Способ очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами
METHOD FOR CLEANING ENVIRONMENTAL OBJECTS FROM OIL AND OIL PRODUCTS POLLUTION

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, к экобиотехнологии и экологии, а именно, к способам очистки объектов окружающей среды, в частности, почвы и воды от загрязнения углеводородами нефти и нефтепродуктов при помощи микроорганизмов.
Известен способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду микроорганизмов в виде суспензии в питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия и воду; в качестве микроорганизмов используют консорциум бактериальных штаммов Acenitobacter oleovorum ЦМПМ В-1878 и Acenitobacter oleovorum ВКПМ У-4091 в соотношении 10:1-1:10 по титру клеток, RU 2038333, опубл. 27.06.1995.
Для адаптации практически всех нефтеокисляющих микроорганизмов после внесения их в очищаемую среду требуется значительное время, как минимум, 3-4 месяца. Это обусловлено резким изменением условий их жизнедеятельности, как биотических, так и абиотических. В изменившихся условиях должны адекватно активироваться ферментные системы микроорганизмов, обеспечивающие клетку питанием и энергией. Процесс адаптации микроорганизмов к новым условиям жизнедеятельности существенно увеличивает общее время, необходимое для эффективной очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов.
Эти же недостатки присущи способу очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающему внесение в очищаемую среду микроорганизмов Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ B-6728 и Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ B-6726, или Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ B-6727 при температуре среды 10-50°С и рН=5,5-8,5, RU 2053204, опубл. 1995.
8
12
3
3
Известен также способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду водной суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие микроорганизмы, в котором водную суспензию готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1⋅10-1⋅10 кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем бар вотирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м на 1 м суспензии в течение 1,5-2,5 часов, RU 2108426, опубл. 10.04.1998.
При барботировании происходит активация ферментных систем микроорганизмов как за счет действия кислорода воздуха, так и вследствие механического воздействия. Благодаря активации нефтеокисляющих микроорганизмов значительно (на 1-2 месяца) сокращается период их адаптации при внесении в очищаемую среду.
Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки в условиях высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов и при наличии солей тяжелых металлов.
8
12
3
3
2
Известен способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, который предусматривает введение в загрязненную среду суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие бактерии. Водную суспензию биопрепарата готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1⋅10-1⋅10 кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м на 1 м суспензии в течение 1,5-2,5 ч. В качестве биопрепарата используют консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ky-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении от 3-12 мас. % каждого микроорганизма. Совместно с суспензией биопрепарата в загрязненную среду вводят ризоторфин в количестве 30-120 г/м, RU 2191643, опубл. 21.10.2002.
Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.
Недостатком данного способа также является недостаточная эффективность при наличии в очищаемых объектах высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов и при наличии солей тяжелых металлов.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания более эффективного способа очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами при наличии в них высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов и при наличии солей тяжелых металлов.
Техническим результатом является повышение эффективности способа очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами при наличии в них высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов и при наличии солей тяжелых металлов.
8
11
3
3
2
2
Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающем введение в загрязненную среду суспензии биопрепарата, содержащего стерильный торф с минеральными добавками при соотношении культуральной жидкости и торфа 1:(5-6), нефтеокисляющие микроорганизмы Pseudomonas putida ПИ Ко-1 и Micrococcus sp. ПИ Ку-1, при этом водную суспензию биопрепарата готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1⋅10-1⋅10 клеток/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м на 1 м суспензии в течение 1,5-2,5 ч, предлагается в качестве минеральной добавки применять минеральные удобрения Акварин-11 в количестве 5 г на 1 кг торфяной препаративной формы, в биопрепарат дополнительно вводить нефтеокисляющие микроорганизмы Rhodococcus erythropolis VS-0252 при весовом соотношении от 4-12 мас. % каждого микроорганизма и биопрепарат Стернифаг, который вводится в суспензию биопрепарата после барботирования из расчета 0,05-1,0 г/л суспензии и перемешивается до получения гомогенной суспензии, после этого полученную гомогенную суспензию биопрепарата предлагается вводить в загрязненную среду в количестве 1-2 л/м, если загрязненной средой является почва, и в количестве 100-200 мл/м если загрязненной средой является вода.
