Нефтяные газы, содержащие сероводород, и pH

Сульфид водорода является продуктом жизнедеятельности бактериального восстановления солей серной кислоты. Некоторые анаэробные микробы достаточно приспособлены, чтобы справляться с достаточно высокими концентрациями этого ядовитого газа. Сопротивляемость аэробных организмов значительно ниже. Почти никто из организмов не может сопротивляться концентрациям более ~5% H₂S. Другие токсичные химические продукты, либо производимые бактериями, либо выщелачивающиеся из нефтеносных недр, могут затормозить микробную акивность.

В нижнем горизонте почвы редко имеются максимальные или минимальные условия из-за буферного свойства недр. Хотя подземные воды тесно связаны с кислотными газами (H₂S и CO₂), которые способны разъесть сталь, условия pH относительно мягче, и им могут сопротивляться многими нефте-биодеградирующими штаммами. Особенно кислотолюбивые могут изменять специальные мембраны и механизмы перемещения ионов, чтобы размножаться в водах с низким pH. Известно, что железоокисляющие архебактерии размножаются в кислотных слоях дренажных вод с pH 0.

 

C. 650

Бактерии обитали в жидких вкраплениях ледяных-VI кристаллов исохраняли жизнеспособность, даже сбрасывая давление после попадаия в атмосферу. Однако, исследования указывают на обратное, они сообразны с геохимическими наблюдениями. Был рассмотрем случий биодеградации нефти в нефтеносных породах на глубине 2500 м. в Атлантическом бассейне.Так же был продемонстрирован пример высокой биодеградации нефти в нефтематочных породах на глубине ~4000 м. в Южном Каспийском бассейне. В обоих случаях биодеградация, похоже, осуществяется под существенным геологическим давлением, хотя температура нефтематочных пород в результате очень низких термальных градиентов была <80^oC.

 

Скорость аэробной и анаэробной биодеградации

К сожалению, скорость протекания биодеградации нефти изучена плохо. Эмпирические наблюдения наземных нефтяных пятен позволяют заключить, что в среде, хотя бы от частиокисной за счёт питательных веществ, биодеградация происходит относительно быстро. Тогда как биодеградацияв глубоких подземных залежах протекает очень медленно. Анаэробные бактерии, вроде тех, что редуцируют сульфаты, могут окислять углеводороды, но вероятно делают это гораздо медленнее аэробных. Нпример, в лабораторных условиях, при наличии эстуаиновых осадочных пород, скорость аэробной биодеградации гидрокарбонов нефти в десеть раз превышает анаэробную. Тем не менее, скорость биодеградации в рамках геологического времени, может не иметь существенного значения.

 

Расчёт частоты и степени биодегродации

Бодеградация оказывает важное значение на качество и ценные свойства нефти. Следовательно, точность расчётов частоты и степени биодегродации до бурения важны для оценки риска. Точная схема позволила бы расчитать процент биодеградации, относительно процента и времени заполнения нефтеносного пласта нефтью определённого состава. У нефтеносных пластов, находящихся в условиях, ограничивающих биодеградацию (например при >80^оС, высокой минерализации вод), риск биодеградации был бы минимален, тогда как полное отсутствие сдерживающих факторов означало бы максимальный риск.

 

Способы деградации аэробных углеводородов

углеводороды не поддаются биодеградации, и потому должны быть активированы, если будут расходоваться. При аэробной биолеградации кислород является одновременно и конечным электронным аксептором и необходимым реагентом для для активации гидрокарбонов, путём превращения их в промежуточные соединения. Насыщенные углеводороды обычно активируются монооксигенезами, нежели кислородными соединениями, и формиуют первичный алкоголь (схема 16.1) Кислородные цепочки в конечных карбона формируют формальдегиды и ациклические оксиды. Последние расщепляются в -окисленными соединениями и формируют ацетил-СоА. Длинные цепочки n-алканов в ряду ~C₁₀-C₂₄ биодеградируют наиболее быстро. Нормальные алканы с более длинными цепочками хуже проникают сквозь клеточные мембраны, а n-алканы <C₁₀ токсичны для многих организмов. C₃-C₆ n-алканы могут окисляться субтерминально, образуя вторичные спирты и затем кетоны.

