В 2023 году сотрудниками ООО «ВостокНАЦ», под руководством к.б.н., с.н.с. лаборатории комплексных исследований окружающей среды и минеральных ресурсов Пономаревой А.Л. было проведена научно-исследовательская работа на тему «Доииследование эффективности снижения тяжелых металлов и нефтепродктов в воде и донных осадков, подбор и обоснование режимов и способов применения «ЭМ-Аква», и Эм-колобки».
Целью исследования было определено описание процессов снижение концентрации углеводородов и тяжелых металлов в воде и осадках под воздействием препарата «AQUA-EM-1».
1. Объекты исследования
Биопрепарат «AQUA-EM-1». Биопрепарат «AQUA-EM-1» производится на основе консорциума бактерий Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis subsp. lactis F 116 и дрожжевых грибов Saccharomyces cerevisiae и представляет собой жидкий концентрат с незначительным осадком, содержащий комплекс консорциума вышеуказанных бактерий и продуктов их жизнедеятельности.
Модельная вода – вода водопроводная отстоянная не менее 7 дней.
Модельные донные отложения – 30 % озерных донных отложений, 30 % глины, 20% песка, 20% коммерческого препарата грунта.
В качестве модельных тяжелых металлов использовали хлориды кобальта, кадмия, меди и свинца. И сырую стерильную нефть марки «ECSPO» в концентрации 4 % от объема.
2. Схема эксперимента
Эксперимент состоял из двух этапов:
1 этап. Подбор качественным методом предельной токсичной концентрации свинца, кадмия, кобальта, меди для растворов «AQUA-EM-1». Предельная токсичная концентрация вещества, вызывающая гибель 99% членов испытуемой группы.
2 этап. Проведение эксперимента.
Приготовление пробы включало в себя добавление отмеренной дозы модельных донных отложений 100 мл, 800мл модельной природной воды. В природную воду добавляли необходимую концентрацию тяжелых металлов и нефти. После этого тщательно перемешивали и давали отстояться 12 часов до полного осаждения осадка. Нефть практически не переходит в осадок и поэтому в экспериментах концентрацию углеводородов измеряли только в воде. В пробы добавляли необходимую концентрацию тестируемого биопрепарта в соотношении 10мл/л.
В каждой пробе учитывается толщина осадка, рН, концентрации свинца, кадмия, кобальта, меди и в параллели с нефтью убыль углеводородов. Учитывали общее количество микроорганизмов, лактобацил и дрожжей. Измерение проводили каждые 7 дней в течение 6 недель.
Схема эксперимента представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема эксперимента
3. Методы эксперимента:
3.1. Определение толщины осадка
3.2. Измерение рН
3.3. Учет численности микроорганизмов
3.3.1. Определения общего микробного числа
3.3.2. Определение численности лактобактерий
3.3.3. Учет численности дрожжей
3.4. Определение концентрации тяжелых металлов
3.4.1. Кобальт
3.4.2. Кадмий
3.4.3. Медь
3.4.4. Свинец
3.5. Определение количества углеводородов нефти флуориметрическим методом.
4. Оценка предельной токсичной концентрации тяжелых металлов.
Приготавливали серию растворов тяжелых металлов в концентрации от 10 до 0,0001 г/л и тестировали жизнеспособность «AQUA-EM-1» методом серийных разведений. По результатам анализа было выявлено, что предельной концентрацией для меди, кобальта, кадмия и свинца является 0,1 г/л. Данная концентрация в дальнейшем использовалась во всех экспериментах.
5. Тяжелые металлы
Тяжелые металлы в воде находятся в одной форме в подвижной (т.е. растворимой). В осадках тяжелые металлы могут находится в 4 формах: подвижной, связанной с органическими соединениями, связанная с карбонатами и гидратированная форма.
