Способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами

 

Использование: очистка воды и почвы от нефтяного загрязнения, ликвидация последствий нефтяных разливов и загрязнений окружающей среды нефтепродуктами. Сущность: в загрязненную среду вводят консорциум двух бактериальных штаммов Acinetobacher oleovorum ЦМПМ В - 1878 И ВКПМ У - 4091 в соотношении от 10 : 1 по 1 : 10 по титру клеток, соответственно в виде суспензии в питательной среде, содержащей источники аммония, фосфата, калия, магния и железа. 2 табл.

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями почвы и воды нефтью и нефтепродуктами при помощи микроорганизмов и может быть использовано при ликвидации последствий нефтяных разливов.

Известен штамм углеводородокисляющих бактерий Acinetobacter oleovorum ВСБ-568 (первоначально определенный ранее как Mycococcus lactis депонированный в ВКПМ у-4091, 1987 г.

Штамм активно утилизирует комплексообразующие соединения нефтяного дистиллята мангышлакской нефти и развивается на парафинонафтеновой мангышлакской нефти и кубовом остатке при температуре 20-42^оС и рН среды 5,0-7,2.

Однако для использования штамма для очистки воды и почвы от загрязнений нефтепродуктами характерна недостаточная активность окисления без привнесения дополнительных солевых компонентов питания в окружающую среду. При создании оптимальных условий окисления известный штамм менее активно утилизирует легкие С₈-С₁₂ углеводороды по сравнению со средними и тяжелыми.

Известен способ очистки почвы и воды от нефтепродуктов, заявка N 4828587/13, положительное решение от 30.03.1992, предусматривающий внесение консорциума микроорганизмов с питательной средой, в том числе бактерий Acinetobacter oleovorum subsp paraffinicum BСБ-567 и Mycococcus lactis ВСБ-574 и ВСБ-Д-5.

Недостатком известного способа является ограниченность условий применения. Названный консорциум бактерий эффективно потребляет углеводороды в диапазоне температур 26-42^оС и рН=6,0-7,0.

Известен способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, заявка N 5026094/13, положительное решение от 27.05.92. (прототип). Способ включает обработку загрязненных участков селекционированным природным штаммом бактерий Acinetobacter oleovorum ВСБ-712 ЦМПМ В-1878, вносимым вместе с раствором минеральных компонентов питания, содержащих азот в аммонийной форме с концентрацией элемента в растворе от 10 до 1200 мг/л и фосфор в фосфатной форме с концентрацией элемента от 15 до 1500 мг/л.

Недостатками известного способа являются узкий диапазон рН среды, в котором происходит активное окисление нефтепродуктов (от 6,5 до 7,2); высокая минимальная температура 20^оС; меньшая интенсивность окисления тяжелых нефтей (например, нафтеноароматической охинской нефти с плотностью при температуре 20^оС около 0,92 г/см³) по сравнению с легкими нефтями (например, нафтеноароматической нижневартовской нефтью с плотностью 0,82 при 20^оС).

Недостатком способа является также неясность действующих концентраций минеральных компонентов питания в процессе очистки, так как они определяются не только составом минеральных добавок, но и условиями применения: почва, засоленная почва, пресная вода, морская вода и т.д.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки в более широких диапазонах рН, снижение нижнего предела температуры среды и улучшение активности окисления тяжелых нефтей.

Для этого в способе очистки воды и почвы от загрязнений нефтепродуктами, включающем введение селекционированных природных бактерий вида Acinetobacter oleovorum в водном растворе минеральных компонентов питания, содержащих азот в аммонийной форме, а фосфор в форме фосфатов; очистка производится консорциумом бактериальных штаммов Acinetobacter oleovorum ВСВ-712 ЦМПМ В-1878 и Acinetobacter oleovorum ВСБ-568 ВКПМ У-4091 в соотношении от 10:1 до 1:10, а состав и количество водного раствора минеральных компонентов питания подбирается так, чтобы действующие концентрации питательных компонентов в процессе очистки находились в следующих диапазонах, мг/л: Аммонии 1-20000 Фосфат 1-45000 Калий 0,5-20000 Магний 0,4-40000 Железо 0,1-1000 Введение названного консорциума позволяет расширить диапазон рН среды, при котором наблюдается активное окисление нефтепродуктов, до 4,5-8,5. При этом следует отметить, что каждый из использованных штаммов имеет более узкий интервал рН, в котором он сохраняет активность: для ВСБ-712 рН=6,5-7,2, для ВСБ-568 рН= 5,0-7,2. Таким образом, указанное расширение диапазона рН каждого штамма вызвано эффектом присутствия второго штамма, вероятно за счет выделения в среду витаминов, ростовых веществ и таким образом улучшающих физиологическое состояние второго штамма.

