Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологическая и термокаталитическая трансформация соединений нефти и растительных остатков в гумусовые вещества

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Микробиологическая и термокаталитическая трансформация соединений нефти и растительных остатков в гумусовые вещества"

На правах рукописи

ВЯЛЫХ Елена Анатольевна

Микробиологическая и термокаталитическая трансформация соединений нефти и растительных остатков в гумусовые вещества

03.02.08 - Экология (химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 О НОЯ 2011

Казань-2011

4859362

Работа выполнена на кафедре аналитической химии в ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Иларионов Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Басов Вадим Наумович

Защита диссертации состоится 30 ноября 2011 г. в 14:00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.080.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого Совета (А-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета

Автореферат разослан «29» октября 2011г.

доктор химических наук, профессор Евгеньев Михаил Иванович

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт технической химии УрО РАН

Ученый секретарь диссертационного совета

Степанова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с увеличением количества чрезвычайных ситуаций, которое обусловлено ростом добычи нефти, износом основных производственных фондов (в частности, трубопроводного транспорта), негативное воздействие разливов нефти на окружающую среду становится все более существенным. Экологические последствия при этом носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные циклы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Другим видом органических веществ, которые представляют значительную экологическую проблему современных городов, особенно в весенне-осенний период, являются листовой опад, скошенная с газонов трава и другие растительные остатки. Растительные отходы в крупных городах десятками тонн вывозятся на свалку и складируются совместно с другими твердыми бытовыми отходами, что требует отчуждения дополнительных земельных территорий.

Поэтому поиск новых эффективных методов переработки загрязняющих окружающую среду органических соединений, таких как углеводороды нефти, попавших в результате аварийных разливов в почву и водную среду, а также растительных остатков, вывозимых на свалки, является актуальной задачей.

В данной работе представлены способы, позволяющие ускорять естественные процессы биотрансформации органических веществ, загрязняющих окружающую среду, а именно: микробиологическая трансформация компонентов нефти в почвенной и водной среде; и термокаталитическая обработка растительных остатков.

Цель работы состоит в разработке физико-химических и микробиологических методов трансформации в гумусовые соединения органических отходов: углеводородов нефти и растительных остатков.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать микробиологический метод трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества в водной среде.

2. Определить оптимальные условия физико-химической обработки растительных остатков для ускорения процесса их гумификации.

3. Рассмотреть закономерности изменения количественного содержания гумусовых веществ в почве при ремедиации нефтезагрязненных земель.

4. Провести идентификацию гумусовых соединений, полученных при термокаталитической трансформации растительных остатков и микробиологической переработке компонентов нефти.

Научная новизна работы заключается в том, что получены новые данные о трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества микроорганизмами в водной среде. Изучена динамика процесса их образования, а также влияние добавления оксидов металлов и мочевины, на скорость протекания процесса.

Исследованы закономерности изменения физико-химических свойств гумусовых веществ (ГВ) в нефтезагрязненной почве от длительности процесса ремедиации. Показано влияние добавления ряда мелиорантов на варьирование этих зависимостей.

Разработан способ термокаталитической обработки растительных отходов с целью ускорения процесса гумификации. Показано влияние температурного режима и добавления оксидов металлов на скорость протекания процесса и качественный состав конечного продукта.

Изучены закономерности извлечения из водной фазы ионов тяжелых металлов полученными гуминовыми веществами в процессе экстракции в системе вода - изоамиловый спирт - 1уминовые кислоты.

Практическая значимость работы:

Предложен новый способ интенсификации гумификации растительных остатков, который позволяет значительно сократить время протекания процесса, и может быть рекомендован для переработки растительных отходов.

Полученные результаты о закономерностях динамики трансформации ГВ в нефтезагрязненных почвах, и влиянии внесения мелиорантов на эти закономерности, могут быть использованы для интенсификации процессов ремедиации земель загрязненных соединениями нефти.

Результаты научных исследований, проведенных автором, являются исходньми данными для разработки технологии очистки водных объектов от нефтяных загрязнений, основанной на применении микроорганизмов, и позволяющей снизить экологические последствия техногенного воздействия разливов нефти на окружающую среду.

Полученные в результате трансформации растительных остатков и соединений нефти гумусовые вещества могут быть использованы в качестве экстрагента ионов тяжелых металлов в системе вода -изоамиловый спирт - 1уминовые кислоты, при разработке технологий очистки водных растворов от тяжелых металлов.

Результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Получение ГВ путем термокаталитической обработки растительного опада, как способ утилизации растительных отходов.

2. Снижение загрязнения водных объектов углеводородами нефти методом их микробиологической трансформации в ГВ.

3. Изменение содержания ГВ в процессе ремедиации нефтезагрязненной почвы; качественные изменения гумусовых соединений в процессе рекультивации земель; влияние добавления мелиорантов на динамику содержания гумусовых соединений в процессе ремедиации.

4. Экстракция ионов тяжелых металлов (ИТМ) из водных растворов гуминовыми кислотами в системе вода - изоамиловый спирт, как способ очистки водных объектов от ИТМ с применением полученных гуминовых кислот

Апробация работы. Основные результаты работы представлены устными и стендовыми докладами на российских и международных конференциях: на 11-ой краевой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и экология» (г.Пермь, 2009); XIV международной экологической студенческой конференции. «Экология России и сопредельных территорий». (г.Новосибирск, 2009); III всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России 2009» (г.Краснодар, 2009); XLVIII международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (г.Новосибирск, 2010); XI Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (г.Томск, 2010); international conference "Catalysis for renewable sources: fuel, energy, chemicals". (St. Petersburg, 2010); VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика». (г.Пермь, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них - 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 патент на изобретение, а также 2 статьи в научных журналах и тезисы 9 докладов в материалах международных и российских конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 130 наименований и приложения. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц и 35 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, сформулированы цель работы и задачи, изложена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведены литературные сведения о ГВ, в том числе предполагаемых молекулярных структурах (рис. 1), а также методов анализа этих соединений. Определены основные способы, совместное

проведение которых необходимо для достоверной идентификации ГВ, полученных из различных источников. К ним относятся элементный анализ, ИК-спектроскопия, ввиду экспрессности и наглядности -капиллярный электрофорез и электрофорез в полиакриламидном геле.

Рис.1. Гипотетическая формула гуминовой кислоты (К1етЬетре1, 1980).

Исходя из опубликованных данных о гумификации и трансформации ГВ при протекании данного процесса, сделаны заключения о единой направленности подобных реакций, и возможности протекания гумификации не только в природных условиях, но и в условиях, созданных человеком.

Рассмотрены вопросы микробиологической трансформации, в том числе биодеструкции компонентов нефти, определены основные закономерности этих процессов, что позволило сделать заключение о возможности детоксикации углеводородов за счет их трансформации в гумусоподобные вещества.

Обзор литературы позволил предположить возможность переработки органических отходов, в том числе соединений нефти и растительных остатков физико-химическими и биологическими методами в ГВ.

Исходя из литературных данных, установлено, что гуминовые кислоты (ГК) являются хорошими комплексообразователями со многими ионами тяжелых металлов. Поэтому предложен метод применения ГВ в качестве экстрагента ИТМ из водных растворов, как способ очистки промышленных сточных вод от ИТМ.

Во второй главе приведено описание объекта, предмета и методов анализа. Объектом исследования являлись процессы утилизации органических отходов. Предметом исследования служили микробиологические и термокаталитические способы переработки органических отходов в гумусовые соединения. В работе применялись как общепринятые методы анализа, такие как элементный анализ, ИК-спектроскопия, капиллярный электрофорез, электрофорез в полиакриламидном геле, так и предложенные автором способы термокаталитической обработки растительного опада и микробиологической трансформации углеводородов нефти, экспериментальные методики анализа процессов изменения содержания и свойств ГВ в нефтезагрязненной почве. Приведено описание используемых в работе оборудования и реактивов.

Достоверность проводимых исследований обеспечивалась использованием современных и стандартных методов исследований и применением статистических методов обработки результатов, проверкой их на воспроизводимость, а также отсутствием противоречий с теми сведениями, которые ранее были известны.