Наиболее токсичной является подвижная форма. Связанная с органическими соединениями также является токсичной так как может накапливаться в пищевых цепочках. Карбонатная и гидратированная форма тяжелых металлов самые инертные по отношению к окружающей среде. При этом депонирование в гидратированной форме ограничено, так как обусловлено физико-химическими свойствами металла и воды. Захоронение в карбонатной форме не имеет таких ограничений и зависит от рН среды и наличие в ней карбонат-иона.
5.1. Тяжелые металлы в воде
5.1.1. Серия экспериментов без нефти
С наибольшей интенсивностью в воде снижалась концентрация меди и свинца. Это объясняется меньшей токсичностью данных металлов по отношению к кобальту и кадмию. Наибольшая убыль кобальта и кадмия наблюдается в присутствии концентрированного препарата «AQUA-EM-1». Свинец и медь с наибольшей интенсивностью убывают при использовании концентрации 1к10 и 1к100. При этом в серии экспериментов с концентрацией 1к100 убывание идет более медленно, чем в более концентрированных пробах.
Таблица 1. Концентрация тяжелых металлов в воде в серии проб с «AQUA-EM-1» без нефтепродуктов
На графике (рис. 2) видно, что со 2 по 5 неделю эксперимента наблюдается плато в изменении концентрации тяжелых металлов, а на 5 неделю происходит увеличение их концентрации. Также согласно предыдущим анализам в этот период повышается кислотность среды. Данное явление может объясняться депонирование тяжелых металлов в осадке и их выходе из него при снижении рН. Такое явление возможно при образовании карбонатной формы тяжелых металлов в осадках. Наиболее токсичными для препарата «AQUA-EM-1» были кадмий и свинец, а наименее медь.
Рис. 2. Изменение концентрации тяжелых металлов в воде в серии проб с «AQUA-EM-1» 1 к100 без нефтепродуктов
5.1.2. Серия экспериментов с нефтью
В целом в экспериментах с нефтепродуктами наблюдается такая же тенденция, как и в серии экспериментов без нефти. Также на 5 недели наблюдается эпизодическое увеличение тяжелых металлов воде, сопровождаемая увеличением рН.
Таблица 2. Концентрация тяжелых металлов в серии проб с «AQUA-EM-1» и нефтепродуктами
Рисунок 3. Снижение концентрации тяжелых металлов в воде в серии проб с «AQUA-EM-1» 1 к100 и нефтепродуктами
Убыль нефтепродуктов в воде с наибольшей интенсивностью проходил в пробах в присутствии кобальта, меди и в контроле. Степень биодеструкции нефтепродуктов составила от 70 до 90 %. Данные показатели являются стандартными для биопрепаратов.
Рисунок 4. Степень биодеструкции углеводородов нефти в воде в серии проб с «AQUA-EM-1» 1 к100 и нефтепродуктами
ВЫВОДЫ:
1. В модельном эксперименте наибольшая продолжительность эксперимента составила 5 недель.
2. Кислотность среды воды и осадка повышается. Наименьших значений рН пробы в эксперименте достигали на 5 и 6 неделю эксперимента.
3. Концентрации тяжелых металлов в воде снижается до 5 недели. После этого резко возрастает и снова снижается на 6 неделю. Данная тенденции совпадает с колебанием концентрации карбонатных форм металлов в осадке. Также на 5 неделю эксперимента происходит резкое снижение численности дрожжей.
4. В осадках происходит снижение подвижных форм тестируемых тяжелых металлов, которые являются наиболее токсичными. Происходит плавное увеличение концентрации гидратированных и органических форм. Карбонатные формы увеличиваются с наибольшей интенсивностью, но их концентрация резко снижается при уменьшении численности дрожжей и снижения кислотности среды.
5. Нефтепродукты снижали токсичность тяжелых металлов по отношению к микроорганизмам входящим в состав биопрепарата «AQUA-EM-1». Нефть слабое токсичное действие на биопрепарат. Снижение концентрации углеводородов колебалось от 70 до 90 % за 6 недель.
