Оценка почвогрунта с целью бактериологической идентификации бактерий цикла серы в районе прокладки нефтепровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка почвогрунта с целью бактериологической идентификации бактерий цикла серы в районе прокладки нефтепровода

М.Г. Чеснокова, В.В. Шалай, Ю.А. Краус

Аннотация

УДК 579.6.622:276

Оценка почвогрунта с целью бактериологической идентификации бактерий цикла серы в районе прокладки нефтепровода

М.Г. Чеснокова, В.В. Шалай¹, Ю.А. Краус¹,

¹ФГБОУ ВО Омский Государственный Технический Университет, г. Oмск, Россия.

Проведена оценка микробиологических показателей почвогрунта в районе прокладки нефтепровода на основании бактериологической идентификации бактерий цикла серы. Микробиологические исследования почвы выявили тионовые бактерий в различной концентрации. Определена количественная зависимость содержания тионовых бактерий почвы от показателя критерия биокоррозионной активности грунта. При проведении множественного регрессионного анализа в системе переменных "факторы биокоррозионной активности почвогрунта" установлены информативные данные моделирования показателя содержания тионовых бактерий в почве.

Ключевые слова: почвогрунт, нефтепровод, микробиологический анализ, сульфатредуцирующие бактерии, тионовые бактерии.

Введение

Основным фактором развития биокоррозии является функционирование в окружающей среде и на поверхности металлов микроорганизмов, что способствует снижению долговечности, сокращению срока эксплуатации сооружений и конструкций [1; 2]. Бактерии цикла серы (тионовые и сульфатредуцирующие бактерии) ускоряют подземную коррозию трубопроводов [3,4]. Выход из строя нефте- и газопроводов обусловлен деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий, повышающих агрессивность грунта в результате продуцирования H₂S, и тионовых бактерий, понижающих рН почвы и грунта (для некоторых видов до 0,5) за счёт вырабатывания H₂SO₄.

Формируются бактериальные популяции, составляющие биоплёнки, которые являются оптимальной формой существования микроорганизмов в природе с благоприятными условиями для роста и развития. Биоплёнка является местом локализации биоэлектрохимических процессов, происходящих на поверхности металла, формируется анодная зона. [5; 6]. Рядом исследований установлено, что частота появления повреждений защитных покрытий трубопроводов может коррелировать с величиной потенциальной микробной коррозионной активности грунтов [7, 8]. Сероокисляющие тионовые бактерии играют важную роль в возникновении коррозии подземных металлических трубопроводов за счёт образования продуктов метаболизма неорганических кислот. К наиболее потенциально коррозионно агрессивным микроорганизмам рода Thiobacillus относят виды Thiobacillus thioparus, Thiobacillus oxidans, Thiobacillus ferrooxidans [9]. Бактерии рода Thiobacillus подразделяются по признакам морфологии, потребности в условиях среды, облигатной или факультативной автотрофии. Проявляют активность при различных значениях рН: T. thioparus при рН 3,5-9,8, T. thiooxidans (0,6-4), T. ferrooxidans (1,7-3,5). Бактерии рода Thiobacillus способны создавать высокие концентрации свободной серной кислоты (10-12 % в растворе). Сульфатвосстанавливающие бактерии принадлежат к роду Desulfotomaculum. Важную роль в развитии коррозии металла играют Desulfotomaculum orientis и Desulfotomaculum nigrificans. [10]. При интенсивной коррозии возможно чередование аэробных и анаэробных условий. В зависимости от распространения процесс коррозии металла трубы может быть локальным (образование мощной биоплёнки на поверхности трубы) и распространённым [11].

Цель исследования: провести микробиологический анализ почвогрунта в районе прокладки нефтепровода с целью бактериологической идентификации бактерий цикла серы - сульфатредуцирующих и тионовых бактерий.

Материалы и методы

Для микробиологических исследований пробы грунта в районе прокладки нефтепровода в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре в количестве 25±5 г отбирали стерильным шпателем в стерильные бумажные пакеты, которые помещали в полиэтиленовые пакеты для сохранения естественной влажности грунта. Для количественного определения сульфатредуцирующих бактерий использовали среду Постгейта. Для определения количественного содержания автотрофных тионовых бактерий использовали питательную среду Бейеринка, устанавливали количество бактерий в 1 см³ исходной почвенной суспензии.

Оценка микробиологических показателей почвогрунта проводилась при определении количества тионовых и сульфатредуцирующих бактерий КОЕ/г. (колониеобразующих единиц) в 1 грамме почвогрунта. Биометрический анализ осуществляли с использованием пакетов STATISTICA-6, БИОСТАТИСТИКА, возможностей программы Microsoft Excel. Во всех процедурах статистического анализа критический уровень значимости p принимался равным 0,05. При этом значения р могли ранжироваться по 3 уровням достигнутых статистически значимых различий: р<0,05; р<0,01; р<0,001.

Проверка нормальности распределения производилась с использованием критерия Шапиро-Уилки, проверка гипотез о равенстве генеральных дисперсий - с помощью F-критерия Фишера. Средние выборочные значения количественных признаков приведены в тексте в виде M±SE, где M - среднее выборочное, SE - стандартная ошибка среднего.

