Якутские микробиологи создали эффективный биопрепарат, очищающий почву от нефтяных загрязнений

YAKUTIA.INFO. Микробиологи Института проблем нефти и газа СО РАН,  входящего в состав Федерального исследовательского центра «ЯНЦ СО РАН», разработали многофункциональный биопрепарат для очистки почв от нефтезагрязнений.

О том, как создавалось биологическое средство для рекультивации загрязненных нефтью почв, нам рассказала научный сотрудник ИПНГ СО РАН, кандидат биологических наук Лариса Ерофеевская.

Лариса Анатольевна, когда началась работа по созданию препарата?

В Якутии научно-исследовательские работы по поиску способов очистки мерзлотных почв от нефтезагрязнений начались в 2001 году, после крупного наводнения в городе Ленске. Тогда сильно пострадали Ленская нефтебаза и городские автозаправочные станции. Огромный поток воды срывал ёмкости с нефтью и нефтепродуктами, в результате значительное их количество попало в почвенные и водные экосистемы.  К проведению мероприятий по ликвидации последствий стихийного бедствия были привлечены силы Министерства чрезвычайных ситуаций, Министерства охраны природы и ряда научных и других учреждений Российской Федерации и Республики Саха (Якутия). Институту проблем нефти и газа СО РАН было поручено выполнить Государственный заказ на выполнение научно-исследовательской работы по теме «Ликвидация нефтяных загрязнений композитами из местных минеральных и органических материалов». Под руководством кандидата геолого-минералогических наук, заведующего сектором экологии лаборатории геохимии каустобиолитов Петра Гаврильевича Новгородова были разработаны первые в Якутии нефтесорбенты на основе Инаглинского вермикулита, Сунтарского цеолита и карбонизированных отходов лесной промышленности.

В апреле 2006 года первые якутские сорбенты были представлены на Всероссийской выставке «Северные технологии спасения». А в мае этого же года случился аварийный разлив нефти на трассе нефтепровода «Талакан-Витим». Природе был нанесен значительный экологический ущерб. Разработки Института оказались востребованными, и полученные сорбенты прошли первую апробацию в реальных условиях.

Однако сорбционной очистки было недостаточно, поскольку нефть успела проникнуть в нижележащие почвенные горизонты. Возникла необходимость в проведении дополнительной очистки нарушенных земель с применением биологического метода. К исследованиям присоединились Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН и Якутский НИИ сельского хозяйства РАСХН. К сожалению, по разным причинам, эти исследования были приостановлены.

В то время в ИПНГ СО РАН не было собственной микробиологической лаборатории, и Петр Гаврильевич был вынужден искать выход из сложившейся ситуации. 80 почвенных образцов и несколько проб воды, отобранные летом 2007 года с аварийного участка нефтепровода «Талакан-Витим» на время законсервировали. А в октябре 2007 года он попросил меня исследовать эти пробы. В то время я работала врачом-бактериологом в ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РС (Я)». После того, как исследования были одобрены заведующей бактериологической лабораторией Людмилой Голомаревой и утверждены главным врачом Сергеем Теленковым, я приступила к работе.

Результаты получились весьма интересные. В ходе исследований были выделены аборигенные углеводородокисляющие микроорганизмы, способные вызывать деградацию нефтезагрязнений. По окончании исследований Петру Гаврильевичу был передан подробный отчет с результатами исследований. Через несколько дней я получила предложение перейти на работу в ИПНГ СО РАН для организации в институте микробиологического кабинета и продолжения исследований в этом направлении. Было конечно заманчиво начать новое дело, но я некоторое время не могла решиться.

В декабре 2007 года случился аварийный разлив нефти на территории Амгинской нефтебазы. Тема восстановления нарушенных территорий после аварийных разливов нефти снова стала актуальной. Петр Гаврильевич напомнил мне о предложении заняться нефтяной микробиологией. И, с 1 февраля 2008 года я всё же приступила к работе в ИПНГ СО РАН в должности младшего научного сотрудника. В работу пришлось окунуться с головой с самого первого дня пребывания в новой должности. Вместо свободного режима работы, который мне обещал Петр Гаврильевич, моё рабочее время начиналось в 8:30 и заканчивалось в 21:00, после чего плавно переходило в ночную смену уже дома. На начальном этапе было конечно трудно, но интересно. Пришлось очень много читать и заниматься самообразованием.

Кто работал над созданием этого биопрепарата?

В 2008 году, по инициативе Петра Новгородова, в ИПНГ СО РАН был организован микробиологический кабинет, и началась масштабная работа по созданию биопрепарата для очистки почв от нефтезагрязнений.

В июне 2009 года мы выехали в командировку в с. Хонуу Момского района, где произошел аварийный разлив дизельного топлива. И прямо там же, в Хонуу, наш  многоуважаемый Петр Гаврильевич Новгородов неожиданно ушел из жизни… Это был шок для всех, кто его знал, уважал и любил. Некоторые думали, что исследования, начатые им, прекратятся. Но работы были продолжены.

За 10 лет коллективом лаборатории геохимии каустобиолитов ИПНГ СО РАН было получено 29 патентов РФ на изобретения. Большая часть патентов была получена на микроорганизмы-деструкторы нефти и нефтепродуктов, а также на способы их применения. В коллекции института 30 видов психрофильных и мезофильных углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из нефтезагрязненных мерзлотных почв Якутии и ледовых отложений. На основе имеющихся коллекционных штаммов и был разработан биопрепарат и технология очистки почв от нефтезагрязнений.

Каков механизм действия биопрепарата? Микроорганизмы «съедают» нефть, приникая в глубокие слои почвы? 

Микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата эффективно используют нефтяные углеводороды в качестве источника углерода и энергии. В процессе метаболизма эти микроорганизмы синтезирует ферменты и биологические поверхностно-активные вещества, которые участвуют в процессе биологического окисления нефтепродуктов до воды, углекислого газа и нетоксичных биоразлагаемых веществ, которые в дальнейшем перерабатываются аборигенной почвенной микрофлорой.

Группу углеводородокисляющих микроорганизмов представляют аэробные формы, поэтому действие биопрепарата ограничивается глубиной проникновения нефтепродуктов до 20-30 см. При более глубоком проникновении нефти рекомендуется выполнение технической рекультивации и только потом проводят доочистку почвы биопрепаратом.

В чем преимущество якутского биопрепарата?

Преимущество использования полученного биопрепарата состоит в том, что он служит одновременно сорбентом, мелиорантом, почвоструктурообразователем и деструктуром нефтяных углеводородов, что экономически и экологически эффективно для реабилитации  нарушенных экосистем.

Для иммобилизации микроорганизмов в данном биопрепарате мы используем некондиционное цеолитовое сырье (камни, пыль, крошку) месторождения Хонгуруу (Сунтарский район, Юго-западная Якутия), которое предварительно гидрофобизируем и доводим до необходимой фракции. Использование цеолита в качестве носителя углеводородокисляющих микроорганизмов делает полученный биопрепарат многофункциональным: цеолит служит источником макро- и микроэлементов, а также является сорбентом для нефти.

Очистка почвы от нефтезагрязнений биопрепаратом, в состав которого входит цеолит позволяет предотвратить распространение нефтезагрязнения на сопряженные ландшафты, добиться устранения пятен нефтезагрязненного грунта, снизить токсичность почв, что стимулирует появление естественного растительного покрова на загрязненных участках и значительно улучшает санитарное и экологическое состояние нарушенной территории.

Через какой промежуток времени после обработки биопрепаратом почва полностью очищается от нефтяных загрязнений?

В Якутии биопрепарат за 2 северных лета очищает до 84-99% нефтезагрязнений. За тот же период естественная деградация загрязнений, без применения нашего биопрепарата, составляет всего 17-23%.

Тем не менее, говорить о полном очищении почв от нефтезагрязнения при использовании только биопрепарата не совсем верно. В лабораторных условиях, при соблюдении определенных условий деструкцию нефтепродуктов можно наблюдать уже через 1-12 часов культивирования микроорганизмов. Именно такие штаммы мы отбираем для дальнейшей работы. Однако в условиях открытой экосистемы ожидать такого результата невозможно. Процессы деградации нефтезагрязнения в природных условиях зависят от степени и глубины проникновения нефти; от сроков давности нефтеразлива; от содержания в почве органических и минеральных компонентов, необходимых для жизнедеятельности нефтедеструкторов; от типа почвы и степени её аэрации; от кислотности и влажности субстрата; от степени миграционной активности водорастворимых углеводородных фракций.

А если ничем не обрабатывать загрязненную почву, то через сколько лет загрязнение исчезает в естественных условиях?

Если не проводить мероприятий по ликвидации нефтеразливов, то процесс самоочищения почв от нефтепродуктов может занять десятки лет. Более опытные ученые считают, что для полного восстановления нарушенного биологического равновесия экосистемы потребуются столетия. Связано это с битуминизацией и деградацией почв и грунтов, вследствие ингибирования процессов окисления нефти и образования трудноокисляемых органических соединений.

Расскажите, пожалуйста, про используемые вами микроорганизмы. 

Микроорганизмы, использующие нефтяные углеводороды для своей жизнедеятельности, широко распространены в природе. Никакого секрета по их выделению и культивированию нет. Любой рядовой микробиолог это может сделать. Важно уметь их сохранить. Микроорганизмы, составляющие основу нашего биопрепарата, выделены из мерзлотных почв Якутии. Для их хранения мы используем метод субкультивирования, Это традиционный метод поддержания и сохранения бактериальных культур, как в лабораторных, так и промышленных условиях. Интервал между пересевами зависит от микроорганизма, используемой среды, температурных условий хранения. Для размножения микроорганизмов пользуемся методом периодической системы культивирования.

Якутский биопрепарат можно применять в любой точке земного шара, так как его основу составляют несколько штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов с различной таксономической принадлежностью, фазами роста и различным температурным оптимумом.

В какое время года можно применять биопрепарат?

Лучше всего препарат работает при температуре выше +4°С. Если внести биопрепарат в почву при более низкой температуре, то бактерии не погибнут, просто будут ждать более комфортного времени года. Используемые нами углеводородокисляющие микроорганизмы сохраняют жизнеустойчивость при экстремально низких температурах, даже при -50°С, и могут возобновлять свою метаболическую активность  при оттаивании почвы, что позволяет применять биопрепарат и в зимнее время, рассыпая его в месте разлива на поверхность снега или льда. Весной, с наступлением благоприятных условий, микроорганизмы просачиваются в грунт и начинают «работать».

Где вы тестируете свои препараты?

Технология очистки нефтезагрязненных земель с применением полученного нами биопрепарата была испытана при поддержке ОАО «Саханефтегазсбыт», ГУП «ЖКХ РС (Я)», ООО «Ленанефтегаз», ООО «Востокнефтепровод» и НИИ ТНН «Транснефть».

Апробация биопрепарата проводилась не только на территории Республики Саха (Якутия), но также и в Нижнем Новгороде, в Самаре, Томске, Тюмени, Ноябрьске, Ухте, Нефтеюганске, Омске.

Мы открыты для сотрудничества с нефтяными компаниями и готовы рассмотреть любые предложения!