Каждый год в окружающую среду попадают миллионы тонн нефти и производных от нее веществ, загрязняя грунт и водоемы. После аварий или утечек перед экологами встает задача: выяснить, сможет ли земля восстановиться сама или же необходимо вмешательство человека. Традиционные способы оценки требуют долгого времени, проведения дорогих химических тестов и зачастую не дают точного ответа о скорости естественного разложения.
Екатерина Королёва
Фото: Накопительная культура углеводородокисляющих микроорганизмов. Источник: пресс-служба ПНИПУ
Новый метод от ученых Пермского Политеха
Специалисты Пермского Политеха предложили новый метод, который позволяет оценивать очищение почвы с помощью местных микробов и ферментов, не прибегая к дополнительным стимуляторам. Эта технология дает возможность контролировать уровень загрязнения и решать вопросы о восстановлении земель не за несколько недель, а в течение нескольких дней. Разработка пермских ученых защищена патентом.
Ежегодно примерно от 5 до 10 миллионов тонн углеводородов оказываются в природе. Нефть разрушает структуру почвы: ухудшается циркуляция воздуха и влаги, падает плодородие, погибает часть микроорганизмов и растений. Особую опасность представляет то, что загрязнение нарушает естественные биологические процессы в земле и может сохраняться долгие годы. Сегодня для определения степени загрязнения обычно применяют сложные химические анализы. Они требуют специальных растворителей, дорогостоящего оборудования и продолжительной подготовки образцов это затратно, медленно и не подходит для массовых проверок на обширных участках. К тому же эти методы нередко подразумевают использование химических стимуляторов, которые специально ускоряют разложение нефти и искажают реальную ситуацию: невозможно понять, очистилась ли почва самостоятельно или только благодаря внесенным добавкам. В результате анализы фиксируют лишь общее количество нефтепродуктов, но не дают быстрой оценки того, насколько активно идет природное восстановление.
В чем суть новой разработки?
Ученые ПНИПУ предложили оценивать не только остаточное количество нефти, но и состояние самой почвенной микрофлоры. Для этого они изучают два основных параметра: активность фермента каталазы и соотношение обычных микроорганизмов с бактериями, способными окислять нефтепродукты.
Как работает метод: ферменты и микроорганизмы Каталаза это фермент, вырабатываемый почвенными микробами. Он участвует в защитных реакциях клеток и очень чутко реагирует на попадание нефтепродуктов в почву. Одновременно меняется и состав микрофлоры: численность обычных сапрофитных микроорганизмов (которые питаются мертвой органикой и поддерживают плодородие) снижается, а бактерии, умеющие перерабатывать углеводороды нефти, начинают активно размножаться. Анализируя эти изменения вместе, можно определить стадию биодеградации загрязнения то есть естественного распада нефти микроорганизмами до безопасных веществ, таких как вода, углекислый газ и биомасса, объясняет Дарья Юдина, аспирант кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ.
Этапы проведения анализа
Для проведения анализа специалистам необходимо взять образцы загрязненной и чистой почвы, выполнить микробиологический посев (то есть поместить микроорганизмы на питательные среды, чтобы оценить их количество и состав) и измерить активность каталазы по скорости разложения перекиси водорода (этот фермент расщепляет ее на воду и кислород). Чем выше активность, тем быстрее протекает реакция и тем активнее идет самоочищение почвы. Затем полученные показатели сравниваются, что позволяет установить, на какой стадии находится естественное восстановление земли.
Результаты экспериментов
В ходе экспериментов ученые наблюдали, как меняются эти параметры при разных концентрациях нефтепродуктов и различной продолжительности загрязнения от нескольких дней до двух лет. Исследования показали, что на ранних этапах загрязнения активность каталазы может возрастать как стрессовая реакция микрофлоры, однако при длительном воздействии нефти она постепенно снижается. Одновременно изменяется соотношение микроорганизмов: сначала увеличивается число бактерий, перерабатывающих нефтепродукты, а затем, по мере замедления процессов разложения, показатели постепенно приближаются к значениям, характерным для чистых почв. Например, при слабом загрязнении (5 граммов нефти на килограмм почвы) активность каталазы падает на 40–60%, а доля нефтеокисляющих бактерий возрастает в 5–10 раз.
Преимущества перед традиционными подходами
Наш метод позволяет оценивать именно естественные процессы биодеградации без использования специальных стимуляторов или искусственно внесенных микроорганизмов. Это повышает точность результатов и помогает понять, насколько эффективно почва восстанавливается сама, поясняет Эльвира Сакаева, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук.
Практическое применение и перспективы
Разработка может применяться для экологического мониторинга территорий после аварийных разливов нефти, а также для оценки эффективности восстановления загрязненных участков. Метод не требует сложного оборудования и позволяет быстро получать информацию о состоянии почвы и активности естественной микрофлоры. Благодаря этому специалисты могут в течение нескольких дней принять решение: нужна ли земле дополнительная рекультивация или она успешно восстанавливается самостоятельно. В отличие от традиционных подходов, новая технология не использует искусственные стимуляторы, поэтому отражает реальную картину естественного восстановления грунта.
Это не первая разработка ПНИПУ для нефтяной отрасли. О комплексной системе буферных жидкостей и цементе с эффектом самовосстановления, предназначенных для защиты скважин от преждевременного обводнения, можно прочитать в журнале «Химагрегаты».