В третьей главе представлены результаты исследования утилизации растительных остатков за счет интенсификации процесса их гумификации методом термической обработки (при 120, 150°С), а также добавления оксидов металлов (А120з, 8Юг, Ре203) в качестве катализаторов процесса.

Данные об элементном составе ГК, выделенных из растительных остатков, подвергавшихся температурному воздействию в течение различных временных интервалов (5, 10, 20 мин), и определенные по этим данным соотношения Н:С, 0:С, СЖ и степень окисленности, рассчитанная по формуле:

2<Зо-<Зи

где Ос.о.н - число атомов углерода, кислорода, водорода в молекулах ГК, представлены в табл.1.

Исходя из полученных данных об изменении элементного состава ГК в процессе термообработки растительных остатков, а также рассчитанных значений Н:С, 0:С, С:Ы и степени окисленности (ю) молекул ГК можно предположить протекание следующих процессов:

- на первом этапе происходит удаление связанной воды из макромолекул, что характеризуется увеличением содержания углерода и снижением содержания водорода и кислорода в образцах;

- последующее снижение углерода и водорода в ГК и повышение содержания кислорода может быть связано с протеканием процесса окислительной деструкции;

- следующий этап характеризуется повышением содержания углерода и снижением кислорода, что может являться следствием протекания таких процессов как полимеризация и поликонденсация, образование эфирных

связей. _ _ .

Таблица 1

Элементный состав (ат. %) и степень окисленности гуминовых кислот (со) растительных остатков и почвы

Условное обозначение

Л

32,7

Н

N О

46,6 1,89

18,9

Н:С

1,42

0:С

0,58

C:N

17,27

со

-0,27

П

36,5

43,1

2,07

18,4

1,18

5JI

33,5

45,6

1,8

19,1

1,36

ЮЛ

31,8

20Л

31,9

44,5

44,9

1,90

21,8

1,40

2,02

21,2

1,41

0,50

17,61

-0,17

0,57

0,68

0,66

17,84

-0,13

16,72

-0,19

15,81

-0,22

где Л, П, 5Л, ЮЛ, 20Л - ГК, выделенные из листьев, из почвы, из листьев, после термообработки в течение 5,10 и 20 мин при 150 °С, соответственно.

Данные об элементном составе так же позволяют выполнить расчет термодинамических характеристик ГК и проследить изменение значения величин в процессе термической трансформации растительных остатков. Концепция метода расчета термодинамических характеристик была предложена Ю.Н. Водяницким [Водяницкий, 2000]. Сначала определили теплоемкость по уравнению:

СР = У. Со:, (2)

где Q - атомная теплоемкость, п, - число атомов в молекуле согласно простейшей формуле гуминовых или фульвокислот, i - углерод, водород,

кислород или азот.

Далее методом итераций определили абсолютную энтропию Ъ и

энтропию образования AS°, применяя формулы (3), (4) и (5):

S° = 1,1Ср, (3)

S0 = 1,03 + 0,039*(7+AS°)2, где S0 и AS° выражены в Дж/Кт.

AS°i = S°i -ES°

(4)

(5)

где - абсолютная энтропия входящих в состав органического вещества

химических элементов.

Расчет стандартной свободной энергии Гиббса выполнили, применяя

метод аналогий [Назаров и др., 1987]:

AG° = KAH°, (6)

где К - коэффициент пропорциональности, принимаемый постоянным для одного класса веществ. Из литературных данных известно, что

К = ^/0,689 - 0,0082С , (7)

тогда Дв0 = КТД8°/(1-К), (8)

Из уравнения (6) определили ДН°

Теплоты сгорания 0° рассчитали, применяя термохимический закона Гесса. Полученные значения расчетных величин представлены в табл.2.

Установлено, что термическая обработка растительных остатков способствует формированию ГК с большей энтропией образования. Это свидетельствует об увеличении степени разупорядоченности молекул, и может быть связано с увеличением доли ароматических фрагментов в составе гумусовых кислот, поскольку для молекул ароматического ряда энтропия образования выше, чем для молекул алифатического ряда.

В процессе термообработки происходит возрастание значения свободной энергии. Значение энтальпии образования также увеличивается, то есть происходит формирование молекул ГК, суммарная энергия связи между атомами в которых понижается. Следовательно, можно предположить, что наибольший вклад в формирование ГК принадлежит реакциям окислительной деструкции.

Таблица 2

Те рмодинамические характеристики гуминовых кислот

Образец дн° ДО0 ДБ0

кДж/г Дж/г

Л 31,72 -6,29 -4,53 -5,88

5Л 31,79 -6,54 -4,84 -5,71

ЮЛ 30,06 -6,53 -4,81 -5,78

20Л 30,03 -6,15 -4,42 -5,81

п 30,69 -5,17 -3,63 -5,18

где Л - листья, не подвергавшиеся термической обработке.

5 Л, 10 Л, 20 Л - листья, подвергавшиеся воздействию температуры 150°С в течение 5, 10 и 20 мин. соответственно.

П - гуминовые вещества, выделенные из почвы.

Денситометрирование электрофореграмм ГК, полученных методом электрофореза в полиакриламидном геле, и математическая обработка результатов, основанная на применении формулы:

Мгк=ехр(11,51-0,618-х), (9)

где х - подвижность, см; МГк - молекулярная масса ГК, дальтон; позволяют рассчитать и проанализировать изменение средней молекулярной массы ГК, выделенных из растительных остатков при различном времени температурной обработки.

Из результатов, представленных в табл. 3, видно, что с увеличением времени воздействия температуры, значение параметра МГк приближается к величине, характерной для почвенных аналогов.

Таблица 3

Средневесовые молекулярные массы гуминовых кислот _(Р=0,95;п=4; 1^=3,182)_

Условное обозначение пробы Средняя молекулярная масса, кДа

Л 72,160 ±0,699

5Л 74,083 ± 0,767

ЮЛ 72,587 ±0,615

20Л 70,520 ±0,816

П 69,500 ± 0,629

где Л, П, 5JT, ЮЛ, 20Л - ГК, выделенные из листьев, из почвы, из листьев, после термообработки в течение 5, 10 и 20 мин при 150 °С, соответственно.

Рис.2. ИК-спектры ГК, выделенных из: П - почвы; Л, 5 Л, 10 Л, 20 Л - из растительных остатков, без термообработки и термически обработанных в течение 5, 10 и 20 мин, соответственно.

Полученное изменение значения средней молекулярной массы ГК, выделенных из растительных остатков, в процессе их термообработки согласуется с литературными данными об изменении этого параметра для ГК, выделяемых в процессе компостирования растительных отходов.

ИК-спектры для разных образцов ГК имеют схожие полосы поглощения, но при детальном анализе спектров обнаруживаются некоторые различия (рис.2). Так в области 900-750 см"1 для образцов Л, 5Л, ЮЛ и 20Л имеются две или три полосы поглощения, которые могут быть обусловлены деформационными колебаниями групп С-Н в ароматических кольцах, содержащих более чем два замещенных атомами водорода. В спектре 20Л данная область имеет более сглаженный характер, чем в спектрах Л, 5Л и ЮЛ. В ГК, извлеченных из почвы, подобные полосы выражены слабо либо отсутствуют.

Видно, что интенсивность полосы в диапазоне 1510-1520 см'1 (рис.2) уменьшается по мере увеличения времени температурной обработки; для ГК, выделенных из опада, данная полоса максимально выражена, для ГК почвы - практически отсутствует. Эта полоса, в сочетании с поглощением около 1610-1620 см"1 свидетельствует о присутствии ароматических компонентов.

Таким образом, по характеру полос поглощения в области 750-900 см"1 и 1500-1620 см*1 можно сделать вывод о трансформации ароматических колец в более замещенные ароматические структуры - 2, 3, 4, 5 замещенные бензойные кислоты и фенолы.

Изменения средней молекулярной массы, элементного состава, ИК-спектров ГК, выделенных из растительных остатков подвергавшихся термической обработке в течение различных промежутков времени, позволяют говорить о близости процессов протекающих в естественных условиях при гумификации растительных остатков и при их температурной обработке, однако в последнем случае время проведения процесса сокращается до нескольких минут. Полученные результаты свидетельствуют о возможности применения разработанного метода как альтернативного способа переработки растительных остатков, накапливающихся в крупных городах в весенне-осенний период.