2
Дополнительным отличием предлагаемого способа является то, что совместно с гомогенной суспензией биопрепарата в загрязненную среду, если загрязненной средой является почва, предлагается вводить минеральные удобрения Акварин-11 в виде суспензии с концентрацией 1 г/л путем пролива ее в почву при норме расхода 1 л на 1 м загрязненной почвы.
8
11
8
11
Увеличение концентрации клеток (больше 10,0 г/л с титром 1⋅10-1⋅10 клеток/мл) не приведет к значительному увеличению скорости деструкции загрязнителя, однако неоправданно увеличит стоимость работ по очистке, так как увеличение скорости биодеструкции будет незначительным по сравнению с увеличением стоимости препарата. При концентрации клеток микроорганизмов меньше (0,5 г/л с титром 1⋅10-1⋅10 клеток/мл) в биопрепарате, технический результат не достигается вследствие снижения требуемой скорости биодеструкции загрязнителя.
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения заявленный способ приобретает важное новое свойство, которое состоит в получении более эффективного способа с высокой активностью при очистке объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами при высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов и при наличии солей тяжелых металлов.
Заявителю не известны какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о техническом решении, адекватном заявленным отличиям и предусматривающем достижение описанных выше новых свойств (технического результата). Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".
Предложенный способ осуществляют следующим образом. Параметры способа и данные о его эффективности приведены в таблицах 1 и 2.
Применяют биопрепарат, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов Pseudomonas putida ПИ Ko-1, Micrococcus sp. ПИ Ky-1, Rhodococcus erythropolis VS-0252 при весовом соотношении по 4-12 мас. % каждого микроорганизма.
Штаммы Pseudomonas putida ПИ Ko-1, Micrococcus sp. ПИ Ky-1 Rhodococcus erythropolis VS-0252 зарегистрированы в коллекции Всероссийского института защиты растений КМЗР ВИЗР-760.
Наполнителем биопрепарата служит стерильный торф. В качестве минеральной добавки используют минеральные удобрения Акварин-11 в количестве 5 г на 1 кг торфяной препаративной формы.
Водорастворимое комплексное минеральное удобрение Акварин-11 (18% Азот, N, 18% Фосфор, Р, 18% Калий, К, микроэлементы) - полностью водорастворимое, без балластное, содержащее комплекс микроэлементов в форме хелатов. Акварин-11 рекомендуется для применения на любых видах субстратов и системах полива. Акварин-11 может применяться для корректирующих некорневых подкормок, в качестве антистрессанта при пестицидных обработках и неблагоприятных погодных условиях.
o
Штамм Pseudomonas putida ПИ K-1 - мелкие короткие прямые подвижные одиночные палочки, имеют полярные жгутики, размеры: (0,2-0,3)×(0,5-0,8) мкм; грам (-); аэроб. Колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слегка приподнятые в центре, желтоватые, полупрозрачные, диаметром 4-6 мм. Штамм усваивает аммонийный и нитратный азот, каталазоположителен, образует флюоресцирующие пигменты, аргениндигидролазу, не разжижает желатину, не гидролизует крахмал, оксидазная реакция положительна. Использует в качестве источников роста глюкозу, 2-кетоглюконат, L-валин, β-аланин, DL-аргинин, углеводороды.
Штамм Micrococcus sp. ПИ Ky-1 - кокки, сферические неподвижные клетки, диаметром 0,6-1,0 мкм; образуют неправильные группы или встречаются поодиночке. Колонии штамма круглые с ровным краем, теплого цвета, непрозрачные, гладкие, блестящие, диаметром 2-5 мм. Штамм усваивает аммонийный и нитратный азот, каталазоположителен, образует желтый пигмент, не гидролизует крахмал, не образует индол, образует гидролазы. Использует в качестве источников роста глюкозу, L-валин, β-аланин, углеводороды.
