін Oscilla-toria C-3 түрі қолданылды. Микроскоптық зерттеулер бұл түрдің трихомның соңғы жасушалары екендігін көрсетті, жеке жасушалар арасындағы бөгеттер жақсы көрініп тұр. 7-суреттен изооктаны бар ортаға интродукциясына дейінгі және кейінгі трихом жасушасы Oscillatoria С-3 түрінің морфологиясы көрсетілген. Сурет-тен изооктаны бар ортаға түрді енгізгенде жасушалардың үздіксіз құрылымының үзілгендігі, түсінің және жасушалар фор-масының өзгергенін көруге болады.

а)

б)

• 7    сурет – Oscillatoria С-3 түрінің морфологиясы. а – оптималды ортадағы бастапқы құрылымы және трихом жасушалары, б – изооктаны бар ортадағы құрылымы және трихом жасушалары.

Oscillatoria C-3 түрімен әсер еткенде көмірсутектері бар ортаның оптикалық тығыздығының өзгерісі 8-суретте келті-рілген. Бұл бактерияның бензол мен парафинді көмірсутектерді әртүрлі дәре-жеде ыдыратады. Алкандар ортасында Pseudomonas mendocina Н-3 штамы сияқты оптикалық тығыздық біртіндеп жоғарлайды, максимумнан оныншы тәу-лікте өтеді, кейін уақыт өте келе бірден төмендеп кетеді. Бензол ерітіндісі бастап-қы он тәулікте түрдің өсуі мен оптикалық тығыздыққа әсер етпейді, бірақ кейін түр бензолды қолдана бастайды да ерітіндінің оптикалық тығыздығы 15 тәулікке дейін өсе бастайды және де басқа ерітінділерге қарағанда бірқалыпты болып қалады. Яғни Pseudomonas mendocina Н-3 шта-мына қарағанда бұл бактерияның аро-матты көмірсутектерге деген жоғары белсенділігін көрсетеді.

уа қ ыт , тәулік

• 8    сурет – Oscillatoria C-3 түрінің әсерінен 2 тығыздығының өзгерісі. 1– н-декан, 2 – изооктан,

Осылайша, жүргізілген зерттеулер нәтижесінен Pseudomonas mendocina Н-3 штамдарының парафинді көмірсутектердің жоғары деструкция дәрежесін көрсетсе, ал Oscillatoria C-3 түрі бензолы бар ортада белсенді. Көмірсутек концентрациясының жоғарлауы аталған штамдардың деструк-циялау белсенділігін төмендетеді.

Қорытынды . Хроматографиялық және ИК-спектроскопиялық анализ нәтижелері негізінде, мұнаймен ластанған топыраққа енгізілген микроағзалар-деструкторладың әсері анықталды және мұнаймен лас-танған топырақты тазалау үшін қолдану мүмкіндігі көрсетілді. Мұнайды тотық-тыратын микроағзаларды ластанған то-пыраққа интродукциялау нәтижесінде көмірсутектердің деструкция процесі ар-тып, топырақты қайта қалпына келтіруге ықпал етеді. Алты айлық тәжірибе кезінде алынған нәтижелер

%-дық көмірсутектері бар ортаның оптикалық 3 – бензол.

мұнаймен ластанған топырақтың биоремедиация технология-сын жасуға негіз бола алады.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

• 1 .Звягинцев Д.Г., Гузев В.С., Левин С.В., Селецкий Г.И., Оборин А.А. Диагностические признаки различных уровней загрязнения почвы нефтью // Почвоведение. -1989. - № 1. -С. 72-78.

• 2 .Исмаилов Н.М. Нефтяное загрязнение и биологическая активность почвы // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. - М.: Наука. 1992. - С. 227-235.

• 3 .Киреева Н.Л. Микробиологическая оценка почвы, загрязненной нефтяными углеводородами // Башкирский химический журнал. - 1995. -Т. 2, № 3-4. - 65 с.

• 4 . Холлуей М. Загрязненные берега // В мире науки. -1991. № -12. - 84 с.