Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка перспективных биологических технологий очистки морских акваторий от углеводородных загрязнений и создание методик экспресс контроля очистки

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Внебюджетные средства
1,9 млн

Обеспечение защиты прибрежных экосистем от нефтяного загрязнения с использованием технологии биологической очистки морских акваторий.

Этапы проекта

1
25.06.2007 - 30.09.2007
Проведен комплекс экспериментально-теоретических исследований и натурных наблюдений в том числе в районе морских акваторий (Кандалакшкий залив Белого моря) с целью создания баз данных о климатических, физико-химических и экологических условиях и характеристиках района исследований. С морской акватории и в прибрежной зоне Кандалакшкого залива Белого моря отобраны многочисленные образцы морской воды, бурых водорослей, грунта и углеводородных загрязнений, которые доставлены на кафедру микробиологии биофака МГУ для проведения дальнейших лабораторных анализов и постановки экспериментов в том числе по выделению углеводородокисляющих микробных сообществ.

Изучены морфо-физиологические и функциональные свойства фукусовых (бурых) водорослей с целью глубокого выяснения их роли в нефтеочистке морских акваторий.
Бурые водоросли могут активно расти и развиваться, размножаться только в прикрепленном к субстрату (грунту дна моря) состоянии. Растущие и развивающиеся бурые водоросли могут контактировать с нефтяным загрязнением и только в приливно-отливной зоне. В таких зонах бурые водоросли будут контактировать практически со всеми фракциями разлитой нефти. В других местах, на глубоководье прикрепленные ко дну водоросли будут контактировать только с осаждающимися на дно фракциями нефти. Существенную проблему для бурых водорослей нефтяные загрязнения составляют только при их размножении, а именно для подвижных и неподвижных (пассивно плавающих) гамет разных полов. В случае обильного развития бурых водорослей в районе произошедшего разлива, можно будет провести принудительное всплытие бурых водорослей (после их срезания), что позволит использовать их для активного сбора нефтяного пятна.
Проведены гидрологические и гидрохимические исследования на экспериментальном полигоне в районе источника нефтяного загрязнения (при проведении морских и береговых экспедиций) в районе Кандалакшской губы Белого моря. Получены статистические данные гидрологических и гидрохимических исследований на экспериментальном полигоне в районе источника нефтяного загрязнения.
Установлено, что в районе Кандалакшской губы Белого моря имеют место достаточно сильные приливно-отливные явления (в некоторых местах до 2-м). Вместе с тем, следует отметить, что поверхностные течения в этом районе незначительные. Акваториальные, а особенно прибрежные воды достаточно богаты минеральными элементами. Температура воды в поверхностном слое в летнее время может достигать 15 оС и выше. Все это указывает на наличие условий к активной деструкции возможных нефтяных загрязнений.
Проведен комплекс работ по поиску патентов соответствующих теме исследований "Разработка способов очистки морских акваторий от нефтяного загрязнения с использованием биологических объектов (морских водорослей и нефтеокисляющих бактерий". Установлено, что среди стран мира основным патентозаявителем и патентодержателем по теме исследователей является Российская Федерация.
Таким образом, проведенный комплекс экспериментально-теоретических исследований и натурных наблюдений создал реальную основу для дальнейшего успешного выполнения заданий лота.
Развернуть
2
01.10.2007 - 31.12.2007
Обобщен литературный материал, касающийся способности различных бактерий использовать различные углеводороды нефти Рассмотрены методы получения накопительных культур УВ бактерий, обогащения накопительных культур необходимыми организмами, получения устойчивых ассоциаций и микробных сообществ, выделения чистых культур и их предварительная идентификация.
Проанализированы факторы, влияющие на скорость биодеградации сырой нефти и ее производных в лабораторных условиях и в природной среде. Особое внимание уделено анализу описанных в литературе исследований, касающихся удалению аварийных разливов нефти в морских экосистемах северных широт.
