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.
3. Методы эксперимента:
3.1. Определение толщины осадка
3.2. Измерение рН
3.3. Учет численности микроорганизмов
- Определения общего микробного числа
- Определение численности лактобактерий
- Учет численности дрожжей
3.4. Определение концентрации тяжелых металлов
- Кобальт
- Кадмий
- Медь
- 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.
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.
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.
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.
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.
