Биоремедиация почв

Практические занятия № 9, 10.

Форма проведения занятий: Анализ конкретных ситуаций (Один из активных методов изучения актуальных проблем, укрепления связи теории с практикой).

Время проведения занятия: 2 академических часа

Цель занятий: Получение знаний о биоремедиации почвы. Знакомство с методами очистки загрязненных участков почвы.

Вопросы для осуждения:

1. Восстановление почв после загрязнения нефтепродуктами

2. Биоремедиация in situ.

3. Биоремедиация ex situ.

4. Другие улучшенные методы биоремедиации

Краткие методические указания: Загрязнение почвы нефтью - это стресс для почвенной системы с резким изменением в ней всей физико-химической и биологической обстановки. Перестройка биоценоза заключается в исключении из активной позиции некоторых животных, растений и части микроорганизмов, оставшиеся углеводородокисляющие микроорганизмы становятся почти единственными агентами восстановления плодородия почвы. Восстановление утраченного плодородия почв всецело зависит от способности микроорганизмов ассимилировать отдельные фракции нефти, последовательно уменьшать содержание углеводородов до того уровня, при котором могли бы жить другие представители почвенной биоты. Чтобы это осуществить, микроорганизмы должны иметь благоприятные условия для своей жизнедеятельности.

При нефтяном загрязнении в почве происходят следующие изменения: воздушный режим сменяется с аэробного на анаэробный. Твёрдые парафины запечатывают почвенные поры, лишая почву свободного доступа влаги и воздуха, что приводит к деградации почвенного биоценоза. Резко увеличивается содержание углерода по отношению к азоту, что ведёт к дефициту азота, необходимого микроорганизмам для оптимальной минерализации органического вещества. В нефтезагрязненных почвах резко увеличиваются валовая биомасса и общая численность микроорганизмов, снижается видовое разнообразие микроорганизмов за счет развития немногочисленных видов с повышенной активностью, трофические потребности которых соответствуют конкретным условиям среды. Нефтяные УВ как дополнительный источник энергии создают биоценоз с характерной структурой трофических связей и энергетического обмена. Изменение структуры микробных популяций в нефтезагрязненных почвах проявляется не только в увеличении численности микроорганизмов и обеднении видового разнообразия, но и в развитии «специализированных» эколого-трофических групп микроорганизмов, участвующих на разных этапах в утилизации УВ. Нефтяная пленка нарушает водно-воздушный режим почвы, что приводит к гибели микроорганизмов – аэробов: целлюлозоразрушающих и нитрифицирующих бактерий. Микроорганизмы – анаэробы, такие, как азотофиксирующие и денитрифицирующие бактерии, сохраняют и увеличивают численность своих популяций. При общем снижении видового состава почвенной микробиоты в целом численность микроорганизмов не снижается, а порой превышает число микроорганизмов в незагрязненном контроле. Это объясняется увеличением численности углеродокисляющих микроорганизмов (УОМ), концентрация которых в незагрязненной почве была невысокой. Сохранившиеся виды почвенных микроорганизмов, как правило, выступают в качестве единственных потребителей энергии УВ.

Выбор определенной технологии биоремедиации основывается на основе таких критериев как природные условия места очистки, свойства почвы, концентрация и уровень токсичности поллютанта и т.д. Применяемые в биоремедиации почв технологии производятся методами in situ и методы ex situ. Биоремедиация in situ основана на очистке среды от поллютанта без удаления загрязнённой почвы из района загрязнения. Биоремедиация ex situ основана на снятие слоя загрязнённой почвы и очистке её от поллютантов за пределами места загрязнения, что делает этот подход более дорогостоящим, чем биоремедиация in situ. Тем не менее, у технологий данного типа есть ряд преимуществ: они требуют меньше времени и обеспечивают полный контроль процесса очистки. Одним из типов применяемых при биоремедиация ex situ технологий является использование биореакторов. Существует целый ряд методов биоремедиации, позволяющих проводить более полную очистку почв, причём как в условиях in situ так и ex situ.. Одной из таких перспективных технологий является применение пены.

Смесь пенообразующего вещества вместе с деградирующими бактериями накачивается сжатым воздухом на определённой глубине почвы. Другая перспективная технология биоремедиации почвы основана на механизме электролиза. В почву помещают две противоположно электрически заряженных конструкции (по сути, катод и анод). Происходит электролиз почвенной воды, образуется водород и стимулирующий метаболизм деструкторов кислород. Кроме стимуляции кислородом, рост и метаболизм микроорганизмов стимулируется повышением температуры, сопровождающим электролиз. Водород и кислород, а также другие выделяющиеся из почвы газообразные вещества, затем собирают в танкер. После смешивания в танкере они обратно накачиваются в почвы. Также в почвы поставляется вода и лактат для обеспечения оптимальной влажности и рН.

Задание:

Описание конкретных ситуаций:

1. На месторождении Кумколь произошел разрыв нефтяного трубопровода, в результате огромная территория земли была загрязнена нефтью. Степень загрязнения нефтью в радиусе 100 м составило 60%, в радиусе 200 м - 45%, в радиусе 550 м - 5%. Как вы думаете, при какой степени загрязненности нефтью произойдет самоочищение почвы?

Какие пути трансформации нефти в нефтезагрязненных почвах необходимо использовать?

2. Существует большое количество методов очистки нефтезагрязненных почв. В чем преимущество биологического метода, и какие существуют на сегодняшний день главные направления в развитии биотехнологии защиты окружающей среды от нефтяныx загрязнений.

3. При переработке твердых бытовых отходов мы получаем сброженные отходы, которые затем помещаем в нефтезагрязненную почву для ее рекультивации. Как вы думаете, какую концентрацию отходов надо поместить в нефтезагрязненную почву (20%), что бы процесс рекультивации закончилась через 1 год? Что происходит в нефтезагрязненных почвах при внесении в них биогумуса?

4. От чего зависит скорость разложения нефти? Какие микроорганизмы участвуют в поглощении и разрушении углеводородов? Опишите процесс поглощения и разрушения углеводородов нефти микроорганизмами.

Итоги. Проведение дискуссии о том, какая из групп студентов наиболее точно охарактеризовала проблему и привела пути ее решения.

Подведение итогов занятия: оценка работы каждого студента (уровень знаний, активность и т.д.), проставление баллов.

Для студентов, не принимавших активное участие в занятии, с целью проставления им баллов дополнительно задаются контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Значение биоремедиации почв

2. Технология биоремедиации in situ

3. Технология биоремедиации ex situ

4. Технология очистки с помощью пены

5. Технология очистки почвы с помощью электролиза

Список рекомендуемой литературы: 3, 6, 9

Дата добавления: 2014-11-07