Этим же, по-видимому, объясняется и некоторое снижение нижнего предела температуры активного окисления нефтепродуктов с 20 до 16^оС.

Предлагаемый консорциум позволяет более равномерно окислять легкие, средние и тяжелые нефти и их фракции. При исходном введении культур в соотношении от 10:1 до 1:10 через некоторое время, в зависимости от условий культивирования от суток до месяца, наблюдается активный рост культур. При этом происходит самопроизвольное изменение соотношения штаммов в зависимости от источника углеводородов и рН среды. При окислении легких нефтей наблюдается доминирование штамма ВСБ-712, а при окислении тяжелых ВСБ-568, рН от 8,5 до 6,0 не способствует доминированию ни одного из штаммов, а при рН от 4,5 до 6,0 преобладает ВСБ-568.

Именно эта адаптивная реакция консорциума на условия среды и тип нефтепродуктов позволяет добиться более равномерного окисления.

Различить штаммы ВСБ-712 и ВСБ-568 можно следующим образом: а) Микроскопированием: штамм ВСБ-712 кокки, короткие палочки; часто встречаются изогнутые, инволюционные формы, расположенные в виде У, Г палочки с закругленными концами; размеры кокков 0,8-1,5 мкм, палочек (0,6-0,8) х (0,8-2,7) мкм; штамм ВСБ-568 кокки, диплококки, размером от 0,8х0,80 до 1,5х1,5 мкм.

б) отношением к пенициллину при определении штамма по зонам роста Активность пеницил- лина ВСБ-712 ВСБ-568 100 ед.акт./мл + 200 ед.акт.мл + в) По виду колоний на МПА.

Колонии штамма ВСБ-712 круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слабо приподнятые, бесцветные, полупрозрачные, диаметром 5-7 мм.

Колонии штамма ВСБ-568 круглые с ровным краем, слегка приподнятые к центру, гладкие, блестящие, непрозрачные, диаметром 3-4 мм.

В предлагаемом способе количество и состав водного раствора минеральных компонентов питания подбирается в зависимости от условий применения по концентрациям основных питательных веществ, определяющих развитие бактерий.

Обеспечение нижних пределов лимитирующих концентраций всех основных компонентов питания необходимо для создания условий, при которых скорость биодеструкции нефтяных загрязнений существенна. Каждый из верхних пределов названных ингибирующих концентраций заметно тормозит процесс очистки.

Способ осуществляется следующим образом.

Для получения биомассы клеток штаммов ВСБ-712 и ВСБ-568 их раздельно выращивают на жидкой питательной среде следующего состава: (NH₄)₂SO₄ 3,5 кг/м³; КН₂РО₄ 6,5 кг/м³; MgSO₄^. 7H₂O 0,7 кг/м³; FeSO₄^. 7H₂O 12,5 г/м³; MnSO₄^. 5H₂O 12,5 г/м³; ZnO₄ ^.7H₂O 12,5 г/м³; CuSO₄ ^.5H₂O 3 г/м³.

В качестве единственного источника углерода используют н-парафины, полученные карбамидной депарафинизацией с высоким содержанием ароматических углеводородов.

Процесс культивирования проводят непрерывно или периодически при температуре 38-42^оС и рН 6,8-7,2 в аэробных условиях.

При надобности полученную биомассу бактерий можно высушить на распылительной сушилке.

При использовании на воде бактерии в требуемом соотношении можно иммобилизировать на плавающих сорбентах.

Перед применением производится оценка содержания основных компонентов питания в среде очищаемого объекта.

Определяется состав и количество водного раствора минеральных компонентов питания.

Приготовление смеси перед употреблением порошковой формы биопрепарата заключается в гомогенном разведении биомассы водным раствором минеральных добавок.

Плавающие формы биопрепарата могут вводиться в раствор в процессе нанесения его на загpязненный участок.

П р и м е р 1. Имелся загрязненный участок площадью 1,5 га болота нафтеноароматической нижневартовской нефтью с рН воды 4,5. Интенсивность загрязнения 1 кг/м² (общее количество загрязнений около 15 т).