Штамм Rhodococcus erythropolis VS-0252 - изогнутые или прямые неподвижные палочки, иногда образуют нити с элементарным ветвлением, часто распадаются на кокковые формы. Штамм грамположительный, аэробный, неспоро образующий. На агаризованных средах образует шероховатые бежевые колонии с неровным краем. Оксидазный тест отрицательный, каталазный тест положительный, частично кислотоустойчивый. Штамм расщепляет треонин-7-АМК, глюкозиды, β-аланин, пироглутамат. В процессе роста способен использовать в качестве единственного источника углерода мальтозу, андостерон, бензойную кислоту, бутан-2,3диол, пимелинововую, цитраконовую и D-миндальную кислоты, углеводороды (декан, гексадекан, дизельное топливо, нефть, нафтеновые и полиароматические углеводороды). Отношение к рН: 5,5-9,0. Отношение к NaCl: 3-5%. Отношение к температуре: +4-30°С. Оптимальная температура культивирования: 28°С. Синтезирует природные биосурфактанты группы гликолипидов (тригазолипиды) в ответ на присутствие н-алканов в среде, способствующие снижению вязкости.
Стернифаг - биологический фунгицид, разработанный на основе полезного штамма Trichoderma harzianum ВКМ F-4099D, выделенного в Ленинградской области из почвы, предназначенный для использования в качестве лечебного и профилактического средства для защиты растений за счет продуцирования широкого спектра биологически активных соединений (глиотоксин, виридин, соцукаллин, аламецин и др.), гидролитических ферментов, а также способности к метаболизму углеводородов. Препаративная форма - смачивающийся порошок, производитель - ООО "АгроБиоТехнология", Россия. Действующее вещество - штамм Trichoderma harzianum ВКМ F-4099D https://www.pesticidy.ru/pesticide/sternifag
3
8
11
3
3
В емкости из нержавеющей стали вместимостью 2,0 м, содержащей воду с минеральными добавками, разводят биопрепарат в концентрации 0,5-10 г/л, при этом получают суспензию с титром 1⋅10-1⋅10 клеток/мл. Затем осуществляют барботирование полученной суспензии путем подачи воздуха от компрессора под давлением 2 атм в течение 1,5-2,5 часа. Расход воздуха составляет 3-5 м на 1 м суспензии биопрепарата. При этом поддерживают температуру суспензии 18-22°С.
После завершения процесса барботирования в емкость вносят биопрепарат Стернифаг из расчета 0,05-1,0 г/л суспензии и перемешивают для получения гомогенной суспензии. Полученный таким образом препарат вносят в загрязненную среду, содержащую нефтепродукты, включающие значительное количество поликонденсированных ароматических углеводородов и солей тяжелых металлов. Об эффективности способа судят по убыли нефти через 90 дней.
Пример 1. Параметры способа и данные о его эффективности приведены в таблице 1.
2
2
Полученный препарат вносили в почву на глубину до 20 см, содержащую нефтепродукты в количестве 12 г/кг грунта, включающие значительное количество поликонденсированных ароматических углеводородов. Сумма ароматических соединений составляла 17,9 мас. %, в том числе производных пирена с изомерами - 0,6 мас. %. Содержание растворимых солей свинца составляло 340 мкг/кг (ПДК=6,0 мкг/кг), меди - 240 мкг/кг (ПДК=3,0 мкг/кг). Дополнительно вносили соответствующее количество минеральных удобрений (источников азота, фосфора и калия), путем пролива водной суспензии при норме расхода 1 л на 1 м загрязненной почвы, общей площадью 200 м с рН 7,8. В течение эксперимента дневная температура была 12-24°С.
Проводили 9 экспериментов с параметрами, указанными в графах 1-6 таблицы 1, при этом:
- эксперимент 1 соответствует максимальным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперименты 2-5 соответствуют промежуточным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперимент 6 соответствует минимальным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперимент 7 соответствует значениям концентрации биопрепарата и Стернифага, меньше заявленной в формуле изобретения,
- эксперимент 8 соответствует значениям концентрации биопрепарата и Стернифага превышающей заявленную в формуле изобретения,
- эксперимент 9 соответствует значениям концентрации биопрепарата, не содержащего штамм Rhodococcus erythropolis VS-0252 и биопрепарат Стернифаг.
