Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка комплекса биотехнологий и систем восстановления нарушенных и загрязненных углеводородами природных биоценозов в условиях холодного климата

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0386
Организация
ПГНИУ
Руководитель работ
Ившина Ирина Борисовна

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Куюкина Мария Станиславовна

Этапы проекта

1
30.09.2009 - 15.11.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА промежуточном ЭТАПЕ № 1
Разработка технологии биоремедиации нарушенных и загрязненных углеводородами природных экосистем
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 30 сентября 2009 г. № 02.740.11.0386.

Шифр: «2009-1.1-000-078-058»
Период выполнения этапа 1 октября – 15 ноября 2009 г.
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный университет" (ПГУ), г. Пермь
Цель работы Разработка научно-обоснованного системного подхода к биоремедиации нарушенных и загрязненных углеводородами природных экосистем в холодных климатических условиях и подготовка высоко-квалифицированных специалистов, формирование и развитие научно-исследовательского коллектива, специализирующегося в области биологической обработки техногенных образований и отходов.

1. Наименование разрабатываемой продукции
Научные основы и методики биоремедиации загрязненных почвы и воды, основанные на применении биогенных сурфактантов и иммобилизованных клеток углеводородокисляющих бактерий. Методики получения бактериальных препаратов и биосурфактантов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 1 этапе, в том числе: данные микробиологического анализа нефтезагрязненных почв Среднего Урала, свидетельствующие, что в углеводородокисляющих бактериоценозах, формирующихся в сильнозягрязненных (свыше 10 вес.%) нефтью почвах, доминируют актинобактерии, в частности представители Rhodococcus и Gordonia. Выявлены фенотипические и генотипические механизмы адаптации доминирующих актинобактерий, обусловленные углеводородным воздействием на исследуемые экосистемы. Выделенные штаммы - активные деструкторы нефтяных углеводородов депонированы в Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов ИЭГМ (www.iegm.ru/iegmcol), а информация о них включена в базу данных Коллекции. Подобраны эффективные бактериальные ассоциации, адаптированные к конкретным экологическим условиям, включающие непатогенные культуры R. erythropolis, R. opacus и R. ruber – биодеструкторов нефти, активных при низких (до – 5оС) температурах, устойчивых к высоким содержаниям солей тяжелых металлов (Cd, Zn, Ni, Cu, Mo, Pb, Cr, V), повышенной кислотности (рН 2,0-6,0) и засоленности (2-10 % NaCl) среды. Разработаны методики получения бактериальных препаратов на основе подобранных ассоциаций актинобактерий (1 методика) и биосурфактантов (1 методика). Положительно оценена возможность применения иммобилизованных родококков и Rhodococcus-биосурфактанта для очистки нефтезагрязненной почвы и воды. Применительно к конкретным эколого-климатическим условиям выработаны приемы биоремедиации, включающие построение аэрируемых почвенных площадок, внесение иммобилизованных клеток бактерий-нефтедеструкторов и биосурфактанта. Полученные результаты лабораторных исследований свидетельствуют об эффективности разработанных методов биоремедиации, обеспечивающих 70-75%-ое снижение уровня нефтяного загрязнения и 80-90%-ое уменьшение фитотоксичности загрязненного почвогрунта.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
В предлагаемой биотехнологии очистки нефтезагрязненных экосистем предусматривается использование иммобилизованных на доступном органическом носителе (гидрофобизованном опиле) клеток непатогенных актинобактерий рода Rhodococcus и синтезируемых ими экологически безопасных поверхностно-активных веществ (биосурфактантов), существенно отличающихся от тотально применяемых синтетических ПАВ нетоксичностью, биодеградабельностью и высокой функциональной активностью. Методики получения биопрепаратов на основе живых клеток родококков, иммобилизованных на органических носителях, и биосурфактанта - оригинальны. Разработанная технологическая схема, включающая построение аэрируемых почвенных площадок, внесение иммобилизованного биопрепарата и биосурфактанта, - инновационна. Основные преимущества разработанной биотехнологии: эффективность при использовании в регионах холодного климата; относительная простота технологического решения; экологическая безопасность используемых биопрепаратов; возможность широкого тиражирования. Полученные результаты опубликованы в международных журналах с высоким импакт-фактором (J. Microbiol. Methods; Int. Biodeterioration & Biodegradation; Proc. IASTED Int. Conference on Environmental Management and Engineering).
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Исследование таксономической структуры и функционального состояния углеводородокисляющего бактериоценоза нефтезагрязненных экосистем выполнено на основе современного полифазного подхода, предусматривающего интегрированное использование молекулярно-биологических, химических и нумерических методов анализа. Разработка бактериальных ассоциаций и методов биоремедиации нефтезагрязненных экосистем велась в лабораторных почвенных микрокосмах и биореакторе.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе. На отчетном этапе объекты интеллектуальной собственности не созданы.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов.
Полученные на первом этапе выполнения НИР результаты могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание технологии биоремедиации нефтезагрязненных территорий, предусматривающих практическое внедрение научных результатов в социально-значимых технологиях. Область применения полученных результатов – фундаментальная и прикладная микробиология, экологическая биотехнология, вузовское и послевузовское образование. Возможное биотехнологическое применение заключается в создании экологически безопасной технологии очистки почв и вод, загрязненных углеводородами. Данная биотехнология позволит решить актуальную задачу сохранения и восстановления природных экосистем, нарушенных и загрязненных в результате хозяйственной деятельности человека. В частности, созданная биотехнология может быть использована для восстановления загрязненных нефтью и продуктами ее переработки ландшафтов, ликвидации нефтешламоотстойников и подфакельных площадок в районах нефтепромыслов, уничтожения последствий аварийных нефтяных разливов, очистки загрязненных участков на территории нефтехранилищ и нефтеперерабатывающих предприятий в регионах умеренного и холодного климата. Потенциальными потребителями научно-технического результата проекта являются российские и зарубежные экобиотехнологические компании, осуществляющие производство биопрепаратов и очистку загрязненных земель и водоемов биологическими способами.
Разработанные конкретные приемы биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов обогатят методологическую базу экологической биотехнологии. Разработанные методы анализа бактериоценозов нефтезагрязненных экосистем на основе современного полифазного подхода могут быть использованы в учебном процессе высших образовательных учреждений биологического и экологического профиля.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Полученные результаты исследований отражены в 14 научных публикациях, 2 докторских и 3 кандидатских диссертациях, 3 курсовых, 5 дипломных проектах и 2 магистерских диссертациях студентов и магистров Пермского государственного университета и Пермского государственного технического университета. На основе полученных результатов обновлены лекционные курсы «Нефтяная микробиология», «Техногенные системы и экологический риск», «Систематика прокариотных организмов» и программа Большого практикума по микробиологии для студентов ПГУ,
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Участие студентов и аспирантов в выполнении проекта обеспечивает приобретение ими опыта участия в научных проектах, навыков экспериментальной работы, а также критической оценки и интерпретации научных результатов, что служит гарантом повышения их профессиональной квалификации и совершенствования кадрового состава НОЦ «Биологические системы: структура, функционирование, технологии». В ходе выполнения отчетного этапа НИР достигнуты все заданные индикаторы и показатели.
4. Выводы. Запланированные на 2009 г. исследования по проекту выполнены в полном объеме. Проведено детальное исследование структуры углеводород¬окисляющих бактериоценозов загрязненных экосистем Среднего Урала. Выделено и охарактеризовано 49 культур алканотрофных бактерий, изучены механизмы их адаптации к нефтезагрязнению. Разработаны бактериальные ассоциации нефтедеструкторов и методы биоремедиации в зависимости от экологических условий и характера загрязнения.
Руководитель работ по проекту
Профессор кафедры микробиологии
и иммунологии ПГУ, чл.-корр. РАН _________________ И.Б. Ившина

