ИССЛЕДОВАНИЕ БИОДЕГРАДАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

С увеличением объемов освоения и использования нефтяных ресурсов проблема загрязнения окружающей среды становится все более острой и требует разработки эффективных методов мониторинга и восстановления экосистем.

Загрязнение нефтепродуктами почв приводит к существенным изменениям их характеристик. Нефтепродукты фиксируются почвенным органическим и минеральным веществом, иногда очень прочно цементируя его. Происходит снижение пористости и водопроницаемости, что блокирует воздухообмен и доставку питательных веществ, которые необходимы для обеспечения жизнедеятельности почвенных организмов [2,4].

Особую угрозу представляет загрязнение водных сред, поскольку вода обеспечивает жизнедеятельность растительности и служит средой обитания для многих животных. Растекаясь по поверхности воды, нефть загрязняет большие площади водоемов. Нефтяная пленка существенно ухудшает газообмен и испарение на границе атмосфера-гидросфера, в результате гибнут планктон, водная флора, рыбы, морские животные [1].

Несмотря на высокую токсичность и стойкость загрязнений нефтепродуктами, природные экосистемы обладают механизмами самоочищения за счет микробной активности. Биодеградация является ключевым процессом естественного восстановления, в котором углеводородокисляющие микроорганизмы расщепляют загрязняющие вещества до нетоксичных компонентов [3].

Актуальность исследования обусловлена высокой техногенной нагрузкой на прибрежные экосистемы, что подтверждается катастрофическим разливом до 5000 тонн мазута М-100 в Анапе. Загрязнение охватило около 50 км побережья, продемонстрировав критическую стойкость тяжелых фракций к биодеградации. Необходимость ликвидации долговременных последствий диктует поиск эффективных методов биоремедиации и стимуляции биодеградации органического вещества.

Объектами исследования являлись 11 образцов мазута с разлива на берегу Анапы. Образцы представляют собой: мазут (верхний слой) — легкая фракция, отделившаяся при хранении пробы, отобранной в море; мазут (нижний слой) — тяжелая фракция, осевшая при хранении пробы, отобранной в море; мазут исходный — проба из района затонувшего танкера, содержащая примеси песка и водорослей.

Для 4 образцов была проведена очистка от примесей песка, 7 образцов остались неочищенными.

Для исследования образцов мазута был применен метод ИК-спектроскопии для отслеживания структурно-групповых трансформаций нефтепродуктов в процессе микробного окисления. Также были предоставлены результаты SARA-анализа, позволяющие оценить процессы физико-химического фракционирования и сепарации компонентов мазута в водной толще, пиролитические параметры, полученные методом пиролиза Rock-Eval, и данные газовой хроматографии для количественного определения углеводородного компонентного состава образцов мазута.

По результатам структурно-группового анализа можно сделать вывод о том, что образцы представляют собой типичный мазут парафино-нафтенового основания. Высокая интенсивность пиков области 2950-2915 см⁻¹ и 2870-2845 см⁻¹ говорит о том, что основа мазута практически не разрушена. Деформационные колебания метиленовых групп в области 770–720 см⁻¹ подтверждают наличие длинных метиленовых цепочек, характерных для тяжелых нефтяных фракций. Полосы поглощения в области 1625-1575 см^-1 соответствуют валентным колебаниям С=С связей в ароматическом кольце. Наличие пика в области 1100-1000 см⁻¹ интерпретируется как валентные колебания Si-O-Si связей, из-за чего можно сделать вывод о том, что в некоторых образцах были примеси песка. Широкий «горб» в области 3400 см^-1 относится к валентным колебаниям гидроксильной группы и может свидетельствовать об обводнении нефтепродукта морской водой в условиях береговой зоны.

Результаты газовой хроматографии показывают, что фракционный состав всех проб мазута до и после очистки практически идентичен, что подтверждается близкими отклонениями и отсутствием существенных различий в генезисе. Наблюдается незначительное фракционирование: содержание тяжелого остатка увеличивается в ряду «исходный мазут → верхний слой → нижний слой», а самый высокий выход фракций при 489°С - у исходного мазута. Для окончательных выводов требуются дополнительные исследования.

По данным пиролиза было обнаружено, что все пробы имеют практически идентичное качественное строение органического вещества, что говорит об отсутствии значительной химической трансформации мазута. Есть некоторые количественные различия: наибольшее содержание органики и битума - в исходном мазуте и верхнем слое, наименьшее - в нижнем слое (из-за примеси песка и карбонатов). Пробы из верхнего слоя несколько «легче» по составу, но в целом все образцы сохранили исходные соотношения УВ фракций и смолисто-асфальтеновых соединений.

Благодаря SARA-анализу выявлена слабая сепарация мазута в водной толще с обогащением верхнего слоя фракциями насыщенных и ароматических УВ (80-82%), ростом асфальтенов (10,6→13,2%) и смол (7,5→11,5%) с глубиной, что указывает на физическое фракционирование смолисто-асфальтеновых веществ с взвешенными частицами.

Для подтверждения наличия или отсутствия биодеградации необходимы дальнейшие исследования, в том числе в динамике - для оценки эволюции системы и микробиологической активности.