Через 90 дней суммарная концентрация нефтепродуктов при максимальных значениях концентрации биопрепарата и Стернифага уменьшилась на 98%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 90%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,8 мас. %. Суммарная концентрация нефтепродуктов при минимальных значениях концентрации биопрепарата и Стернифага уменьшилась на 82%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 75%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,3 мас. %. Суммарная концентрация нефтепродуктов при значениях концентрации биопрепарата и Стернифага, меньше заявленной в формуле изобретения, уменьшилась на 65%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 50%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,1 мас. %, что говорит о недостаточной эффективности способа очистки. Суммарная концентрация нефтепродуктов при значениях концентрации биопрепарата и Стернифага, превышающей заявленную в формуле изобретения, уменьшилась на 99%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 92%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,85 мас. %, не привела к значительному увеличению скорости деструкции загрязнителя, однако неоправданно увеличивает стоимость работ по очистке, так как увеличение скорости биодеструкции будет незначительным по сравнению с увеличением стоимости препарата.
Предложенный способ позволяет значительно сократить общее время, необходимое для очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами за счет уменьшения времени адаптации нефтеокисляющих микроорганизмов после внесения их в очищаемую среду.
Пример 2. Параметры способа и данные о его эффективности приведены в таблице 2.
Эксперименты проводили по следующей технологии. Колбы Эрленмейера объемом 750 мл заполняли 100 мл воды с различным рН (в пределах от 4,5 до 8,2) и содержанием нефтепродуктов в количестве 12 г/л, включающим значительное количество поликонденсированных ароматических углеводородов. Сумма ароматических соединений составляла 17,9 мас. %, в том числе производных пирена с изомерами - 0,6 мас. %. Содержание растворимых солей свинца составляло 340 мкг/л (ПДК=6,0 мкг/л), меди - 240 мкг/л (ПДК=3,0 мкг/л). Количество внесенного препарата - 1 г на 1 л воды. Сосуды выдерживали в термостатах в диапазоне температур от 3°С до 40°С в течение 90 суток. Суммарное массовое содержание остаточных нефтепродуктов в колбах определяли ИК-спектрофотометрическим методом на концентратомере АН-2 в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000.
Проводили 9 экспериментов с параметрами, указанными в графах 1-6 таблицы 2, при этом:
- эксперимент 1 соответствует максимальным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперименты 2-5 соответствуют промежуточным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперимент 6 соответствует минимальным значениям концентрации биопрепарата и Стернифага,
- эксперимент 7 соответствует значениям концентрации биопрепарата и Стернифага, меньше заявленной в формуле изобретения,
- эксперимент 8 соответствует значениям концентрации биопрепарата и Стернифага, превышающей заявленную в формуле изобретения,
- эксперимент 9 соответствует значениям концентрации биопрепарата, не содержащего штамм Rhodococcus erythropolis VS-0252 и биопрепарат Стернифаг.
Через 90 дней суммарная концентрация нефтепродуктов при максимальных значениях концентрации биопрепарата и Стернифага уменьшилась на 98%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 90%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,8 мас. %. Суммарная концентрация нефтепродуктов при минимальных значениях концентрации биопрепарата и Стернифага уменьшилась на 82%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 75%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,3 мас. %. Суммарная концентрация нефтепродуктов при значениях концентрации биопрепарата и Стернифага, меньше заявленной в формуле изобретения, уменьшилась на 65%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 50%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,1 мас. %, что говорит о недостаточной эффективности способа очистки. Суммарная концентрация нефтепродуктов при значениях концентрации биопрепарата и Стернифага, превышающей заявленную в формуле изобретения, уменьшилась на 99%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 92%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,85 мас. %, не привела к значительному увеличению скорости деструкции загрязнителя, однако неоправданно увеличивает стоимость работ по очистке, так как увеличение скорости биодеструкции будет незначительным по сравнению с увеличением стоимости препарата.
Предложенный способ позволяет значительно сократить общее время, необходимое для очистки воды в широком диапазоне рН и температуры среды (рН 4,5-8,2, Т=3-40°С) от загрязнений нефтью и нефтепродуктами за счет уменьшения времени адаптации нефтеокисляющих микроорганизмов после внесения их в очищаемую среду.
Для реализации способа использовано обычное оборудование, известные штаммы микроорганизмов и биопрепарат Стернифаг, которые производятся промышленным путем.