Моніторинг водоймищ за основними показниками якості води (стр. 5 из 6)

Кількісне визначення вуглеводнів. Сумарний вміст НВ в досліджуваних пробах визначали гравіметричним методом за загальноприйнятою методикою.

Для підготовки до аналізу зразків використовувався метод парофазного аналізу, який здійснювали у статичному режимі: 15 - 20 мл зразка нагрівали 30 хв при 50 ± 1° С в скляних флаконах ємністю 25 мл з тефлонової мембраною. Протягом цього часу флакони енергійно струшували. Для аналізу шприцом відбирали 50 мкл рівноважної пари. ГЖХ-MС аналіз проводили на газовому хроматографі "GC 6890 Plus" ("Agilent Technologies", USA) з мас-селективним детектором 5973N ("Agilent Technologies", USA) на капілярної колонці HP5-MS (30 м х 0,25 мм х 0,25 мкм).

Початкова температура колонки 40° С (протягом 5 хв); температурна програма 15° С / хв до 260° С; кінцева температура колонки 260° С (протягом 10 хв). Температура випарника 260°С. Газ-носій - гелій (швидкість потоку 1мл/мін, поділ потоку 30:

1).

Ідентифікацію хроматографічних піків проводили за часами утримування і мас-спектрами (електронна бібліотека мас-спектрів NIST 98). Кількість вуглеводнів оцінювали за площею піку методом калібрувального графіка.

Зміну складу важкої масляної фракції досліджували також методом ІЧ-спектроскопії. Для цього пробу забрудненої води об'ємом 50 мл двічі екстрагували дихлорметаном (по 10 мл) в скляній ділильної воронці місткісткою 250 мл протягом 10 хв. Об'єднаний екстракт пропускали через осушувач (сульфат натрію), упарювали насухо на роторному випарнику, кількісно розчиняли в 10,00 мл дихлорметану і реєстрували ІЧ-спектр кожного зразка на тлі чистого розчинника. ІЧ-аналіз проводили на приладі "Spectrum BX " (" Perken Elmer", США) у тонкому шарі. Товщина шару складала 0,05 мм.

Реєстрація спектрів проводилася в діапазоні 4000 - 400 см-1 з роздільною здатністю 4 см-1. Об'єм зразка становив 200 мкл. Кювети виготовлені з KBr. Інтерпретацію спектрів проводили за сукупністю смуг поглинання відповідних груп, спираючись на довідкові дані.

Ступінь деградації вуглеводнів визначали по відношенню кількості вуглеводнів в обۥємі проби в останню добу експерименту до вихідної кількості відповідних вуглеводнів.

Статистична обробка даних. Статистична обробка включала в себе оцінку результатів експерименту та аналіз відхилень помилки від середньої величини. Грубі промахи виявлялися по Q-критерію і відкидалися. Середньоквадратичне відхилення і похибку розраховували за коефіцієнтом Стьюдента при Р = 0,95. Розрахунок проводився за допомогою описової статистики з пакету аналізу даних Microsoft Office Excel 2003.

5.2 Результати та їх обговорення

Суттєве зменшення концентрації вуглеводнів в морській воді, крім процесів біодеструкції, пов'язано з процесами фотоокиснення, випаровування легких вуглеводнів і т.п. Для об'єктивного дослідження процесу біодеградації необхідно враховувати всі ці процеси. З цією метою було визначено вміст індивідуальних вуглеводнів стандартної суміші на 0-у, 9-у, 14-у і 20-у добу в штучній морській воді, що не містить мікроорганізмів. Концентрацію вуглеводнів визначали методом ГЖХ-МС аналізу. Результати показали закономірне зниження вмісту всіх компонентів суміші (табл.4). Далі розрахунки зміни концентрацій вуглеводнів стандартної суміші під дією досліджуваних штамів мікроорганізмів виробляли з урахуванням ступеня деградації кожного вуглеводня на відповідну добу експерименту.

Для вивчення специфічної дії мікроорганізмів на окремі вуглеводні штами Ps. citrea, Ps. elyakovii і Oc. litoralis висівали в мінеральне середовище МКД, що містить стандартну суміш вуглеводнів. Результати (табл.5 - 6) показали високу активність усіх досліджуваних штамів до деструкції вуглеводнів різних класів, причому найбільша швидкість процесу спостерігалася відносно ароматичних компонентів суміші.

Таблиця 4

Вміст вуглеводнів в стандартній суміші.