В четвертой главе приводятся сведения, связанные с изучением процессов трансформации ГВ в нефтезагрязненной почве. При определении закономерностей количественного изменения ГВ в почве параллельно определяли содержание в ней остаточной нефти (табл. 4).

Почву искусственно загрязняли товарной нефтью однократным внесением в количестве 20 л/м2. С целью изучения влияния однократного внесения мелиорантов на скорость разложения нефти, в почву на ряде участков также вносили удобрения - нитраты или мочевину в количестве 1 кг/м2, или комплекс минеральных солей №К (ЫЩС! - 0,12 кг/м2, КС1 - 0,12 кг/м , КН2РО4 - 0,12 кг/м ). Отбор почвенных проб для анализа проводили в течение 5 лет после внесения нефтяного загрязнения.

Данные о содержании углерода гуминовых и фульвокислот в нефтезагрязненной и контрольной почве свидетельствуют о том, что в

первый период времени после загрязнения происходит уменьшение их суммарного содержания с 0,44 до 0,38-0,40 % (Сгв/Сггочвы)- В последующие годы суммарное количество ГК и фульвокислот восстанавливается, а затем - превосходит их количество в контрольном образце на 20 %. Влияние внесения удобрений сказывается на том, что для образцов почвы, в которые вносили удобрения характерно более высокое содержание ГК (0,47 % -добавление нитрата калия, 0,53 % - добавление комплекса мин.солей, 0,59 % - добавление мочевины) , чем для образцов почвы, в которых процесс самоочистки от нефти протекал без использования мелиорантов (0,45 %).

Таблица 4

Содержание гуминовых и фульвокислот в почве_

Время загрязнения почвы, год Вид мелиоранта %С гк+фк в почве %С гк в почве %С фк в почве %С гк в вытяжке %С фк в вытяжке

1 Комплекс минеральных солей 0,38 0,15 0,23 40,00 60,00

2 0,42 0,19 0,23 44,29 55,71

4 0,48 0,23 0,21 47,92 52,08

5 0,47 0,22 0,24 47,74 52,26

1 Нитрат калия 0,42 0,17 0,32 35,64 64,36

2 0,48 0,19 0,33 36,57 63,43

4 0,54 0,24 0,30 40,68 59,32

5 0,53 0,23 0,34 41,05 58,95

1 Мочевина 0,35 0,14 0,26 10,43 89,57

2 0,45 0,21 0,27 39,53 68,42

4 0,57 0,33 0,25 54,68 45,89

5 0,59 0,32 0,31 55,38 44,62

1 Без мелиорантов 0,36 0,15 0,24 41,34 58,66

2 0,41 0,18 0,24 44,59 55,41

4 0,47 0,23 0,22 48,84 51,16

5 0,45 0,21 0,25 47,30 52,70

Контроль 0,44 0,24 0,20 54,55 45,45

В то же время обращает на себя внимание тот факт, что содержание гуминовых и фульвокислот изменяется неодинаково. Содержание ГК в образце с добавлением мочевины, через год после внесения нефти, составило 0,14%, а содержание фульвокислот - 0,31%, в то время как в незагрязненной почве содержится 0,24 % и 0,20 % гуминовых и фульвокислот соответственно. Таким образом, в результате нефтяного загрязнения происходит резкое снижение количества гуминовых и

увеличение фульвокислот в почве. В дальнейшем, в процессе ремедиации нефтезагрязненной земли, происходит возрастание доли гуминовых и уменьшение доли фульвокислот в составе почвенного гумуса.

Проведение электрофореза в полиакриламидном геле с последующим денситометрированием, позволяющие рассчитать среднюю молекулярную массу (ММср) ГК (рис.3), подтверждают приведенные выше сведения.

ММ, кДэ

70

комплекс

- минеральных

солей -нитрат келий

мочееинв

•»контроль

бег мелиорантов

0 1 2 3 4 5 6

Т загрязнения поч»ы > г0 Д

Рис.3. Изменение средних молекулярных масс ГВ в процессе ремедиации нефтезагрязненной почвы.

В первый год после внесения нефти в почву происходит обогащение ГВ низкомолекулярными фракциями и, как следствие, уменьшение их ММср. В последующем происходит возрастание доли высокомолекулярных фракций в их составе, что ведёт к увеличению ММср ГВ.

Используя данные об элементном составе (С, Н, И, О) ГК, была определена доля ароматических фрагментов по уравнению:

Ас=Сар:(Сар+Са,), (Ю)

Расчет степени бензоидности ГК проводили по схеме, предложенной Ю.Н. Водяницким [Водяницкий, 2001]. Во-первых, определяли соотношения Н:С для предельных алифатических и ароматических углеводородов. Далее рассчитывали величины отношения Н:С для алифатических фрагментов исследуемой ГК. Затем, используя пропорцию, вычисляли долю углерода, входящего в алифатические цепи ГК по формуле

Ван-Кревлена:

= [(Н:С)факт-(Н:С)ар]:[(Н:С)ш -(Н:С)ар] (11)

Наконец из уравнения (10) определяется показатель общей

ароматичности ГК.

Результаты элементного анализа, а также рассчитанные по ним степени ароматичности (Ас) и окисленности (со) ГК (табл.5), позволяют сделать вывод о том, что при созревании ГК в нефтезагрязненной почве возрастает степень ароматичности молекул и уменьшается степень их окисленности.

Таблица 5

Элементный состав (ат. %), степень окисленности и

степень ароматичности гуминовых кислот__

Время загрязнения почвы, год Вид мелиоранта С Н N О Ас

1 Комплекс минеральных солей 24,42 44,92 2,11 28,55 0,50 7,8

2 35,21 37,15 2,52 25,12 0,37 13,1

4 41,84 35,51 2,03 20,62 0,14 18,1

5 45,48 31,05 2,76 20,71 0,23 20,4

1 Нитрат калия 24,53 45,32 2,04 28,11 0,59 8,0

2 26,76 47,76 2,12 23,36 -0,04 9,5

4 33,38 44,19 2,36 20,07 -0,12 13,4

5 34,58 45,31 2,22 17,88 -0,28 14,7

1 Мочевина 24,34 45,83 1,97 27,86 0,41 7,8

2 29,71 43,21 1,92 23,62 0,13 10,8

4 37,62 42,07 1,83 18,04 -0,16 15,4

5 41,38 41,32 1,80 15,50 -0,25 19,7

1 Без мелиорантов 23,67 45,12 2,08 27,65 0,43 7,7

2 27,39 43,08 2,17 25,66 0,30 12,5

4 37,14 34,26 2,38 21,76 0,25 17,8

5 43,56 32,44 2,47 19,84 0,17 21,3

Контроль 38,12 39,96 2,23 19,69 -0,02 16,2

Данные ИК-спектроскопии свидетельствуют о наличии в спектрах изучаемых веществ всех полос поглощения, характерных для этого класса соединений. Основные различия заключаются в неодинаковой интенсивности пиков.

При увеличении времени загрязнения почвы нефтью увеличивается интенсивность полос поглощения в области 900-860 см"1 и 1510-1500 см*1, связанных с наличием ароматических фрагментов. Полоса, поглощения при 1150-1050 см'1, характеризующая наличие спиртовых групп, более четко выражена в нефтезагрязненных почвах, чем в контрольном образце, и ее интенсивность повышается с увеличением времени загрязнения. Полоса поглощения при 720-730 см"1, обусловленная присутствием алифатических фрагментов, имеет минимальную интенсивность в ГК, выделенных из образцов с добавлением мелиорантов и без, после 5 лет протекания процесса ремедиации, и в контрольном образце.

Инфракрасные спектры ГК подтверждают предположения о характере трансформаций этих веществ в почве под воздействием нефтяного загрязнения.

Гуминовые и фульвокислоты принадлежат к одному классу соединений, и поэтому маловероятно, что внесение нефти в почву вызывает спонтанное разрушение одних и образование других фракций почвенного гумуса. На основании приведенных выше закономерностей можно предложить следующий механизм формирования ГВ в нефтезагрязненных почвах. После поступления в почву нефть сорбирует часть почвенного гумуса. Так как ГК являются по своей природе более восстановленными, чем фульвокислоты, они в первую очередь сорбируются нефтью. Большая часть фульвокислот остается в составе органического вещества почвы в несорбированном состоянии, поэтому их относительная доля в составе органического вещества почвы увеличивается. В дальнейшем происходит окисление соединений нефти, частично впитавших в себя ГК, в результате чего последние поступают в почву. Но одновременно с этим процессом в почве происходит формирование новых фульвокислот. Основой для их синтеза служат окисленные трансформированные соединения самой нефти и органическое вещество почвы.