2.1. Из образцов воды, бурых водорослей, грунта, как не загрязненных УВ, так и подвергшихся УВ загрязнению, собранных в Кандалакшском заливе Белого Моря и доставленных на кафедру микробиологии, были поставлены эксперименты с целью получения накопительные культур, после добавления в них разных концентраций сырой нефти. Эксперименты были поставлены с учетом экотопических характеристик экосистем отбора образцов. В результате были получены многочисленные накопительные культуры УВ окисляющих бактерий различного уровня обогащения. Проведена селекция полученных накопительных культур с целью повышения их обогащенности УВ окисляющими бактериями. С отобранными высокообогащенными накопительными культурами проведены работы по стабилизации их компонентного состава, т.е. создания устойчивых бактериальных ассоциаций или фактически бактериальных УВ окисляющих сообществ (БУВОС).
Установлено, что наиболее активные БУВОС были получены из накопительных культур, приготовленных с добавлением кусочков талломов бурых водорослей, ранее собранных в литорали Белого Моря. Высокоактивные БУВОС были получены как из образцов, ранее подвергавшихся УВ загрязнению, так и из образцов, не имевших контакт с углеводородами, что указывает на широкую распространенность УВ микроорганизмов в естественной среде обитания.
Из высокообогащенных накопительных культур УВ окисляющих бактерий и из отселектированных БУВОС получены 180 чистых культур (ЧК) бактерий, способных к росту с сырой нефтью в качестве единственного источника углерода и энергии. Выделение ЧК бактерий, как и приготовление накопительных культур, и их обогащение, проведено при различной солености и температуре. Из чистых культур и стабильных ассоциаций УВ бактерий, т.е. УВ окисляющих бактериальных сообществ создан банк культур нефтеокисляющих бактерий с различной активностью в зависимости от экзогенных факторов.
Проведены эксперименты по созданию условий для УВ окисляющих бактерий и бурых водорослей, способствующих возникновению симбиотических связей между этими биосистемами. Установлено, что наиболее активные БУВОС были получены из накопительных культур, приготовленных с добавлением кусочков талломов бурых водорослей в нефтьсодержащую среду. Микроскопический анализ выявил активное развитие на поверхности талломов бурых водорослей бактерий, предварительно отнесенных к родам Rhodococcus, Pseudomonas и Mycobacterium.
Поставлены эксперименты с целью долгосрочного наблюдения за активностью межорганизменных взаимоотношений в созданных микрокосмах бурых водорослей и УВ-окисляющих бактерий и формирования, в частности, симбиотических связей. Наблюдения осуществляются еженедельно с микроскопическим контролем и контролем физико-химических характеристик.
2.2. Проведена теоретическая и экспериментально-методическая подготовка для создания опытной плантации-биофильтра. Теоретические исследования включали: (1) поиск литературы среди Российских и зарубежных периодических изданий, книг, в том числе среди научно-популярных изданий прообразов плантаций-биофильтров различного назначения. (2) Поиск высокоплавучих, высокопористых и дешевых материалов, которые могли бы быть использованы для создания носителей БУВОС. Такие материалы должны удовлетворять определенным требованиям, а именно, быть высокоплавучими, высокопористыми, нетоксичными для микро- и макрофауны, не растворяться под действием УВ нефти, температуро-, свето- и солестойкими. В качестве таких материалов рассматривались отходы производства поролона, пенопласта, древесные опилки, низко гумифицированные торфа, отходы бумажной и текстильной промышленности.
Поведены предварительные лабораторные и микрокосмные эксперименты по апробированию поролона, пенопласта, древесных опилок, и отходов бумажной промышленности в качестве носителей будущих биофильтов. Эксперименты проведены с учетом экотопических характеристик и климатических условий избранных полигонов, а именно Кандалакшской губы Белого моря.
Созданы теоретических схемы и проведены микрокосмные эксперименты по закреплению плавучих биофильтров в виде иммобилизованных в пористых носителях высокоактивных БУВОС над плантациями бурых водорослей. Получены обнадеживающие результаты, которые будут проверены в реальных условиях в районе Кандалакшской губы Белого моря в соответствующие сезоны года
2.3. Для достижения заявленной цели и осознанного и рационального решения проблемы создания опытной плантации-биофильтр в естественно-природной среде, Кандалакшском заливе Белого Моря проведены необходимые анализы абиотических компонентов природной среды, отобранные во время экспедиции в данный регион. Исследования показали, что в как в физико-химические характеристиках абиотических компонентов экосистемы - воды, грунтах, так и в биотических компонентах - бурых водорослях и планктоне различия, по сравнению с литературными данными фактически отсутствуют. Это указывает на то, что исследуемая экосистема или не подвергалась каким либо заметным воздействиям за последние несколько лет или обладает высокой буферной и восстановительной способностью.