Результаты исследований

Проведение микробиологических исследований почвы с целью бактериологической идентификации сульфатредуцирующих и тионовых бактерий показало отсутствие сульфатредуцирующих бактерий и выявление тионовых бактерий в различной концентрации. Содержание тионовых бактерий (M±m) в образцах почвогрунта составило log 3,54±0,11 КОЕ/г.

Графический анализ позволил провести построение диаграммы рассеяния, по которой определяли форму регрессионной модели, что позволило сформулировать гипотезу о форме связи. Найдены параметры уравнения парной линейной регрессии, определена статистическая значимость коэффициента регрессии р=0,000, рассчитаны границы доверительного интервала для параметра. Проведённый множественный регрессионный анализ в системе переменных "факторы биокоррозионной активности почвогрунта", позволил выделить информативные данные моделирования показателя содержание тионовых бактерий в почве.

Установлена сильная зависимость (R=0,97), данная модель рассматривает формирование концентрации тионовых бактерий в почве, вклад описанной модели в развитие этого процесса составляет 95 % (р=0,000).

Обсуждение результатов

Полученные результаты проведенных микробиологических исследований пробы грунта в районе прокладки нефтепровода в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре показали наличие тионовых бактерий во всех пробах и отсутствие сульфатредуцирующих бактерий. Это можно объяснить более благоприятными условиями для роста и существования тионовых бактерий в данном регионе. Множественный регрессионный анализ в системе переменных "факторы биокоррозионной активности почвогрунта", позволил выделить информативные данные моделирования показателя содержание тионовых бактерий в почве.

микробиологический почвогрунт биокоррозия нефтегазовый

Выводы и заключение

1. Микробиологические исследования почвогрунта в районе прокладки нефтепровода с целью бактериологической идентификации сульфатредуцирующих и тионовых бактерий показали выявление тионовых бактерий в различной концентрации.

2. При проведении множественного регрессионного анализа в системе переменных "факторы биокоррозионной активности почвогрунта", установлены информативные данные моделирования показателя содержание тионовых бактерий в почве.

Таким образом можно заключить, что сероокисляющие тионовые бактерии играют важную роль в развитии коррозии подземных металлических трубопроводов и использовать полученные выводы при обосновании основных профилактических направлений. При определении анализа микробиологических показателей почвогрунта и выявлении значительного содержания тионовых бактерий рекомендуется проведение регулярного контроля за состоянием поверхности трубопровода. Реализация способов защиты от биокоррозии осуществляется при проектировании, при строительстве сооружений в процессе выбора материала, в процессе эксплуатации при введении ингибиторов в коррозионную среду для подавления роста агрессивной микробиоты [13]. Для борьбы с почвенной коррозией трубопроводов следует осуществлять анализ условий протекания коррозионных процессов в грунте с учётом функционирования микробных ассоциантов - сульфатредуцирующих и тионовых бактерий в очагах коррозии.

Список литературы

1. Харисов Р.А., Хабирова Ф.Р., Мустафин Ф.М. Основные причины возникновения дефектов изоляционных покрытий. Нефтегазовое дело. 2005. №4. С. 10-18.

2. Videla H.A. Prevention and control of biocorrosion //International Biodeterioration Biodegradation. 2002. 49. P. 259-270.

3. Kato S., Yumoto I., Kamagata Y. Isolation of Acetogenic Bacteria That Induce Biocorrosion by Utilizing Metallic Iron as the Sole Electron Donor // Applied and Environmental Microbiology. 2015. V.81. №1. Р. 67-73.

4. Чеснокова М.Г., Шалай В.В., Краус Ю.А., Миронов А.Ю. Биокоррозионная активность почвогрунта на трассах нефтепровода Краснодарского края //Нефтяное хозяйство 2016. №9. С. 102-105.

5. Чеснокова М.Г., Шалай В.В., Краус Ю.А., Миронов А.Ю., Блинова Е.Г. Информативность показателя биокоррозионной активности для выявления характера агрессивности грунта //Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. №6. С. 513-517.

6. Chesnokova M.G._, Shalaj V.V._, Kraus Y.A. et al. Analysis of corrosion defects on oil pipeline surface using scanning electron microscopy and soil thionic and sulfate-reducing bacteria quantification // Procedia Engineering. 2016. 152. Р. 247-250.

7. Зайцева О.В., Клёнова Н.А. Микробиологическая коррозия нефтегазовых трубопроводов и легирование стали для борьбы с ней // Нефтяное хозяйство. 2008. №4. C. 92-95.

8. Little B.J., Lee J.S., Ray R.I. Diagnosing microbiologically influenced corrosion. A State-of-the-Art Review. Corrosion. 2006. 62. Р. 1006-1017.

9. Liang R., Grizzle R.S., Duncan K.E. Roles of thermophilic thiosulfate-reducing bacteria and methanogenic archaea in the biocorrosion of oil pipelines. // Microbial Physioogy and Metabolism. 2014. V5. P. 325-328.

10. Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Пер. с англ. Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. М.: Мир. 1997, 495 c.

11. Walsh W. Daniel. The implications of thermomechanical processing for microbiologically influenced corrosion. // Corrosion. 1999. Paper: 188.

Размещено на Allbest.ru