Изучение трансформации гумуса под воздействием нефтяного загрязнения позволяет сделать также ряд практических выводов. Во-первых, удаление из почвы углеводородов нефти не всегда целесообразно, так как, трансформируясь под воздействием почвенной микробиоты, они включаются в состав гуминовых и фульвокислот, что способствует облагораживанию почв, и, в конечном итоге, приводит к повышению их плодородия. Во-вторых, процесс гумификации соединений, входящих в состав нефти, является естественным процессом трансформации органического вещества в почве. На него можно влиять путем добавления в нефтезагрязненную почву мелиорантов. Наилучшие результаты в экспериментах, проведенных нами, были получены с внесением в нефтезагрязненную почву мочевины.

В пятой главе исходя из результатов, полученных в предыдущем эксперименте, сделано предположение о возможности микробиологической трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества. Для подтверждения этой гипотезы, был проведен эксперимент, в основе которого лежало использование нефти, как единственного источника углерода и энергии, микроорганизмами в водной среде и образование в процессе жизнедеятельности бактерий гумусоподобных веществ (ГПВ).

Было установлено, что используемое сырье, нефть, не содержит ГПВ. Их образование не происходило и в контрольном образце, который не содержал микроорганизмов. Таким образом, можно однозначно заключить, что образование ГПВ связано с микробиологической деятельностью.

На рис. 4 представлены изменения значений коэффициента экстинкции растворов гуминовых и фульвокислот в процессе их образования. Из рисунка видно, что добавление мочевины и оксида алюминия влияет на

концентрацию гумусоподобных веществ в растворе, и способствует их более высокому концентрированию в водной среде.

А

0.7 1 0.6 0.5 ■

-1 2

— 3 0.3 -0.2 0.1 0.0

100 (.дни

20 40 60 80 100 1-д™

№ С Н N О

1 38.2±0.6 3.83±0.04 4.93±0.04 53.2±0.5

2 52.4±0.8 7.82±0.07 7.79±0.07 32.3±0.4

3 43.3±0.7 5.58±0.06 2.37±0.03 49.0±0.6

4 54.2±0.8 5.47±0.06 5.12±0.04 35.3±0.4

а) б)

Рис. 4. Динамика образования гумусовых веществ в процессе микробиологической трансформации нефтепродуктов, а) - фульвокислоты, б) - гуминовые кислоты. 1 - без добавок, 2 - добавление мочевины, 3 - добавление А1203 и 8Ю2

В водной среде, где скорость обмена веществ значительно выше, чем в почве, снижается время проведения процесса микробиологической трансформации нефти в гумусоподобные вещества от нескольких лет до нескольких месяцев. Еще одним преимуществом проведения процесса в растворе является возможность более четко отслеживать варьирование различных физико-химических параметров окружающей среды на скорость протекания реакции и свойства получаемых продуктов. Так, на примере проведенного эксперимента исследовано влияние добавления оксидов металлов и мочевины на величину количественного образования гумусоподобных веществ.

Физико-химическими методами анализа была подтверждена близкая природа полученных образцов и почвенных аналогов.

Таблица 6

Элементный состав гуминовых веществ (массовая доля)

где 1, 2 - ФК и ПС, полученные в результате микробиологическои перераОотки нефти; 3, 4 - ФК и ГК, выделенные из дерново-подзолистой почвы, соответственно.

Результаты электрофореза в полиакриламидном геле свидетельствуют о разделении как гуминовых, так и фульвокислот различного происхождения на три фракции А, В и С, что согласуется с литературными данными.

Данные элементного состава ГВ (табл. 6), свидетельствуют о том, что для кислот, полученных в результате микробиологической трансформации нефти, характерно более высокое содержание азота, по сравнению с почвенными аналогами, что может быть связано с высокой концентрацией азотсодержащих компонентов в культуральной среде. Содержание других элементов находится в пределах, характерных для почвенных ГВ.

ИК-спектры, полученные для различных гумусовых соединений, содержат основные характерные полосы поглощения, обусловленные наличием ОН-групп - частоты колебаний расположены в области 33003700 см"1 и 1615-1630 см"1; СН2-, СН3- групп - основные полосы в диапазоне 2800-3000 см"1, 1450-1470 см"1 и 1350-1385 см"1; СООН- группы и карбонильных радикалов, спектры колебаний которых располагаются в диапазоне 1700-1850 см'1; наличием двойных связей (-С=С-) - частоты колебаний 1650-1660 см"1; ароматических колец - основные полосы в области 1600-1620 см"1 и 1480-1550 см"1; -С-О-С- групп, частоты колебаний 1150-1280см"' и 1020-1075 см"1.

Полученные данные свидетельствуют о возможности применения разработанного микробиологического метода трансформации углеводородов нефти в гумусовые соединения, как способа, способствующего снижению экологических последствий техногенного загрязнения, возникающего при аварийных разливах нефти.

В шестой главе рассмотрен способ применения ГВ, полученных при трансформации органических отходов выше описанными методами, основанный на способности гумусовых соединений образовывать комплексы с ИТМ, а именно применение кислот в качестве экстрагента ИТМ из водных растворов.

а) Ь)

Рис.5, а) степень извлечения (R) ионов металлов из водной фазы при экстракции изоамиловым спиртом с ГК; Ь) степень извлечения (R) ионов металлов из органической фазы при реэкстракции HCl.

Исследование процессов экстракции ионов металлов из растворов солей C0SO4, NiS04, CuS04, ZnS04, в системе вода-изоамиловый спирт-ГК, с последующей реэкстракцией ионов в водную фазу 10%-ой соляной

кислотой, позволило получить зависимости изменения степени извлечения металлов от pH среды (рис.5). И заключить о том, что:

• максимальная экстракция ионов металлов в системе ГК-изоамиловый спирт-вода происходит при pH 8-9;

• Достигаемые значения степени извлечения ионов тяжелых металлов из водной фазы - 95 % (Zn2+, рН-8,23);

• Реэкстракция ионов металлов из органической фазы 10%-ным раствором HCl может достигать 92 % (Cu2+, pH - 8,23).

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о возможности применения ГК, полученных при переработке органических отходов, для экстракции ионов тяжелых металлов из водных растворов. Данный способ может быть использован для очистки сточных вод от ИТМ, с эффективностью извлечения до 95%.

Выводы

1. Разработан микробиологический метод трансформации соединений нефти в гумусоподобные вещества в водной среде. Физико-химическими методами анализа подтверждена идентичность полученных соединений и почвенных аналогов. Показана эффективность применения мочевины в качестве катализатора процесса.

2. Установлены оптимальные условия термокаталитической трансформации растительных остатков, позволяющие сократить время проведения процесса гумификации до 20 мин: оптимальный температурный диапазон - (145-155)°С, добавление катализаторов позволяет снизить температуру до 120°С. Показано, что в качестве катализаторов процесса могут применяться оксиды металлов (Si02, А120з, Fe203).

3. Установлено, что при попадании нефти в почву происходят разнонаправленные процессы воздействия на гуминовые и фульвокислоты, содержащиеся в почве. Количество первых сначала уменьшается на 80-83 %, а затем постепенно возрастает до первоначального уровня. Содержание фульвокислот за первых год наблюдения увеличивается на 50-55 %, а после 5 лет их количество в почве возрастает ещё на 10 % по сравнению с контрольным образцом.

4. Результаты проведенных физико-химических методов анализа, в том числе определение элементного состава, ИК-спектроскопия, электрофорез в полиакриламидном геле и капиллярный электрофорез, подтвердили близкую природу полученных при трансформации соединений нефти и растительных остатков гумусовых веществ и почвенных аналогов.

5. Установлена эффективность применения гуминовых кислот для экстракции ионов тяжелых металлов из водных растворов. Оптимальным значением pH среды для проведения процесса является 8-9. Достигаемые

значения степени извлечения ионов тяжелых металлов из водной фазы -95% (Zn2\ рН-8,23).