2.4. Продолжены патентные исследования, направленные на поиск и выявление запатентованных чистых культур, их консорциумов, ассоциаций и микробных сообществ, способных к окислению различных УВ. Особое внимание уделено поиску патентов, УВ окисляющих микроорганизмов, обладающих галотолерантными и психроактивными свойствами. Патентные исследования проводятся в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Созданная коллекция УВ окисляющих бактерий, чистых культур, ассоциаций и сообществ хранится на кафедре микробиологии биофака МГУ на твердых средах кафедральной коллекции культур.
На данном этапе исследований какие –либо внедрения не предполагаются, так как исследования носят незаконченный характер и являются только частью исследовательско-внедренческого комплекса работ
Созданная коллекция УВ окисляющих бактерий, чистых культур, ассоциаций и сообществ будет применена при создании опытной плантации-биофильтра в Кандалакшской губе Белого моря в весенне-летнем сезоне 2008 г.
Экономическая эффективность проделанной работы будет оценена только после завершения исследовательско-внедренческого комплекса работ.
Выделенные чистые культуры, УВ бактерий, ассоциации и микробные сообщества помимо того, что они уже в настоящее время представляют собой уникальный банк высокоактивных культур, в дальнейшем найдут, по-видимому, найдут еще большее применение. Во-первых, эти культуры будут необходимы для поддержания плантации-биофильтра в активном состоянии. Во-вторых, культуры, ассоциации и сообщества могут потребоваться в случае неожиданной гибели плантации-биофильтра. В-третьих, они могут потребоваться для размножения плантаций-биофильтров и организации их в других экосистемах. Наконец, в-четвертых, культуры могут найти применение для фундаментальных генно-инженерных исследований с целью получения генетически модифицированных УВ бактерий, с добавленными или измененными свойствами.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработаны и усовершенствованы специфические подходы, используемые только при работе с УВ окисляющими микроорганизмами и касающиеся применения эмульгаторов при проверке чистых культур УВ бактерий и УВОБС, при этом использовались как сырые нефти, так и их различные производные, от легких жидких углеводородов алифатического ряда до масел, мазута, циклических соединений ароматического ряда и гетероциклов.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Создана экспериментальная плантация-биофильтра в районе источника загрязнения. Испытания УВОБС в микрокосмах и натурные испытания биопрепаратов в Кандалакшской губе Белого моря на основе различных микробных сообществ на предмет резистентности к экстремальным воздействиям в виде температуры, солености, хищничества и др.
Определена эффективность работы УВОБв природных условиях с последующим расчетом экономического эффекта нефтеочистки и сравнение с известными и контрольными вариантами.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.5 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области рационального природопользования
Тема
Разработка способов очистки морских акваторий от нефтяного загрязнения с использованием биологических объектов (морских водорослей и нефтеокисляющих бактерий).
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологии раннего обнаружения предвестников опасных геодинамических процессов в береговой зоне России и способов защиты ее прибрежных территорий. Разработка системы сейсмического мониторинга на акваториях и территориях для стратегически важных и экологически опасных объектов на установке: "Мобильная комплексная геофизическая установка наземного базирования для сейсмологического мониторинга морских акваторий и прибрежных зон (СЕЙСМОЛАБОРАТОРИЯ) (рег. № 2-1.9)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
4,9 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка метода и создание экспериментального образца оптоэлектронного устройства для бесконтактного экспресс-анализа степени загрязнения сточных вод и качества очистки промышленных стоков на наличие следов загрязнений.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
1
Тема
Системы эффективной очистки газообразных сред от радиотоксичных загрязнений.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
5
Тема
Оценка влияния природных и антропогенных факторов на динамику морских экосистем как основа для разработки методологии экологической безопасности приморских регионов и технологий сохранения биологических ресурсов морей России.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 22 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
0