Анализ содержания основных компонентов питания в воде болота, мг/л: аммония следы, фосфата 2, калия 0,2 магния 0,5, железа 1,5.

Обработка проведена раствором, содержащим 1,2 кг/м³ аммония, 2,0 кг/м³ фосфата (использовали удобрение " Аммофос "), 0,4 кг/м³ калия ( использовали сульфат калия), 0,1 кг/м³ магния (использовали сульфат магния семиводный) и 0,5 кг/м³ сухой биомассы штаммов ВСБ-712 и ВСБ-568 в соотношении 1:1. Расход раствора составил 10 м³. Титр культур в засеве составил около 2 ^.10⁷ кл/мл. Дневная температура была 13-22^оС.

Через 30 дней анализы показали, что общее количество загрязнений уменьшилось на 90% концентрация аммония составила 1,5 мг/л, фосфата 4,5 мг/л, калия 0,5 мг/л, магния 1,0 мг/л, железа 1,0 мг/л.

П р и м е р 2. На модельном водоеме площадью 0,25 км² с глубиной воды 5 см с загрязнением смесью нижневартовской нафтеноароматической нефтью плотностью 0,82 г/см³ и охинской нафтеноароматической нефтью плотностью 0,92 г/см³ с соотношением по объему 1:1, общим объемом загрязнения 250 мл с рН речной воды, доведенным гидрооксидом натрия до 8,5, при температуре 37^оС проводилась очистка смесью штаммов ВСБ-712 и ВСБ-568 в соотношении: а) 1:10 и б) 10:1 по титрам клеток.

Создавались следующие исходные концентрации: аммония 150 мг/л, фосфата-иона 150 мг/л, калия 40 мг/л, магния 15 мг/л, железа 10 мг/л.

Задавалось 250 мг препарата а) и б). Суммарный титр составил 1,5^. 10⁶ кл/мл.

Через 30 сут. результаты анализов показали: вариант а) загрязнения снизились на 92% Содержание, мг/л: Аммоний 25 Фосфат-ион 35 Калий 8 Магний 7 Железо 0,5 вариант б)
загрязнения снизились на 96%
Содержание, мг/л: Аммоний 30 Фосфат-ион 28 Калий 4 Магний 3 Железо 1,5
Соотношение ВСБ-712 и ВСБ-568 по титрам составило а) 5:7 и б) 3:4.

П р и м е р 3. Эксперимент проводили на качалочных колбах для морской воды следующего состава: Аммоний Следы Фосфат-ион Следы Калий 400 мг/л Магний 1500 мг/л Железо Следы
На 100 мл морской воды добавляли 2 мл флотского мазута, 60 мг иона аммония (в форме сульфата), 100 мг фосфат-иона (в форме ортофосфорной кислоты), 1 мг железа (в форме сульфата железа семиводного) и 100 мг по абсолютно сухому весу смеси штаммов ВСБ-712 и ВСБ-568 в соотношении по титру 1:1. Культивирование проводилось в течение 1 сут на качалке с числом оборотов 220 об/мин.

Результаты экспериментов представлены в табл.1.

П р и м е р 4. Эксперимент проводили на лотках с землей и песком поверхностью 0,25 м² с глубиной слоя 5 см с загрязнением нижневартовской и охинской нефтью нафтеноароматического типа (см. пример 2) с соотношением по объему 1:1.

Очистка проводилась штаммами ВСБ-712 и ВСБ-568 при соотношении культур 1:1 по титрам, общей массой 250 мкг АСБна лоток.

В табл. 2 представлены условия и результаты экспериментов (время экспозиции 30 сут).

Концентрации компонентов питания и влажность поддерживались периодическими подпитками.

В лотках 2 и 4 проверялось действие ингибирующих концентраций аммония и фосфата.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ, предусматривающий введение в загрязненную среду микроорганизмов в виде суспензии в питательной среде, содержащей источники аммония, фосфата и калия и воду, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют консорциум бактериальных штаммов Acinetobacter oleovorum ЦМПМ В-1878 и Acinetobacter oleovorum ВКПМ У-4091 в соотношении 10:1 1:10 по титру клеток, а питательная среда дополнительно содержит источники магния и железа в следующих количествах, мг/л:
Источник
аммония 1 20000
фосфата 1 45000
калия 0,5 20000
магния 0,4 40000
железа 0,1 1000
Вода До 1 л

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2