№	Компонент суміші	Вміст вуглеводнів у % від внесеної кількості
		0 доба	9 доба	14 доба	20 доба
1	i-Тридекан	100	86 ± 16	75 ± 14	55 ± 10
2	р-Ксилол	100	83 ± 16	76 ± 15	60 ± 11
3	Гексадекан	100	90 ± 18	75 ± 14	68 ± 13
4	Гептан	100	95 ± 19	70 ± 13	47 ± 8
5	Нафталін	100	67 ± 13	52 ± 9	38 ± 7
6	Толуол	100	85 ± 16	67 ± 13	58 ± 10

Таблиця 5

Вміст вуглеводнів в елективному середовищі МКД в присутності штамма мікроорганизмів Ps. citrea

№	Назвавугдеводня	Кількість вуглеводня %(9 доба)	Кількість вуглеводня %(14 доба)	Кількість вуглеводня %(20 доба)
1	i-Тридекан	сліди *	0	0
2	р-Ксилол	0	0	0
3	Гексадекан	13 ± 3	сліди	0
4	Гептан	93 ± 18	53 ± 9	40 ± 7
5	Нафталін	5 ± 1	0	0
6	Толуол	0	0	0

* - менше 5 % площі хроматографічного піка

Таблиця 6

Вміст вуглеводнів в елективному середовищі МКД в присутності штамма мікроорганизмів Oc. litoralis

№	Назвавугдеводня	Кількість вуглеводня %(9 доба)	Кількість вуглеводня %(14 доба)	Кількість вуглеводня %(20 доба)
1	i-Тридекан	10 ± 2	5 ± 2	сліди
2	р-Ксилол	10 ± 2	0	0
3	Гексадекан	7 ± 1	5 ± 1	сліди
4	Гептан	70 ± 13	45 ± 8	40 ± 7
5	Нафталін	15 ± 3	сліди	0
6	Толуол	0	0	0

Дослідження зміни вуглеводневого складу модельних зразків нафтових забруднень різної природи також показало високу активність бактерій щодо деструкції нафтового субстрату.

Найбільша деструктивна активність усіх досліджуваних культур мікроорганізмів спостерігалася в пробах, що містять бензинову фракцію нафти. Деградація бензину за 17 добу в середньому склала від 80%, що обумовлює можливість їх застосування при ліквідації нафтових забруднень, які містять бензинові фракції. Найбільший ступінь деградації

(88 ± 2) % спостерігався при використанні штаму Ps. citrea (рис.1).

Рисунок 1. Зміна концентрації бензинової фракції нафти під дією досліджуваних штамів

Дослідження якісного складу зразків бензинового забруднення методом статичного парофазного аналізу з ГЖХ-МС-закінченням показало (Рис.2 - 5), що швидкість утилізації вуглеводнів під дією даних мікроорганізмів змінюється в ряду: ароматичні вуглеводні> парафінові вуглеводні (з великим числом атомів вуглецю) > низькомолекулярні алкани.

Проміжною стадією деградації вуглеводнів під дією досліджуваних штамів є стадія утворення ароматичних вуглеводнів (Рис.4,5). Аналіз парової фракції зразків, що містять фракції нафти з температурою википання більше 200° С, також показав накопичення ароматичних вуглеводнів в міру перебігу процесу (рис.6).

Загальне дослідження зміни вуглеводневого складу зразків, що містять відпрацьоване дизельне масло, показало, що найбільшу окисну здатність в цьому випадку має штам Oceanisphaera litoralis. Зменшення вмісту дизельного масла за 17 діб склало 63 ± 10% (рис.7).

Рисунок 2. Зміна складу граничних вуглеводнів парової фази в присутності штамма Ps. Citrea

Рисунок 3. Зміна складу насичених вуглеводнів парової фази в присутності штамма Oc. Litoralis

Рисунок 4. Зміна складу насичених вуглеводнів парової фази в присутності штамма Ps. Elyakovii

Рисунок 5. Зміна складу ароматичних вуглеводнів парової фази в присутності штамма Oc. Litoralis

Рисунок 6. Динаміка зміни концентрації летких вуглеводнів кінцевої фракції нафти в присутності різних штамів

Рисунок 7. Ефективність процеса деградації дизельного палива під дією досліджуваних штамів

Також була досліджена здатність даних штамів мікроорганізмів до окиснення важких масляних фракцій нафти (tвик> 200° С). Дослідження процесів утилізації подібного субстрату під дією мікроорганізмів має велике практичне значення. Це пов'язано з тим, що природні процеси самоочистки поверхневих вод представляють собою складну систему фізико-хімічних, хімічних і біохімічних перетворень забруднюючих речовин органічної природи, що призводять до утворення високомолекулярних гетероциклічних полімерних структур, близьких за будовою до смолистих компонентів і асфальтенових структур нафти. Таким чином, високо киплячі фракції нафти можуть служити модельним компонентом продуктів глибокого окиснення забруднювачів антропогенної природи, у тому числі нафти і нафтопродуктів.

Найбільший ступінь деградації фракції нафти з tвик. > 200° С спостерігався в присутності штаму Ps. citrea (72 ± 12%) (рис.9). У даному випадку була вжита спроба дослідження зміни якісного складу зразка методом ІЧ-спектроскопії. Результати показали наявність характерних піків в області (2800 - 3000 і 1600 см-1). Ймовірно це пов'язано з появою водневих і подвійних зв'язків, тобто утворенням спиртових груп і ненасичених вуглеводнів, як продуктів метаболізму мікроорганізмів у проміжних процесах окиснення нафтовуглеводнів, що достовірно доводить участь штаму Ps. citrea в процесах руйнування високомолекулярних компонентів нафти і нафтопродуктів.