Прогнозирование биодеградации тяжелой нефти ассоциацией аборигенных нефтедеструктирующих микроорганизмов

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью мониторинга и прогнозирования изменений, происходящих в нефтезагрязненном грунте, в частности, интенсивности процесса биотрансформации нефти и нефтепродуктов, а также изменения количества органотрофных микроорганизмов во времени. Данные, полученные в результате моделирования процессов в системе почва–нефть–микроорганизмы позволят повысить эффективность очистки нефтезагрязненного грунта и тем самым оздоровить окружающую природную среду. Целью исследования являлось создание математической модели, воспроизводящей процесс деструкции компонентов тяжелой нефти ассоциацией аборигенных нефтедеструктирующих микроорганизмов. Объектом исследования выступал грунт, загрязненный тяжелой нефтью Нижне-Кармальского месторождения (Республика Татарстан), а также ассоциация аборигенных нефтедеструктирующих микроорганизмов. Методы. В качестве базы для моделирования была рассмотрена модифицированная модель Келлера–Сигала, которая учитывала также процессы диффузии нефтепродуктов и хемотаксис микроорганизмов. Система уравнений решалась численно, для чего была написана программа на языке Python. Численное решение осуществлялось методом предиктор–корректор. Результаты. Проведенная работа состояла из двух этапов – экспериментального и расчетного. В ходе первого этапа работы было произведено исследование процесса биодеструкции нефти и нефтепродуктов консорциумом аборигенных нефтедеструктирующих микроорганизмов. На основании полученных результатов была сформирована база экспериментальных данных. На втором этапе по ранее полученным данным было осуществлено построение математической модели, описывающей процесс биодеградации тяжелой нефти и изменение численности нефтедеструктирующих микрорганизмов в нефтезагрязненном грунте. Проведенные вычисления показали достаточно высокую согласованность расчетных данных c экспериментальными. Полученная модель позволит уже на ранних этапах очистки спрогнозировать мероприятия по экологически безопасным способам очистки нефтезагрязненных грунтов.

The relevance of the research is caused by the need to monitor and predict changes in oil-contaminated soil, in particular, to intensify biodegradation of oil and oil products, as well as changes in the number of organotrophic microorganisms over time. The data, obtained from modeling in the system «soil-oil-microorganisms», will increase the efficiency of cleansing oil-contaminated soil and thereby improve the environment. The aim of the research was to create a mathematical model reproducing heavy oil components degradation by association of indige-nous petrodestructive microorganisms. The object of the study is the heavy oil-contaminated soil of the Nizhne-Karmalskoe field, as well as the association of indigenous petrodestructive microorganisms. Methods. The modified Keller-Segal model, which also takes into account the processes of diffusion of petroleum products and the hemotaxis of microorganisms, was used as a database for modeling. The system of equations was solved numerically, using a specially developed in the Python language program. The numerical solution was carried out using the predictor-corrector method. Results. The work consisted of two stages - experiment and calculation. During the first stage of the work, the biodegradation of oil and petroleum products was studied by a consortium of indigenous oil destructive microorganisms. On the basis of the obtained results, the experimental data base was established. At the second stage, according to the previously obtained data, the authors constructed a mathematical model describing heavy oil biodegradation and changes in the number of oil-destructing microorganisms in oil-contaminated soil. The calculations showed great consistency of estimated data with experimental ones. The obtained model would predict measures for environmental friendly methods of cleaning oil-contaminated soils at the early stages of cleaning.