Основные публикации по теме диссертации

• в рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки

Российской Федерации:

1. Вялых Е.А. Получение гумусоподобных веществ из растительного опада / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Известия высших учебных заведений. Серии «Химия и химическая технология». - 2010. - № 7. - С. 46-48.

2. Вялых Е.А. Образование гумусовых кислот в процессе деструкции соединений нефти / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2010. - № 11. - С. 50-52.

• в научных журналах, а также в материалах конференций:

3. Вялых Е.А. Трансформация органического вещества в нефтезагрязненной почве / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов, A.C. Россомагина // Молодежная наука Прикамья: сб. научн. трудов - Пермь: ПГТУ, 2009. -№ 10. - С. 43-47.

4. Вялых Е.А. Гумусовые вещества: образование, строение, анализ / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Вестник Пермского Университета. Серия Химия. - Пермь: ПГУ, 2011. - № 1. - С. 87-95.

5. Вялых Е.А. Получение гуминовых кислот термической обработкой растительных отходов / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов, A.C. Россомагина // Химия и экология: тезисы докл. 11 краевой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: ПГТУ, 2009. - С. 47-48.

6. Вялых Е.А. Исследование фульвокислот методом тонкослойной хроматографии / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Химия и экология: тезисы докл. 11 краевой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: ПГТУ, 2009. - С. 49-50.

7. Вялых Е.А. Электрофорез фульвокислот в полиакриламидном геле / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Экология России и сопредельных территорий: тезисы докл. XIV международной экологической студенческой конференции. - Новосибирск: НГУ, 2009. - С. 7-8.

8. Вялых Е.А. Использование метода электрофореза для изучения качественных и количественных изменений гуминовых кислот в нефтезагрязненной почве / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Аналитика России 2009: тезисы докл. III всероссийской конференции с международным участием. - Краснодар: КубГУ, 2009. - С. 285-286.

9. Вялых Е.А. Термическая трансформация фульвокислот / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // "Студент и научно-технический прогресс": тезисы докл.

XLVIII международной научной студенческой конференции. -Новосибирск: НГУ, 2010. - С. 89-90.

10. Вялых Е.А. Микробиологическая трансформация соединений нефти в гумусоподобные вещества / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Химия и химическая технология в XXI веке: тезисы докл. XI всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов. - Томск: ТПУ, 2010. -С. 279-280.

11. Vialich Е.А. Extraction of humic acids from activated sludge / E.A. Vialich, S.A. Ilarionov // Catalysis for renewable sources: fuel, energy, chemicals: thesis of the International conference. - StPetersburg. 2010. -P. 175-176.

12. Вялых Е.А. Термокаталитическая трансформация растительного опада / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Тезисы докл. VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Пермь: ПГТУ, 2011. - С. 74-75.

13. Вялых Е.А. Анализ гуминовых веществ методом капиллярного электрофореза / Е.А. Вялых, С.А. Иларионов // Современные проблемы гуманитарных и естественных наук: тезисы докл. VII международной научно-практической конференции. - Москва, 2011. - С. 31-33.

14. Пат. РФ 2430075, МПК С 05 F 11/00. Способ получения гуминовых кислот / Вялых Е.А., Иларионов С.А.; опубл. 27.09.2011, Бюл. № 27.

Патенты:

Соискатель

Е.А. Вялых

Заказ № 128

Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория ПГНИУ 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Вялых, Елена Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Гумусовые кислоты.

1.1.1. Общая характеристика.

1.1.2. Элементный состав.

1.1.3. Функциональный состав гумусовых кислот.

1.1.4. Молекулярный состав.

1.1.5. Структурные схемы строения гумусовых кислот.

1.2. Методы анализа гумусовых кислот.

1.2.1. Элементный анализ.

1.2.2. ИК-спектроскопия.

1.2.3. Электрофорез в полиакриламидном геле.

1.2.4. Капиллярный электрофорез.

1.3. Нефть и процессы ее деструкции.

1.3.1. Общая характеристика нефти.

1.3.2. Физико-химические и биологические процессы трансформации компонентов нефти.

1.4. Процессы образования гумусовых веществ.

1.5. Практическое применение гумусовых веществ.

2. Методы исследования.

2.1. Выделение гуминовых и фульвокислот.

2.2. Термокаталитическое окисление растительных остатков.

2.3. Гумификация нефти в водной среде.

2.4. Гумификация нефти в почве.

2.5. Извлечение остаточных компонентов нефти из почвы.

2.6. Определение органического углерода по методу Тюрина.

2.7. Определение влажности почвы.

2.8. Изучение элементного состава гуминовых и фульвовых кислот.

2.9. Проведение электрофореза в полиакриламидном геле.

2.10. Капиллярный электрофорез.

2.11. ИК-спектроскопия.

2.12. Экстракция ионов тяжелых металлов гуминовыми кислотами.

2.12.1. Выбор разбавителя.

2.12.2. Приготовление растворов солей тяжелых металлов.

2.12.3. Экстракция и реэкстракция.

2.12.4. Определение состава экстрагируемых соединений.

2.13. Статистический анализ результатов.

3. Термокаталитическая трансформация растительных остатков в гумусовые вещества.

3.1. Элементный анализ выделенных гумусовых веществ.

3.2. Электрофорез в полиакриламидном геле.

3.3. Капиллярный электрофорез.

3.4. Инфракрасная спектроскопия.

4. Формирование гумусовых веществ в процессе ремедиации нефтезагрязненной почвы.

4.1. Определение содержания гуминовых и фульвокислот в почве.

4.2. Электрофорез гуминовых кислот.

4.3. Элементный анализ гуминовых кислот.

4.4. Инфракрасная спектроскопия гуминовых кислот.

5. Микробиологическая трансформация соединений нефти в водной среде.

5.1. Электрофорез гумусовых веществ, полученных микробиологической трансформацией нефти в водной среде.

5.2. Капиллярный электрофорез.

5.3. ИК-спектроскопия.

5.4. Элементный состав.

6. Применение полученных гуминовых кислот в качестве экстрагента ионов тяжелых металлов.

6.1. Экстракция тяжелых металлов из водной фазы гуминовыми кислотами.

6.2. Регенерация гуминовых кислот методом реэкстракции.

6.3. Изучение состава комплексов.

7. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Микробиологическая и термокаталитическая трансформация соединений нефти и растительных остатков в гумусовые вещества"

Актуальность проблемы. Аварийные разливы нефти, имеющие место на объектах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, при транспорте этих продуктов наносят ощутимый вред экосистемам, приводят к негативным экономическим и социальным последствиям.

В связи с увеличением количества чрезвычайных ситуаций, которое обусловлено ростом добычи нефти, износом основных производственных фондов (в частности, трубопроводного транспорта), негативное воздействие разливов нефти на окружающую среду становится все более существенным. Экологические последствия при этом носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные циклы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Листовой опад, скошенная с газонов трава и другие растительные остатки, являются значительной проблемой современных городов, особенно в весенне-осенний период. Растительные отходы в крупных городах десятками тонн вывозятся на свалку и складируются совместно с другими твердыми бытовыми отходами, что требует отчуждения дополнительных земельных территорий.

Поэтому поиск новых эффективных методов переработки загрязняющих окружающую среду органических соединений, таких как углеводороды нефти, попавших в результате аварийных разливов в почву и водную среду, а также растительных остатков, вывозимых на свалки, является актуальной задачей.

В данной работе представлены способы, позволяющие ускорять естественные процессы биотрансформации органических веществ, загрязняющих окружающую среду, а именно: микробиологическая трансформация компонентов нефти в почвенной и водной среде; и термокаталитическая обработка растительных остатков.

Цель работы состоит в разработке физико-химических и микробиологических методов переработки в гумусовые соединения органических отходов: углеводородов нефти и растительных остатков.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать микробиологический метод трансформации соединений нефти в гумусоподобные вещества.

2. Определить оптимальные условия физико-химической обработки растительных остатков для ускорения процесса их гумификации.

3. Рассмотреть закономерности изменения количественного содержания гумусовых веществ в почве при ремедиации нефтезагрязненных земель.

