Инфоурок / Биология / Другие методич. материалы / Исследовательская работа ученика- Биоремедиация- эффективный способ очистки почвы.

Исследовательская работа ученика- Биоремедиация- эффективный способ очистки почвы.

Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>

библиотека
материалов

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа №4 городского округа город Нефтекамск Республика Башкортостан









Биоремедиация- эффективный способ очистки почвы.

Исследовательская работа по экологии.





Выполнил : ученик 9а класс

Игнаев Станислав.

Научный консультант:

аспирант института биологии

УНЦ РАН.

Мухамадьярова С.Р.

Руководитель:

учитель биологии

Насрытдинова Л. Б.





г. Нефтекамск 2015 год.



Содержание.

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

  1. Обзор литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

  2. Материал и методика исследований. . . . . . . . . . . .7

    1. Метод получения бактерии окисляющих

нефть и нефтепродукты. . . . . . . . . . . . . . . . .7

    1. Изучение влияния микроорганизмов

на качество почвы загрязненной нефтью.. . 8

  1. Результаты собственных исследований……….. 9

  2. Выводы………………………………………..10

Приложения ……………………………………11-15

Литература ………………………………………...16








































Введение.

Почва верхний плодородный слой земли, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата у материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими его частями. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений, а так же почве отведена важнейшая роль в жизни общества, так как она представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности, так как эффективная защита окружающей среды от опасных химических реагентов невозможна без достоверной информации о степени загрязнения почв.

В последнее время все чаще можно услышать о загрязнении почв или водоемов нефтью и нефтепродуктами. Источниками загрязнения являются предприятия нефтегазодобычи, нефтепереработки, транспорта нефти и нефтепродуктов, которые при проведении регламентных работ наносят весьма ощутимый вред окружающей среде. Ежегодно в мире при добыче, транспорте, хранении и использовании теряется около 50 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Попадая в окружающую среду нефтепродукты оказывают губительное действие на живые организмы и нарушают условия их обитания. Загрязнение нефтью приводит к значительным изменениям физико-химических свойств почв. Следует учесть, что нефть обладает ярко выраженными гидрофобными свойствами, которые передаются почвенным частицам. Вследствие чего снижается водопроницаемость почв. Воды, сопутствующие нефти, часто содержат высокие концентрации солей натрия. Последние, попадая в почву, могут накапливаться, достигая токсичных для растений показателей. Кроме того, натрий вытесняет катионы, определяющие почвенную кислотность, что вызывает заметное подщелачивание почвы. В загрязненных почвах резко растет соотношение между углеродом и азотом за счет углерода нефти, снижается содержание элементов минерального питания [1].

Токсичность нефти для растений определяется главным образом наличием в ней летучих ароматических углеводородов (толуола, ксилола, бензола), нафталинов и некоторых других, растворимых в воде фракций. Однако эти соединения довольно быстро улетучиваются из почвы или разрушаются, а алканы и парафины разлагаются дольше.

Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также их утилизации приобретает все большую остроту в связи с ограниченностью возможностей, а иногда и экологической небезопасностью применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки [4] .

В связи с этим актуальной является возможность использования для очистки от загрязнений нефтью и нефтепродуктами микроорганизмов, способных расти и проявлять активную деятельность в среде с высоким содержанием нефти и нефтепродуктов, способных к биодеструкции этих веществ. Цель работы: выявить эффективность биологической очистки нефтезагрязненных почв .

Задачи:

  1. Изучить из литературных источников характеристики нефти и нефтепродуктов.

  2. Изучить из литературных источников воздействие нефти и нефтепродуктов на почву и почвенную биоту.

  3. Рассмотреть мероприятия по рекультивации почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

  4. Изучить методы получения бактерии окисляющих нефть в лабораторных условиях .

  5. Установить влияние нефтедеструкторов на качество почвы.

