способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов посредством анализа активности каталазы

Формула изобретения

Способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов, производимых с помощью биологического средства, отличающийся тем, что отбирают пробы из чистой почвы - проба № 1, из биологического средства - проба № 2, из почвы, загрязненной углеводородами, - проба № 3 или углеводородных шламов - проба № 4, из почвы, загрязненной углеводородами, но с добавлением биологического средства - проба № 3а или из углеводородных шламов, но с добавлением биологического средства - проба № 4а, в качестве метода анализа используют экспрессное определение в течение не более одних суток активности фермента - каталазы отобранных проб с применением нетоксичных реактивов, а именно карбоната кальция и водного раствора перекиси водорода, при этом о начале очистки почвы, загрязненной углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов с помощью биологического средства судят по повышению активности каталазы пробы № 3а или № 4а относительно активности фермента пробы № 3 или № 4 соответственно, а об окончании очистки и нейтрализации судят по выравниванию активности каталазы пробы № 3а или № 4а с активностью фермента пробы № 1 или № 2 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при контроле очистки почв, загрязненных углеводородами (нефтью, нефтепродуктами, газовым конденсатом и продуктами его переработки) и нейтрализации (обезвреживании) углеводородных шламов, которые осуществляются с помощью биологического средства, содержащего в своем составе углеводородокисляющие микроорганизмы, приводящие к полному разложению углеводородов путем каталитического воздействия продуцируемого ими фермента каталазы.

Наиболее близким к заявленному способу является способ контроля очистки почв от углеводородов (нефти и нефтепродуктов) хроматографическим методом, включающим отбор проб чистой и загрязненной почвы, самого биологического средства и шламов, а также загрязненной почвы и шламов с добавлением биологического средства, стадии экстракции углеводородов нефти и нефтепродуктов, концентрирования и хроматографической очистки экстрактов (К.Г.Панкратова, В.И.Щелоков, Ю.Г.Сазонов. Оценка загрязнения почв нефтепродуктами с использованием диффузной отражательной ИК-спектроскопии // Агрохимия. 2004. № 12. С.51-58).

Недостатком этого способа является сложность и трудоемкость стадии экстракции углеводородов нефти и нефтепродуктов с помощью токсических и легковоспламеняющихся реактивов (циклогексан, н-пентан, хлороформ, хлористый метилен, петролейный эфир, тетрагидрофуран, спирто-бензол, толуол, метанол, четыреххлористый углерод), а также концентрирования и хроматографической очистки экстрактов. Кроме того, в процессе отгонки реактивов происходит потеря летучих фракций углеводородов, что искажает результаты анализа. Известный способ в связи с использованием токсичных и легковоспламеняющихся реактивов также требует специально оборудованных помещений и предъявляет жесткие требования к квалификации персонала. В результате отмеченные недостатки не позволяют использовать данный способ для экспрессных и массовых анализов, как в условиях оперативной оценки последствий аварийных разливов углеводородов, так и очистки загрязненных почв и нейтрализации углеводородных шламов.

При создании предлагаемого изобретения решались технические задачи снижения сложности и трудоемкости контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов, производимых с помощью биологического средства.

Данные технические задачи решались тем, что способ контроля очистки почвы, загрязненной углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов, производимых с помощью биологического средства, характеризуется тем, что отбирают пробы из чистой почвы - проба № 1, из биологического средства - проба № 2, из почвы, загрязненной углеводородами, - проба № 3 или углеводородных шламов - проба № 4, из почвы, загрязненной углеводородами, но с добавлением биологического средства - проба № 3а или из углеводородных шламов, но с добавлением биологического средства - проба № 4а. В качестве метода анализа используют экспрессное определение (в течение не более одних суток) активности фермента - каталазы отобранных проб с применением не токсичных реактивов, а именно карбоната кальция и водного раствора перекиси водорода. При этом о начале очистки почвы, загрязненной углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов с помощью биологического средства судят по повышению активности каталазы проб № 3а или № 4а относительно активности фермента проб № 3 или № 4 соответственно. Об окончании очистки и нейтрализации судят по выравниванию активности каталазы проб № 3а или № 4а с активностью фермента проб № 1 или № 2 соответственно.