Ректор ПГУ _________________В.В. Маланин
___ __________ 20__ г.
М.П.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
2.1. Оценка эффективности разработанных методов биоремедитации в лабораторных условиях.
2.2. Мониторинг формирования и оценка состояния вторичного бактериоценоза очищенных экосистем в лабораторных микрокосмах.
2.3. Математическое моделирование и расчёт основных параметров процесса биоремедитации.
2.4. Оптимизация процесса биодеструкции углеводородного загрязнения с использованием бактериальных сурфактантов и иммобилизованных клеток углеводородокисляющих бактерий.
2.5. Доработка технологии биоремедитации нефтезагрязненной воды и почвы.
2.6. Проведение патентных исследований.
2.7. Анализ структурно-группового состава углеводородного загрязнения; анализ содержания тяжёлых металлов в загрязнённой воде и почве.
Развернуть
3
01.07.2010 - 15.11.2010
3.1. Разработка методов оценки экологического риска от техногенного воздействия на природные экосистемы.
3.2. Определение степени нарушенности экосистем по результатам биотестирования.
3.3. Оценка эколого-экономического ущерба от техногенного загрязнения природных экосистем.
3.4. Разработка программного комплекса оценки экологического риска.
3.5. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
3.6. Апробация в полевых условиях разработанной технологии биоремедитации нарушенных и загрязнённых углеводородами экосистем.
3.7. Испытание разработанной технологии биоремедитации нарушенных и загрязнённых углеводородами экосистем.
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.04.2011
4.1. Обоснование стратегии реабилитации нарушенных и загрязнённых углеводородами экосистем с применением разработанного программного комплекса оценки риска.
4.2. Разработка направлений мониторинга состояния природных биогеоценозов.
4.3. Разработка рекомендаций по использованию созданной технологии биоремедитации в холодных климатических условиях.
4.4. Разработка англоязычной версии программного комплекса оценки экологического риска.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2012 - 2013, 13 мес.
Бюджетные средства
0,88 млн
Организация
ФГБОУ ВО "СИБГИУ"
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
4,5 млн
Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"
профинансировано
Тема
Разработка технологий оценки состояния, сохранения, восстановления и рационального использования нарушенных и деградированных земель и ландшафтов, с выходом на технологии, адаптированных к экономическим законам рынка.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка методов стимуляции и восстановления нарушений нейрогенеза во взрослом мозге
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
33,8 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание научной базы для устойчивого развития топливно-энергетического комплекса северных регионов России в условиях изменения природной среды и климата.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 18 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка способов глубокой очистки природных и сточных вод, содержащих канцерогенные и биорезистентные загрязнения, и биогазов полигонов твердых коммунальных отходов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
10
Тема
Создание технологий синтеза высокоемких катионитов и анионитов для очистки воды от техногенных и природных загрязнений
Продолжительность работ
2015 - 2016, 16 мес.
Бюджетные средства
26 млн
Количество заявок
1