4. Провести-идентификацию гумусовых соединений, полученных из растительных остатков и нефти.

Научная новизна работы заключается в том, что получены новые данные о микробиологической трансформации компонентов нефти в гумусоподобные вещества в водной среде. Изучена динамика процесса их образования, а также влияние добавления оксидов металлов и мочевины, на скорость протекания процесса.

Исследованы закономерности изменения физико-химических свойств ГВ в нефтезагрязненной почве от длительности процесса ремедиации. Показано влияние добавления ряда мелиорантов на варьирование этих зависимостей.

Разработан способ термокаталитической обработки растительных отходов с целью ускорения процесса гумификации. Показано влияние температурного режима и добавления оксидов металлов на скорость протекания процесса и качественный состав конечного продукта.

Изучены закономерности извлечения из водной фазы ионов тяжелых металлов полученными гуминовыми веществами в процессе экстракции в системе вода - изоамиловый спирт - гуминовые кислоты.

Практическая значимость работы: Предложен новый способ интенсификации гумификации растительных остатков, который позволяет значительно сократить время протекания процесса, и может быть рекомендован для переработки растительных отходов.

Полученные результаты о закономерностях динамики трансформации ГВ в нефтезагрязненных почвах, и влиянии внесения мелиорантов на эти закономерности, могут быть использованы для интенсификации процессов ремедиации нефтезагрязненных земель.

Результаты научных исследований, проведенных автором, являются исходными данными для разработки технологии переработки разлитой нефти в ценный целевой продукт - гумусовые вещества, основанной на применении микроорганизмов, и позволяющей снизить экологические последствия техногенного воздействия разливов нефти на окружающую среду.

Полученные гумусовые соединения могут быть использованы в качестве экстрагента ионов тяжелых металлов в системе вода - изоамиловый спирт -гуминовые кислоты, при разработке технологий очистки водных растворов от тяжелых металлов.

Автор выражает глубокую и искреннюю признательность: научному руководителю, доктору биологических наук, профессору Иларионову Сергею Александровичу, за неоценимую помощь и поддержку при создании диссертации, возможность творческой свободы; за активное участие в обсуждении работы и ее рецензировании, за ценные советы и идеи; научному консультанту, доктору химических наук, профессору Дёгтеву Михаилу Ивановичу, за критические замечания и дополнения при практической реализации работы и ее написании; магистру химического факультета Ждановой A.B., за помощь в получении результатов и их обработке.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гумусовые кислоты 1.1.1,Общая характеристика

На сегодняшний день гумусовые кислоты относят к классу сложных высокомолекулярных азотсодержащих оксикарбоновых кислот, выделенных из гумуса - части органического вещества почвы. Основой для градации гумусовых кислот служит классификация, предложенная Д.С. Орловым [Орлов, 1990], которая основана на растворимости специфических гумусовых веществ в спиртовом, щелочном и кислотном растворах. Согласно этому принципу, гумусовые кислоты разделяют на гумин (нерастворимый остаток), гематомелановые (растворимы в этаноле), фульвокислоты (ФК) (растворимы в щелочном и кислом растворах) и гуминовые кислоты (ГК) (растворимы в щелочном растворе, в кислом - выпадают в осадок). Разная растворимость этих фракций объясняется различиями в молекулярном составе, количественном содержании тех или иных функциональных групп и молекулярном весе.

Поскольку большинство работ связано с изучением гуминовых и фульвокислот, и их свойств, то и основной набор данных представлен именно для этих групп соединений. В этой работе также рассматриваются гуминовые и фульвокислоты.

Главная градация перечисленных веществ основана на их различной растворимости в растворах с рН 2-3. Ещё одним важным параметром, отличающим ГК и ФК является молекулярный вес. В литературных источниках описаны многочисленные методы, с помощью которых определяли молекулярный вес этих соединений. Основными способами являются гель-фильтрация [Беляева, 2004; Ильина, 2007; Першина, 1987; Тесфайе, 2009], светорассеяние [Беляева, 2004; Чеканова, 2008] и вискозиметрия [Орлов, 1990]. При этом разброс данных очень большой. Так, для ФК значения варьируются от 700 до 10000, а для ГК от 4 000 до 100000 [Беляева, 2004; Ильина, 2007; Орлов, 1990; Перминова, 2000; Першина, 1987; Тесфайе, 2009; Чеканова, 2008]. Отчасти такой разброс данных можно объяснить применением различных способов подготовки проб, что в случае гумусовых веществ сильно влияет на результаты исследований.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Вялых, Елена Анатольевна, Казань

1. Александрова J1. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. - Л:Наука, 1980.С.288.

2. Александрова JI. Н. Современные представления о природе гумусовых веществ почвы и их органо-минеральных производных. Проблемы почвоведения. М., 1962. С. 27-39.

3. Александрова JI. Н., Назарова А. В. Гетерогенность гуминовых кислот и её происхождение . Проблемы почвоведения / Советские почвоведы к 11 Междунар. конгрессу в Канаде, 1978. С. 48-52.

4. Александрова JI. Н., Назарова А. В. О трансформации гуминовых кислот в почве. Тезисы докл. 6-го Делегат, съезда Всесоюз. общ-ва почвоведов, Тбилиси, Кн. 2, Тбилиси, 1981. С. 3-4.

5. Андреева И. М. Процессы превращения гумусовых веществ в почве. Автореф. дисс. канд. с.-х. наук, Д.: Пушкин. 1966. С. 19.

6. Ахметова Я. Ю. Испытание нефтесорбентов для ликвидации аварийных разливов нефти / Пятый Всероссийский конкурс научно-образовательных проектов «Энергия будущего-2007», Уфа, 2007. С. 19.

7. Беляева Е. Ю. Изучение роли неэксклюзионных эффектов в гель хроматографическом фракционировании гуминовых веществ. Дипл.работа. М.:МГУ, 2004, С. 55.

8. Химическая энциклопедия в 5 томах. Гл. ред. И. JI. Кнунянц — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1992. Т. 3. С. 639.

9. Ботнева Т. А., Ильина А. А., Терский Я. А. Методическое руководство по люминисцентно-битуминологическим и спектральным методам исследования органического вещества пород и нефтей. М.: Недра. 1979.

10. Водяницкий Ю. Н. Использование термодинамических показателей для описания гумусовых кислот почв // Почвоведение. 2000. 1. С. 50-55.

11. Водяницкий Ю. Н. Методы расчета ароматичности гумусовых кислот // Почвоведение. 2001. 3. С. 289-294.

12. Высокоэффективный капиллярный электрофорез. Теория и практика. -CTI6:INTERLAB. 2004. С. 143.

13. Галь Э., Мельеши Г., Верецкеи Л. Электрофорез в разделении биологических макромолекул. М.: Мир. 1982. С. 448.

14. Гамаюнов Н. И., Масленников Б. И., Шульман Ю. А. Ионный обмен в гуминовых кислотах // Химия твердого топлива. 1991. 3. С. 32-37.

15. Давыдова С. Л., Тагасов В. И. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде / Учеб. пособие, М.: РУДН. 2004. С. 163.

16. Данченко Н. Н. Функциональный состав гумусовых кислот: определение ивзаимосвязь с реакционной способностью / Дисс.канд. хим. наук, М., 1997. С. 138.

17. Дёгтев М. И. Органические реагенты и их комплексные соединения в аналитической химии. Пермь: ПТУ, 2007. С. 54.

18. Демидиенко А. Я., Демурджан В. М., Шеянова А. Д. Изучение питательного режима почв, загрязненных нефтью // Агрохимия. 1983. 9. С. 100-103.

19. Добровольский В. В. Роль гуминовых кислот в формировании миграционных массопотоков в тяжелых металлов // Почвоведение. 2004. 1. С. 32-39.

20. Егоров Н. С. (Ред.). Практикум по микробиологии. М.: МГУ, 1976. С. 307.

21. Жуков Д. В., Мурыгина В. П., Калюжный С. В. Механизмы деградации углеводородов нефти микроорганизмами // Успехи современной биологии. 2006. 126 (3), С. 285-296.

22. Ившина И. Б., Пшеничков Р. А., Оборин А. А. Пропанокисляющие родококки. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1987. С. 126.