Сложные разветвления позволяют активировать конечные карбоны окисленными энзимома. Поэтой причине n-алканы и изоалканы чаще всео первыми меняют своё положение, во время биодеградации неочищенной нефти. Эти соединения могт частично конвертироваться и использовоться в качестве биополидов. Однако, чаще всего эти соединения поглощаются в качестве пищи, или же используются для создания новой биомассы из двух или трёх карбонных соединений.

Циклоалканы редко устойчивы к аеробной биодегродации.Активация циклоалканов происходит весьма специфично и ведёт к размыканию кольца и образованию ацикличных оксидов., которые затем могут быть разбиты альфа, бета или гамма окислением. Всё это включает в себя двуступенчатое присоединение кислорода, рядами монокислородных энзимов (схема 16.2). Мульти-кольца циклоалканов выокоустойчивы к биодеградации.

Стр. 651

Присоединение алкила или другой существующей группы к ароматическому кольцу может поспособствовать новым вариантам раскрытия ароматического кольца.

Схема 16.1.

Подписи в левой части схемы сверху вниз:

Конечный

Монооксигенеза

Бета-окисление

Ацетил-CoA

 

Подписи в правой части сверху вниз:

Субтерминальный

Монооксигенеза

+ Ацетат

 

Пояснение к схеме 16.1.

Аэробная биодеградация протекает в нормальных и разветвлённых алканах.

Ацетил-СоА, ацетил коэнзим А; NAD; никотинамид аденин динуклеотид.

 

Схема 16.2

Циклогексан монооксигенеза -> Циклогексан дегидрогенеза ->

-> Циклогексанон монооксигенеза -> бета-Циклогексанон гидролаза

 

Пояснение к схеме 16.2.

Аэробная деградация циклогексана. NAD, никотинамид адени динуклеотид.

 

Организмы способные к аэробной биодеградации

Стр. 652

Схема 16.3

Dioxygenase - Диоксигенеза

Monooxygenase- Монооксигенеза

Catechol - Катехин

o-cleavage – о-распад

m-cleavage – м-распад

Succinate + Acetyl-CoA – Сукцинат + Ацетил-СоА

Acetaldehyde + Pyruvate – уксусный аксим + пируват

Под действием кислорода биодеградация нефти главным образом происходит из-за бактерий и грибков. Среди основных грамоположительных бактерий, биодеградирующих УВ, можно назвать нокардии, палочковидные бактерии, Micobacterium, Corybacterium, Arthobacter и Rhodococcus.

 

Стр. 653

Конкретныенные штаммы биодеградируют конкретные углеводороды лучше других.Большинство обычных монооксигенез алканов способны реагировать на широкое разнообразие катализаторов, но активнее всего реагируют на nC5-C12 алканы. Другие организмы могут подвергать мотоболизу только определённые гидрокарбонные катализаторы. Например, некоторые аэробные эубактерии способны деградировать только m-диметилбензолы или p-митилбензолы, тогда как другие эубактерии – только о-метилбензолы. В естественной среде эффективнее всего деградируют нефть популяции, состоящие из разных бактерий. К примеру, штаммы псевдомонад леко используют метилбензолы, их единственный источник карбонов, тогда как другие штаммы, такие как нокардия, могут биодеградировать метилбензолы только как сопродукты обмена веществ. Микробиотическое разнообразие изменяется по мере того, как углеводородыоказываются выборочно исчерпаны.

Внимание: биодеградация бактериями неочищенной нефти может нуждаться в комплексе усовершенствований клеточной мембраны, чтобы гарантировать вязкость нефти. Было проведено сравнение характеристик двух штаммов псевдомонад аэрогиноза, U₁ и U₃, которые были получены из одной и той же колонии микроорганизмов неочищенной нефти «бонни лайт». Клеткам U₁ нужно больше времени для развития в неочищенной нефти, чем клеткам U₃. В течение всего временного периода структура клеток U₁ постепенно становится неровной. В тоже время U₃, развиваясь в нефти, постоянно имеют неровную структуру. Неровная структура в обоих штаммах выявилаутрату определённого антигена, что привело к укорочению мембраны липосахаридов, вызвало гидрофобность клеточной мембраны и повысило биодеградацию n-алканов.