Гипотеза работы:

Если в почву загрязненной нефтью или нефтепродуктами внести препарат с бактериями окисляющими нефть, то можно улучшить качество почвы.











  1. Обзор литературы.

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам- горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф, бурые и каменный уголь, антрацит, сланцы).

Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических ) в чистом виде лишено запаха и цвета.

На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых и к сожалению, для современной цивилизации вполне привычными стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов. Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные и подземные воды, геологическую среду.

Легкая фракция нефти (наиболее подвижная часть) включает низкомолекулярные алканы, нафтены и ароматические УВ. Метановые УВ, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью. Они лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазматические мембраны организма. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения.

Ароматические УВ — наиболее токсичные компоненты нефти: в концентрации всего 1% в воде они убивают все водные растения. Бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое действие на организм, чем полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Последние действуют медленнее, но более длительное время, являясь хроническими

токсинами. Еще одна фракция нефти — парафины — сама по себе не токсична для живых организмов и в условиях земной поверхности переходят в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он надолго может «запечатать» все поры почвенного покрова, лишив почву возможности свободного влагообмена и дыхания, что, в конечном счете, приводит к полной деградации биоценоза. Вредное экологическое влияние смолисто-асфальтеновых компонентов на почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в значительном изменении водно-физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения погибают. Эти вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет очень медленно — иногда десятки лет [5].

На данный момент существует три способа очистки почвы: механический, физико-химический и биологический. Механическая очистка подразумевает отстаивание и фильтрацию загрязнений, что, во-первых, не решает проблему очистки от растворенных элементов, а, во-вторых, не решает проблему утилизации самих загрязнений, которые остаются практически в неизмененном виде. Пример физического способа очистки — сжигание и термическая десорбция (крекинг). Но при сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти. Землю после сжигания необходимо вывозить на свалку (так называемая «горелая земля»). Химическая очистка, хотя и решает проблему очистки от растворенных соединений, опять же не решает проблему утилизации отходов. Кроме того, необходимо учесть высокую стоимость самих реактивов и необходимость их точной дозировки [2].

На первое место сейчас выходит биоремедиация (bio — жизнь, remedio — лечение) — очищение природной среды от загрязнений при помощи биологических методов. Это может быть биостимуляция аборигенной микрофлоры путем внесения удобрений непосредственно в загрязненную

экосистему или внесение специализированных препаратов микроорганизмов, созданных для очистки загрязненных экосистем [3], [8] . Использование нефтеокисляющих микроорганизмов для очистки окружающей среды является не новой, но недостаточно изученной областью исследований. Химический и композиционный состав отдельных компонентов нефти определяют особенности утилизации их микроорганизмами. Решающее значение для использования алифатических углеводородов имеет длина цепи: по мере удлинения цепи парафинов растет число видов микроорганизмов, способных использовать эти соединения, а также активность их использования. После первичной атаки микроорганизмов в нефтезагрязненной среде остаются алканы с очень длинной цепью, полициклические нафтены, полиароматические углеводороды и смеси веществ, составляющие фракцию смол и асфальтенов. Все эти вещества не могут быть метаболизированы отдельными микроорганизмами, и их деструкция в природных условиях связывается с действием смешанных популяций микроорганизмов. Грамотрицательные бактерии рода Acinetobacter — свободноживущие гетеротрофы, обнаруженные в почве, воде, сточных водах и пище. Их метаболическая универсальность означает, что они могут играть важную роль в биологическом разложении ряда веществ, загрязняющих окружающую среду, — Acinetobacter (в составе микробных сообществ) разлагает соединения, токсичные для большинства микроорганизмов. Некоторые представители рода способны выделять полимеры, которые эмульгируют углеводороды и нефть [7]. Но при этом может возникнуть конкуренция между нефтедеструкторами и целлюлозолитиками за источники азота. Поэтому одним из решений данной проблемы является добавление к консорциуму штаммов Ochrobactrum , способных к фиксации азота и накоплению его в более доступной форме для нефтедеструкторов. Таким образом, использование кооперации из штаммов Acinetobacter и диазотрофов, таких как Ochrobactrum, может стать очень перспективным способом очистки нефтяных загрязнений. Большой популярностью пользуются отечественные микробные препараты «Деворойл», «Ленойл» и т.д. Эти препараты разрешены к применению Государственным Комитетом санитарно-эпидемиологического надзора при Президенте РФ и экспертной комиссией главного управления государственной экологической экспертизы Минприроды России. Биопрепараты-нефтедеструкторы под торговой маркой «Ленойл» -
для биологической обработки нефтезагрязненных почв, грунтов, водных поверхностей с целью ускорения биоразложения нефти и нефтепродуктов, восстановления продуктивности рекультивируемых почв и очистки водных объектов.