Способ осуществляют следующим образом. Отбирают несколько вариантов проб, а именно: из чистой почвы (проба № 1), биологического средства (проба № 2), почвы, загрязненной углеводородами (проба № 3), или углеводородных шламов (проба № 4) - контрольные варианты, а также из почвы, загрязненной углеводородами, но с добавлением биологического средства (проба № 3а) или из углеводородных шламов, но с добавлением биологического средства (проба № 4а) - рабочие варианты. Пробы для биохимического анализа отбираются в 6-ти кратной повторности, в которых экспрессно (за время не более чем одни сутки) определяется активность каталазы с использованием нетоксичных реактивов.

Активность каталазы проб анализируется с помощью прибора, изображенного на рисунке и состоящего из штатива (1), газометра (2) с подкрашенной водой, устроенного по принципу сосуда Варбурга, шкалы газометра (3), краника (4), каталазника (5) и коленчатого сосуда (6).

С целью анализа активности каталазы, 1 г пробы, отдельно из каждого вышеназванного варианта, помещается в каталазник (5), в который затем добавляется 0.1 г тонко измельченного карбоната кальция и перемешивается с искомой пробой, а в коленчатый сосуд (6) приливается 5 мл 3%-го раствора перекиси водорода. Далее газометр герметизируется посредством соединения коленчатого сосуда (6) с каталазником (5) и закрытием краника (4). Затем поворотом коленчатого сосуда (6) на 180° его содержимое сливается в каталазник (5).

Начинается биохимическая реакция с выделением кислорода, количество которого фиксируется секундомером в течение 1 мин (выражаемое в единицах мл О₂/мин/г) и различающееся в контрольных и рабочих вариантах, что в результате позволяет судить о процессе очистки почвы от углеводородов или нейтрализации углеводородных шламов.

В результате многочисленных экспериментов обнаружено, что очистка почвы, загрязненной углеводородами (проба № 3а) и нейтрализация углеводородных шламов (проба № 4а) с помощью биологического средства начинается при повышении активности каталазы данных проб относительно активности фермента проб № 3 или № 4 соответственно, а окончательная очистка или нейтрализация наступает при выравнивании активности каталазы с активностью фермента чистой почвы (проба № 1) или с активностью самого биологического средства (проба № 2).

Так, при внесении биологического средства - биокомпоста «Пикса» в почву, загрязненную газовым конденсатом, активность каталазы возрастала в среднем в 1.9-2.8 раза по сравнению с вариантом без внесения этого ремедирующего средства, при этом наиболее резко - при дозе, равной 8 кг/м ² (табл.1).

Нейтрализация шлама газового конденсата с помощью биологического средства - биокомпоста «Пикса» показала, что активность каталазы смеси биокомпоста со шламом после 42 суток инкубирования имела максимальное значение при соотношениях этих компонентов 2:1 и 4:1, что свидетельствует о нейтрализующей способности данного средства (табл.2).

Таблица 1
Активность каталазы при внесении в почву биологического средства - биокомпомост «Пикса». Полевыой опыт продолжительностью 42 сут.
Вариант	Активность, мл О2/мин/г
Контроль	1.4 а*
Биокомпост «Пикса», 4 кг/м2	2.7 б
То же, 8 кг/м2	3.4 б
- -, 12 кг/м2	3.5 б
- -, 16 кг/м2	3.9 б
* существенные различия между вариантами (при Р1=0.05) указаны посредством различных букв

Таблица 2.
Активность каталазы смеси биологического средства - биокомпоста «Пикса» со шламом газового конденсата в различных соотношениях. Инкубирование смеси в полевых условиях в течение 42 сут.
Соотношения биокомпост «Пикса»: шлам газового конденсата	Активность, (мл О2/мин/г
1:1	3.3 а*
2:1	5.3 б
4:1	5.6 б
8:1	3.0 а
* существенные различия между вариантами (при P1=0.05) указаны посредством различных букв.