23. Иларионов С. А. Трансформация углеводородов нефти в почвах гумидной зоны. Дисс. докт. биол. наук, Сыктывкар. 2006. С. 424.

24. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе «почва-растение». -Новосибирирск: Наука. 1991. С. 151.

25. Ильина А. А., Маслов С. Г., Юдина Н. В. Исследование состава натриевых и аммониевых гуминовых кислот // Химия растительного сырья. 2007. 2. С. 85-88.

26. Исмаилов Н. Н. Микробиология и ферментативная активность нефтезагрязненных почв / Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. -М.: Наука. 1988. С. 42-46.

27. Казицына J1. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии / Уч. пособие для вузов. М.: «Высш. Школа». 1971. С. 264.

28. Казицына JI. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во МГУ. 1979. С. 240.

29. Калабин Г. А., Каницкая J1. В., Кушнарев Д. Ф. Количественная спектроскопия ЯМР прородного органического сырья и продуктов его переработки. М.: Химия. 2000. С. 205.

30. Кауричев И. С., Орлов Д. С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв. М.: Колос. 1982. С. 247.

31. Ким А. М. Органическая химия / Учеб. пособие. 3-е изд. Новосибирск: Изд-во Сиб.унив. 2002. С. 490.

32. Ковалевский Д. В. Исследование структуры гумусовых кислот методами спектроскопии ЯМР *Н и 13С / Дисс. канд. хим. наук. М.:МГУ. 1998. 140с.

33. Комарова H. В., Каменцев Я. С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ». -СПб: «Веда». 2006. С. 213.

34. Кононова M. М. Органическое вещество почвы. М.: АН СССР. 1963. С. 314.

35. Кононова M. М. Проблема почвенногот гумуса и современные задачи его изучения. М., 1951. С. 206.

36. Кононова M. М. Формирование гумуса в почве и его разложение // Успехи микробиологии. 1976. 11. С. 134-151.

37. Кузнецов А. Е., Градова Н. Б. Научные основы экобиотехнологии / Учебное пособие для студентов. -М.: Мир. 2006. С. 504.

38. Левинский Б. В. Все о гуматах. Иркутск: Корф-Полиграф, 2000. С.70.

39. Леонов А. В., Пищальник В. М. Биотрансформация нефтяных углеводородов в водах залива Анива: оценка с помощью математического моделирования // Водные ресурсы. 2005. 32 (6), С. 712-726.

40. Минеева В. Г. (Ред.). Практикум по агрохимии / Учеб. пособие. 2-е изд. -М.: МГУ. 1989. С.689.

41. Мистерски В., Логинов В. Исследование некоторых физико-химических свойств гуминовых кислот // Почвоведение. 1959. (2). С. 39.

42. Назаров А. Г., Хабаров А. В. Методы термодинамической оценки почв пустынь. В Проблемы почвоведения и пути повышения плодородия почв. -Ашхабад: Ылым. 1987. С. 39-89.

43. Нестерова М. П. (Ред.). Методы и средства борьбы с нефтяным загрязнением вод Мирового океана / Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. -СПб: Гидрометеоиздат. 1989. 8. С. 207.

44. Нечаева И. А. Биодеградация углеводородов нефти психротрофными микроорганизмами-деструкторами / Дисс. канд. биол. наук, Пущино. 2009. С.175.

45. Околелова А. А. Влияние орошения на природу и свойства гумусовых кислот степных почв Поволжья / Автореф. дис. . канд. биол. наук. -М. 1985. С. 16.

46. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв. -М.: МГУ. 1974. С.335.

47. Орлов, Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. -М.: МГУ. 1990. С. 325.

48. Орлов, Д. С. Химия почв. М: МГУ. 1992. С. 376.

49. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: электрофорез и ультрацентрифугирование / Практическое пособие. -М.: Наука. 1981. С. 288.

50. Перминова И. В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот / Дисс. докт. хим. наук. -М.: МГУ. 2000. С. 359.

51. Перминова И. В., Жилин Д. М. Гуминовые вещества в контексте зеленой химии. // Зеленая химия в России / под ред: В. В. Лунин, П. Тундо, Е. С. Локтева, -М.:МГУ. 2004. С. 146-162.

52. Першина И. В. Определение фульвокислот в природных водах / Дис. канд.хим.наук. М.: МГУ. 1987. С. 144.

53. Пиковский Ю. И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. -М.: МГУ. 1993. С. 208.

54. Пономарев Д. Г. Термодинамические характеристики органического вещества почвы и энергии связи его с алюмосиликатными минералами // Динамика почвенных процессов и плодородия огошаемых почв . -Волгоград: Волгоградский СХИ. 1990. С. 36-45.

55. Ревдель А. А., Пономарева А. М. (Ред.). Краткий справочник физико-химических величин. -Л.: Химия. 1983. С. 231.

56. Румянцева Э. А. Процессы превращения гумусовых веществ / Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. -Л.: Пушкин. 1971. С. 21.

57. Румянцева Э. О. О скорости минерализации гумусовых веществ // Записки Ленингр. с.-х. ин-та, 1970. 137 (4). С. 64-68.

58. Салем К. М., Перминова И. В., Гречищева Н. Ю., Мурыгина В. П., Мещеряков С. В. Использование гуминовых препаратов при биорекультивации нефтезагрязненных почв // Экология и промышленность России. 2003. С. 19-21.

59. Самосова Н. М., Курбский Г. П. Изменение микрофлоры и состава нефти в черноземной почве Татарии в первый период после загрязнения / Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. -М.: Наука. 1982. С. 235-245.

60. Сергиенко С. Р., Таимова Б. А., Талалаев Е. И. Высокомолекулярные неуглеродные соединения нефти. В Смолы и асфальтены. М., 1979. С. 148.

61. Сильверстейн Р., Басслер Г., Моррил Т. Спектрометрическая идентификация органических соединений. М.: Мир. 1977. С. 591.

62. Скрябин Г. К., Головлева JI. А. Использование микроорганизмов в органическом синтезе. М.: Наука. 1976. С. 336.

63. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия. Пер. с англ. М.: Мир. 1982. С. 328.

64. Солнцева Н. П. Влияние техногенных потоков на морфологию лесных почв в районах нефтедобычи / Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М.:Наука. 1982. С. 29-69.

65. Солнцева Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: МГУ. 1998. С. 376.

66. Тесфайе Д. Е. Агроэкологические особенности трансформации фосфатов в дерново-подзолистой почве при загрязнении её тяжёлыми металлами / Дис. канд.биол.наук. М.: МСХА. 2009. С. 156.

67. Трубецкой О. А. Гуминовые кислоты различного генезиса: выделение и исследование стабильных электрофоретических фракций / Дисс. докт. биол. наук. Пущино. 2003. С. 237.

68. Трубецкой О. А., Кудрявцева JI. Ю., Ширшова JI. Т. Фракционирование гумусовых веществ почв электрофорезом в полиакриламидном геле в присутствии денатурирующих агентов//Почвоведение. 1993. 8. С. 122-125.

69. Трубецкой О. А., Трубецкая О. Е., Сайз-Хименес Ц. Исследование стабильных электрофоретических фракций гуминовых кислот методом пиролитической газовой хроматографии/масс-спектрометрии// Почвоведение 2005. 11. С. 1333-1340.

70. Тюрин И. В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. -М.:Наука. 1965. С. 320.

71. Чеканова А. Е. Биосовместимые магнитные наноматериалы на основе оксида железа (III) / Дис. канд.хим.наук. Москва. 2008. С. 182.

72. Шванцербах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. М.: Химия. 1970.

73. Шоба В. Н. Термодинамические параметры ионного обмена катионов с гумусом выщелоченного чернозема / Химическая термодинамика почв и их плодородие. -М.: Почвенный ин-т им. Докучаева. 1991. С. 32-40.

74. Шрайнер Р., Фьюзон Р., Кёртин Д., Моррилл Т. Идентификация органических соединений. Пер. с англ. М.: Мир. 1983. С. 704.

75. Amir S., Jouraiphy A., Meddich A., Gharous M., Winterton P., Hafidi M. Structural study of humic acids during composting of activated sludge-green waste: Elemental analysis, FTIR and 13C NMR // Journal of Hazardous Materials. 2010. 177, P.524-529.