  1. Материал и методика исследований.

    1. Метод получения бактерии окисляющих нефть и нефтепродукты.

Для проведения своих исследований я решил изучить методы получения штаммов бактерии способных окислять углеводороды нефти. С этой целью я посетил лабораторию ЗАО НПП «Биомедхим» города Уфа.

Оборудование и материал: 1гр. загрязнённой нефтью почвы, питательная среда Раймонда (минеральные соли + 1 мл. дизельного топлива), глюкоза, сухое молоко колба, чашки Петри, сепаратор, качалка, бокс ламинарный, ферментер, сушилка, микроскоп.

  1. Выделение углевод окисляющих бактерии из почвы. В колбу с питательной средой кладем 1 гр. загрязненной нефтью почвы и добавляем 1 мл. нефти или дизельного топлива (приложение №1). Колбу помещаем в качалку, где в течении 10-14 суток при определенной температуре и при аэрации выделятся акцинотебактер и охробактер.

  2. Выделение чистых колонии бактерий происходит в ламинарном боксе (приложение №2). Для этого из колбы бактерий помещаются в чашку Петри с питательной средой , с агар-агар и добавляется нефть( дизельное топливо). В течении нескольких дней появляется колония бактерий.

  3. Из чашки Петри с помощью петли выделяют чистую колонию бактерии и помещают к колбу с питательной средой и с добавлением дизельного топлива(приложение №3). Путем аэрации в колбе размножается 1 штамм бактерии.

  4. Для размножения данного штамма бактерии в большом количестве бактерии из колбы помещают в 10 литровый ферментер(приложение №8) , затем 100 литровый (приложение №4) и т.д.

  5. При сепарировании (приложение №5) выделяют чистую биомассу бактерии, добавляют к ним глюкозу ( в качестве пищи) и сухое молоко (для защиты) . Потом бактерии помещаются в морозильник или в лиофильную сушилку, где под вакуумом происходит сушка биомассы с бактериями (приложение №6).

  6. Сухая смесь бактерий используется для промышленных целей. Например для изготовления препарата «Ленойл», который используется для восстановления почвы после загрязнений нефтью и нефтепродуктами.

Вывод: таким образом я узнал какие бактерий эффективно разлагают нефть и нефтепродукты. Узнал методику и способ получения бактерий способствующих разложению углеводородов.



    1. Изучение влияния микроорганизмов на качество почвы загрязненной нефтью. (методика В.А.Тюленова) .

Материал : плодородная почва, семена овса посевной (сорт Победа ). Оборудование: мензурка, препарат «Ленойл», опрыскиватель, контейнеры, нефть из месторождения «Арланефть».

Для выявления улучшения качества загрязненной нефтью почвы я поставил опыт в условиях школьной лаборатории. Опыт был поставлен 01.10.2014.

  1. Взял 1 кг почвы из пришкольного участка , добавил в нефтепродукты объёмом 100 мл (приложение №7). И оставил на 60 дней. Периодически увлажняя , я заметил что почва плохо впитывает влагу.

