БАКТЕРИАЛЬНЫЙ БИОПРЕПАРАТ
BACTERIAL BIOPREPARATION

Изобретение относится к препаратам для биологической обработки и восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, с помощью микроорганизмов.
Известен бактериальный биопрепарат для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, содержащий зафиксированную на пористом носителе биомассу углеводородокисляющих бактерий Rhodococcus и Pseudomonas (см. патент RU 2104249, кл. C02F 3/34, опубл. 10.02.1998). Недостатком известного препарата является невозможность его использования для очистки открытых водоемов.
Задачей изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении эффективности восстановления открытых водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что бактериальный биопрепарат для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, содержит зафиксированную на пористом носителе биомассу углеводородокисляющих бактерий Rhodococcus и Pseudomonas, причем носитель закреплен на нетканом материале вместе с пробковым плавучим компонентом с помощью бактериального экзополисахарида, причем в качестве носителя, являющегося одновременно источником питательных элементов, использована рыбная мука, на которой с помощью бактериального полисахарида зафиксирована культура бактерий Rhodococcus и Pseudomonas в соотношении 1:4 по титру клеток. Нетканый материал предпочтительно выполнен льняным или хлопковым и расположен между слоями покрывного материала-сорбента.
На чертеже изображена схема компоновки предлагаемого биопрепарата.
Конструктивно предлагаемый бактериальный биопрепарат состоит из активного слоя 1 (культуры бактерий на носителе-подкормке в виде рыбной муки и пробкового плавучего компонента), льняного носителя-сорбента 2 и хлопкового покровного материала-сорбента 3.
Для выбора штаммов применяется метод сукцессии, т.е. определение доминирующих углеводородокисляющих (УВО) бактерий на каждом этапе деградации нефти. Проведенные исследования показали, что штаммы первой (консументы I порядка - Rhodococcus) и второй (консументы II порядка - Pseudomonas) ступеней окисления углеводородов инициируют дальнейшее развитие УВО сообщества. В табл.1 представлены результаты деструкции алканов УВО бактериями консументами (I и II порядка). Способность выбранных микроороганизмов к окислению углеводородов при различной солености анализировалась методом газовой хроматографии как в речной, так и в морской воде. Из табл.1 следует, что окисление алканов проходит как в пресной, так и в соленой воде. Для некоторых групп углеводородов (С10, С14 и С15) деструкция прошла наиболее полно в морской воде, а значит, соленость воды не только не снижает скорость биодеструкции, а по некоторым показателям даже усиливает.
12
12
Оптимальное соотношение клеток было установлено для наиболее полного окисления нефти в заданный период времени. Для этого предварительно были получены накопительные культуры Pseudomonas sp. и Rhodococcus sp. Титр клеток составил 11·10 КОЕ/мл и 4,3·10 КОЕ/мл соответственно. Дальнейшую деструкцию углеводородов проводили, внося бактерии в различных соотношениях. На 4-е сутки определяли процент деструкции нефти. Полученные данные показали, что наиболее эффективная деструкция нефти (72,5%) наблюдается при внесении бактерий Rhodococcus sp. и Pseudomonas sp. в соотношении 1:4 (80% и 20%) соответственно. Таким образом, бактериальным началом препарата были выбраны Rhodococcus sp. и Pseudomonas sp. в соотношении 1:4.
Для экспресс-доочистки разливов нефти любого масштаба в открытых водоемах и прибрежной зоне культуру бактерий с помощью бактериального полисахарида фиксируют на плавучем носителе, прикрепленном с помощью бактериального экзополисахарида к льняному нетканому материалу. При этом обеспечивается сорбция нефти на льняном материале и ее окислительная биодеструкция активным компонентом биопрепарата (УВО бактериями), а также эмиссия активных УВО бактерий из биопрепарата в акваторию. За счет способностей выбранных штаммов к синтезу бактериального матрикса стимулируется не только окисление нефти, но и развитие аборигенного УВО сообщества. Льняной материал 2, а также хлопковый слой 3, сорбируя нефть, предотвращают ее оседание на дно и снижают ее концентрацию в водной фазе, а также являются носителями УВО бактерий.
Носитель бактерий в биопрепарате - рыбная мука, которая одновременно является питательным субстратом для УВО бактерий, содержит минеральные и органические вещества, необходимые для развития УВО бактерий. Рыбная мука - это отход пищевого производства, в настоящее время применяемый в качестве кормовой добавки. По своему количественному составу этот продукт непостоянен, так как содержание тех или иных соединений зависит от сырья для изготовления муки, например вид используемой рыбы. Но известно, что в рыбной муке высоко содержание протеинов (до 70%), следовательно, и азота, а также фосфора, кальция и других элементов, необходимых для роста бактерий. По своим поверхностным свойствам гранулы рыбной муки - гидрофильны. На гидрофильной поверхности хорошо адгезируются гидрофильные клетки Pseudomonas, а за счет бактериального матрикса и клетки Rhodococcus (1 г муки адсорбирует 1,4 мл накопительной культуры биомассы).
Для определения эффективности работы препарата была определена степень деструкции нефти. Использовались гравиметрический и хроматографический методы. Эксперимент был проведен в лабораторных условиях. Имитировали разлив нефти с толщиной пленки 0,9 мм. В табл.2 представлен групповой состав нефти до и после очистки предлагаемым биопрепаратом. Из табл.2 следует, что количество углеводородов каждой из анализируемых групп уменьшилось. Наименьшей деструкции подверглись асфальтены. Относительное содержание моно-, би- и полициклических углеводородов уменьшилось практически в равных пропорциях. Относительное содержание парафино-нафтеновых углеводородов изменилось на 50%. Учитывая способность изучаемых штаммов к окислению парафинов, можно сделать вывод, что одновременно идет деструкция парафино-нафтенов и их образование за счет биоразрушения ароматических углеводородов. Истинная деструкция парафино-нафтеновых углеводородов значительно выше.
Таким образом, предлагаемый биопрепарат высокоэффективен и может быть использован для нейтрализации разливов нефти в открытых водоемах.
Таблица 1
УВ
Керосин, %
Дизель, %
Исходный состав
Речная вода
Морская вода
Исходный состав
Речная вода
Морская вода
<С10
6,2
С10
33,2
20,4
2,5
6,3
15,2
С11
7,1
3,1
2,2
С12
3,7
1,5
1,1
С13
16,9
22,1
24,6
7,5
5,6
6,2
С14
25,5
31,0
30,9
25,2
9,9
С15
18,0
26,5
7,7
10,2
8,4
3,3
С16
5,3
3,2
2,1
3,8
С17
8,9
6,5
С18
5,6
59,9
28,4
33,5
76,8
Таблица 2
Группа углеводородов
Исходная нефть
Нефть в очищенной воде
Деструкция
г
%
г
%
%
Навеска нефти
0,8
100
0,39
100
51,5
Парафино-нафтены
0,22
27,4
0,11
27,1
50
Моноциклические ароматические
0,05
6,7
0,02
5,6
60
Бициклические ароматические
0,11
13,7
0,04
11,0
63,6
Полициклические ароматические
0,19
23,8
0,06
14,6
68,4
Смолы
0,06
7,3
0,03
8,9
50
Асфальтены
0,17
21,1
0,13
32,8
23,5