76. Brunettia G., Plazab C., Clappc C. E., & Senesia N. Compositional and functional features of humic acids from organic amendments and amended soils in Minnesota, USA // Soil Biology & Biochemistry. 2007. 39, P. 1355-1365.

77. Buurman P., Nierop K., Kaal J., Senesi N. Analytical pyrolysis and thermally assisted hydrolysis and methylation of Eurosoil humic acid samples — a key to their source // Geoderma. 2009. 150, P. 10-22.

78. Ceppi S. B., Velasco M. I., Campitelli P. A., Peña-Méndez E. M., Havel J. Characterization of humic acids originated from argentinean compost and soil by capillary electrophoresis and mass spectrometry // I. Chil. Chem. Soc. 2005. 50. P.527-533.

79. Cerniglia C. E. Microbial metabolism of polycyclic aromatic hydrocarbons (A. Laskin, adit.) // Advances in applied microbiology. 1984. 30, P. 31-37.

80. Duarte R., Santos E., Pio C., Duarte A. Comparison of structural features of water-soluble organic matter from atmospheric aerosols with those of aquatic humic substances // Atmospheric Environment. 2007. 41, P. 8100-8113.

81. Fabbri D., Vassura I., Snape C. E. Simple off-line flash pyrolysis procedure with in situ silylation for the analysis of hydroxybenzenes in humic acids and coals // Journal of Chromatography. 2002. 967, P. 235-242.

82. Fernondez J. M., Hockaday W. C., Plaza C., Polo A., Hatcher P. G. Effects of long-term soil amendment with sewage sludges on soil humic acid thermal and molecular properties // Chemosphere. 2008. 73, P. 1838-1844.

83. Fukushima M., Tatsumi K. Functionalities of humic acid for the remedial processes of organic pollutants // Analyt. Sci. 2001. 17, P. Í821-Í823.

84. Ghabbour E.A. Humic Substances: Structures, Models and Functions. The Royal Society of Chemistry. 2001.

85. Ghabbour E. A., Davies G. Spectrophotometric analysis of fulvic acid solutions a second look // Annals of Environmental Science. 2009. 3, P.131-138.

86. Gibson D. T., Koch J. R., Kallio R. E. Oxidative degradation of aromatic hydrocarbons by microorganisms. I. Enzymatic formation of catechol from benzene // Biochemistry. 1986. 7, P. 2653-2661.

87. Grzelakowska A., Gonet S. S. The capillary electrophoresis characteristic of humic acids extracted from soils. XVII-th Ars separatoria. Poland. 2002.

88. Guignard C., Lemere L., Amble A. Lipid constituents of peat humic acids and humin. Distinction from directly extractable bitumen components using TMAH and TEAAc thermochemolysis // Organic Geochemistry. 2005. 36, P. 287-297.

89. Helal A. A., Murad G. A. Characterization of different humic materials by various analytical techniques // Arabian Journal of Chemistry. 2011. 4, P.51-54.

90. Ikeya K., Ishida Y., Ohtani H., Watanabe A. Effect of off-line methylation using carbanion and methyl iodide on pyrolysis-gas chromatographic analysis of humic and fulvic acids // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2006. 75, P. 174-180.

91. Kleinhempel D. Ein beitrag zur theorie des huminstoffzusstandes // Albrecht-Thaer-Archiv. 1970. 14, P. 3-14.

92. Kumada K. Several properties of humic acids // Soil a.Plant Food. 1956., 2, P. 97-102.

93. Lesage S. N. Humic acids enhanced removal of aromatic hydrocarbons from contaminated aquifers: developing a sustainable technology // J. Environ.Sci. Health A. 2001. 36 (8), P. 1515-1533.

94. Li L., Jia W., Sheng G., Fu J., Huang W. Compositional and source characterization of base progressively extracted humic acids using pyrolytic gas chromatography mass spectrometry // Applied Geochemistry. 2006. 21, P.1455-1468.

95. Mengchang H., Yehong S., Chunye L. Characterization of humic acids extracted from the sediments of the various rivers and lakes in China // Journal of Environmental Sciences. 2008. 20, P. 1294-1299.

96. Molson J. W., Frind E. O., Van Stenpvoort D. R., Lesage S. Humic acid enhanced remediation of an emplaced diesel source in groundwater 2. Numerical model development and application // J. Contam. Hydrol. 2001. 54, P. 277-305.

97. Pansu M., Gautheyrou J. Handbook of Soil Analysis. Mineralogical, Organic and Inorganic Methods. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2006.

98. Pauli F. W. Soil fertility: a biodynamical approach. London. 1967.

99. Puglisi E., Fragoulis G., Ricciuti P., Cappa F., Spaccini R., Piccolo A., et al. Effects of a humic acid and its size-fractions on the bacterial community of soil rhizosphere under maize (Zea mays L.) // Chemosphere. 2009. 77, P. 829-837.

100. Rice J. A., MacCarthy P. Statistical evaluation of the elemental composition of humic substances // Org. Geochem. 1991. 17 (5), P. 635-648.

101. Rouviere P. E., Chen M. W. Isolation of Brachymonas petroleovorans CHX, a novel cyclohexane-degrading beta-proteobacterium // FEMS Microbiol Lett. 2003.277, P. 101-106.

102. Sanjay H. G., Srivastava K. C., Walia D. S. Mixed Waste Remediation Using HUMASORB-CSTM an Adsorbent to Remove Organic and Inorganic Contaminants. - Chantilly, Virginia: ARCTECH Inc. 1997.

103. Sawada A., T;anaka S., Fukushima M., Tatsumi K. Electrokinetic remediation of clayey soils containing copper(II)-oxinate using humic acid as a surfactant // J. Hazard. Mater. 2003. 96, P. 145-154.

104. Schwartz D. L. Coal-derived humic acid for removal of metals and organic contaminants. Solid waste and emergency response (5102G) EPA 542-N-99-002 1999. (31), p. 1.

105. Senesi N., Plaza C., Brunetti G., Polo A. A comparative survey of recent results on humic-like fractions in organic amendments and effects on native soil humic substances // Soil Biology & Biochemistry. 2007. 39, P. 1244-1262.

106. Sims J. L., Sims R. N., Matthews J. E. Approach to bioremediation of contaminated soil // Haz. Waste Haz. Matter. 1990. 7, P. 117-149.

107. Solange L. M., Rezende M. O. Capillary electrophoresis: a powerful tool to characterize humic acid (HA) // J. Braz. Chem. Soc. 2008. P. 19.

108. Spaccini R., Piccolo A. Molecular characteristics of humic acids extracted from compost at increasing maturity stages // Soil Biology & Biochemistry. 2009. 41, P. 1164-1172.

109. Sutton R., Sposito G. Molecular structure in soil humic substances: the new view // Environmental science & technology. 2005. 39, P. 9009-9015.

110. Swift R. S., Posner A. M. Gel chromatography of humic acid // J. of Sci. 1971. 22 (2).

111. Tan K. H. Principles of soil chemistry: 3rd ed. -New York*Basel-Hong Kong. 1998.

112. Thouand G., Bauda P., Oudot J., Kirsh G., Sutton C., Vadalie S. Laboratory evaluation of crude oil biodégradation with commercial or natural microbial inocula//Can.J. Microbiol. 1999. 45, P. 106-115.

113. Wentzel A., Ellingsen T. E., Kotiar, H.-K., Zotchev S. B., Throne-Hoist M. Bacterial metabolism of long-chain n-alkanes // Appl Microbiol Biotechnol. 2007. 76, P. 1209-1221.

114. Xiaoli C., Shinaoka T., Xiaoyan C., Qiang G., Youcai Z. Spectroscopic studies of the progress of humification processes in humic substances extracted from refuse in a landfill // Chemosphere. 2007. 69, P. 1446-1453.

115. Zhao J., Peng P., Song J., Ma S., Sheng G., Fu J. Characterization of organic matter in total suspended particles by thermodesorption and pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry // Journal of Environmental Sciences. 2009. 21, P. 1658-1666.

116. Zylstra G. J., Wang X. P., Kim E., Didolcar V. A. Cloning and analysis of the lenes for polycyclic aromatic hydrocarbon degradation. In Recombinant DNA Technology II // Annals of the New York Academy of Sciences. 1994. 721, P. 386-398.