  2. Приготовил раствор препарата «Ленойл». Для начала развёл 20 г препарат в 2-ух литрах воды и добавили 2мл нефтепродуктов и минерального гранулята-2.5 гр. Затем дал раствору настоятся 24 часа. После этого разбавил водой объемом 2л и распылял почву данным раствором.

3. В контейнер №1 добавил загрязнённую почву и посадил семена овса на глубину 1 см и увлажнил . В этот контейнер я добавлял раствор биопрепарата(приложение №8).

4. В контейнер №2 также добавил загрязнённую почву и посадил семена овса на глубину 1 см и увлажнил. В этот контейнер ничего не добавлял.

5. В контейнер №3 добавил загрязнённую почву и посадил семена овса на глубину 1 см и увлажнил. В этот контейнер я посадил дождевых червей , с целью аэрации почвы.

6.В контейнер «контроль» я посадил смена овса и увлажнил.

7.На 4-й день появились первых всходы . Лучше всего взошли семена в контроле и в контейнере №1(приложение№9) , т.к. в «контроле» не было нефтепродуктов, а в № 1 я распылял биопрепарат.

8. На 12-й день я сравнил результаты моего опыта: я выявил то что в контейнере №1 семена взошли лучше всего (приложение №10) , на втором месте по всхожести оказались семена из контроля (приложение №10) , на третьем семена в контейнере №2 ( приложение №11).

Вывод: в контроле семена взошли быстро и дружно, т.к . земля плодородная и не загрязненная. В контейнере №1 семена хорошо взошли хотя почва была загрязнённой, но в почву я вносил препарат «Ленойл» с бактериями.

В контейнере №2 семена взошли плохо и мало т.к. почва была загрязнена нефтью и препарат с бактериями не вносил.

  1. Результаты собственных исследований:

Для исследования микроорганизмов окисляющих нефтепродукты я посетил лабораторию завода «Биомедхим», где познакомился методами получения этих организмов. Я узнал как изготавливается препарат «Ленойл».

Для выяснения роли бактерии Acinetobacter  и штаммов Ochrobactrum я поставил опыт с почвой загрязненной нефтью и посадил овес посевной. В почву я внес нефть из Арланского месторождения.

В контейнере с контролем семена взошли хорошо.

В контейнере с нефтью семена всходили долго и взошло мало семян.

В контейнере с внесением препарата «Ленойл» с бактериями , семена взошли хорошо.

  1. Выводы:

В ходе работы выявлено, что:

1.Нефть пагубно влияет на почвенную биоту.

2. Парафины долгое время не дают почве впитывать влагу.

3. Существует 3 способы очистки почвы: механический, физико-химический и биологический.

4. Бактерии нефтидеструкторы улучшают качество почв т.к. разрушают остатки нефтепродуктов, и повышают всхожесть семян.

5. Самым эффективным способом является биологический способ очистки т.к. не оставляет после себя ядовитых химических соединений.









Литература.

1. Андерсон Р.К., Мукатонов А.Х., Бойко Т.Ф. Экологические последствия загрязнения почв нефтью // Экология. 1980. № 2. С.256-263.

2. Бейдеман И.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ. Новосибирск: Наука, 1974. 154 с.

3. Гублер Е.В., Генкин А. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях. Л.: Медицина, 1973. 141 с.

4. Измайлов Н.М., Пиковский Ю.И. Рекультивация земель, загрязненных при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. С.220-230.

5. Колесников Б.П. Рекультивация техногенных ландшафтов // Человек и среда обитания. М.: Наука, 1974. С.220-232.

6. . Калюжин В.А. Биодеградация нефти. - М.: Недра, 1997. - С.167-172.

7. Невзоров В.М. О вредном воздействии нефти на почву и растения // Изв. ТСХА. 1976. № 2. С.164-165.

8. Стеревская Л.В., Яранцева Л.Д. О влиянии на растения загрязненной почвы при бурении и разведке на нефть и газ // Растения и промышленная среда. Киев: Наук. думка, 1976. С.73-75.

9. Тюленева В.А., Соляник И.В. Биоремедиация - альтернативная технология восстановления нефтезагрязненных почв // Межрегиональные проблемы экологической безопасности "МПЭБ-2003": Сборник тезисов трудов симпозиума. - Сумы: Довкілля, 2003, 114 с.



















Биоремедиация- эффективный способ очистки почвы.


Игнаев Станислав, обучающийся 9 А класса МОБУ СОШ №4 г. Нефтекамска.

Руководитель: Насыртдинова Л.Б.


Цель исследования: выявить эффективность биологической очистки нефтезагрязненных почв .

Гипотеза: если в почву загрязненной нефтью или нефтепродуктами внести препарат с бактериями, окисляющими нефть, то можно улучшить качество почвы.

Предмет исследования: почва, бактерии разлагающие углеводороды нефти.

Методы исследования: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

Оборудование: почва, искусственно загрязненная дизельным топливом или нефтью, питательная среда Раймонда, дизельное топливо, глюкоза, сухое молоко, колба (объем 250 мл), чашки Петри, сепаратор, лабораторный термостатируемый встряхиватель, бокс ламинарный, ферментер, лиофильная сушилка, микроскоп, плодородная почва, в качестве фитомелиоранта был использован овес посевной (сорт Победа) ,мензурка, препарат «Ленойл», опрыскиватель, контейнеры, нефть из месторождения «Арланнефть».

Задачи исследования:

  1. Изучить из литературных источников характеристики нефти и нефтепродуктов.

  2. Изучить из литературных источников воздействие нефти и нефтепродуктов на почву и почвенную биоту.

  3. Рассмотреть мероприятия по рекультивации почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

  4. Изучить методы получения бактерии окисляющих нефть в лабораторных условиях .

  5. Установить влияние нефтедеструкторов на качество почвы. Моя работа «Биоремедиация- эффективный способ очистки почвы» посвящена изучению проблемы очистки почвы от нефти и нефтепродуктов и улучшения плодородия почвы. Узнав, о том что при добычи и транспортировке нефть и нефтепродукты попадают в почву, я решил исследовать насколько это вредно или абсолютно безвредно для почвенных процессов и растении. А также из интернет ресурса я узнал, что в почве есть бактерии способные окислять нефть и нефтепродукты и решил исследовать влияние этих бактерий на состояние нефтезагрязненной почвы. Для этой цели я посетил лабораторию ЗАО НПП «Биомедхим» города Уфа, где изучил методы получения чистых колонии почвенных бактерии окисляющих углеводороды нефти. Здесь я узнал, что на основе этих бактерии завод изготавливает биопрепарат «Ленойл». Для выявления действия биопрепарата на качество почвы я поставил опыт в условиях школьной лаборатории и вел наблюдение. После проведения исследований и изучения соответствующей литературы пришел к таким выводам:

1. Нефть пагубно влияет на почвенную биоту. 2. Парафины долгое время не дают почве впитывать влагу. 3. Существует 3 способы очистки почвы: механический, физико-химический и биологический. 4. Бактерии нефтедеструкторы улучшают качество почв т.к. разрушают остатки нефтепродуктов, и повышают всхожесть семян. Бактерии, входящие в состав биопрепарата "Ленойл", эффективно утилизируют углеводороды нефти, восстанавливая свойства почвы. 5. Самым эффективным способом является биологический способ очистки, т.к. не оставляет после себя ядовитых химических соединений. Преимуществом биологических способов обезвреживания является почти 100%-ная утилизация загрязнителя, снижение антропогенной нагрузки на нарушенную экосистему за счет использования естественных природных ресурсов. Поэтому, биологические методы очистки экономически значительно выгоднее, хотя их применение и ограничено весенне-летним периодом.












Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 29 ноября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru


Общая информация

Номер материала: ДВ-139188
Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>