Способ очистки воды и почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами

 

Назначение: относится к способам очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений микробиологическими методами. Сущность изобретения: в загрязненную среду вводят культуру микроорганизмов и минеральные добавки. Минеральные добавки содержат азот, фосфор, калий и магний. Культура микроорганизмов представляет собой смесь активных природных нефтеусваивающих культур микроорганизмов, выделенных методом селекции из природного сообщества микроорганизмов, находящихся в очищаемой среде. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к способам очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений с помощью микробиологических методов.

Известен способ очистки воды, почвы и поверхностей от загрязнения нефтью и нефтепродуктами [1] основанный на использовании в качестве культуры микроорганизмов штамма бактерий Acinetobakter oleonorum и минеральных добавок, содержащих азот в аммонийной форме и фосфор в фосфатной форме.

Существенным недостатком способа является его неэкологичность, так как внесение в окружающую среду микроорганизмов, не свойственных ей, может привести к нарушению биологического равновесия, что может стать причиной непредсказуемых экологических последствий.

Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ очистки воды и почв от нефтяных загрязнений [2] в котором для очистки используют смесь бактериальной культуры природного штамма Pseudomonas putida-36 и минерального удобрения нитроаммофоски. Для получения биомассы клеток штамма Pseudomonas putida-36 культуру выращивают на жидкой или твердой питательной среде, включающей источники азота, фосфора и калия. Культуру микроорганизмов смешивают с минеральным удобрением и водой в определенных пропорциях и равномерно наносят на загрязненную поверхность.

Основным недостатком прототипа, как и аналога, является его незкологичность, так как внесение в окружающую среду микроорганизмов, не свойственных для конкретного региона, может нарушить биологический баланс в данной местности. Это может явиться причиной непредсказуемых биологических последствий. Способ для своей реализации требует больших материальных затрат, так как для получения в промышленных объемах биомассы микроорганизмов, необходимой для очистки реальных разливов нефти на воде и почве, необходимо сложное технологическое оборудование. Способ не адаптирован к очищаемой среде, а именно к конкретному составу микрофлоры каждого очищаемого района.

Задачей изобретения является разработка экологически чистого способа очистки окружающей среды от нефтяных загрязнений, не требующего больших материальных затрат и на основе которого эффективно в приемлемые сроки можно было бы очищать реально существующие разливы нефти на воде и почве.

Решить поставленную задачу возможно при использовании заявляемого изобретения, в котором для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, также как и в прототипе, в загрязненную среду вносят культуру микроорганизмов и минеральные добавки, содержащие азот, фосфор и калий, но в качестве микроорганизмов используют смесь активных природных нефтеусваивающих микроорганизмов, выделенных из природного сообщества микроорганизмов, находящихся в загрязненной среде, и дополнительно вносят минеральную добавку, содержащую магний.

Способ экологически чист, так как вносимая культура микроорганизмов содержит те виды микроорганизмов, которые обычны для данного района и постоянно присутствуют в воде и почве. Тем самым исключаются отдаленные непредсказуемые экологические последствия, связанные с интродукцией посторонних видов микроорганизмов, что может иметь место при использовании технологии, основанной на прототипе. Поскольку используются микроорганизмы, широко распространенные в природе, то исключается риск заражения ими человека и животных.

Способ экономически выгоден, так как для своего осуществления не требует сложного технологического оборудования, необходимого для реализации способа прототипа.

Полученные практические результаты позволяют констатировать, что данным способом за один летний сезон можно очистить большие площади (десятки га) при исходном содержании нефти 40-50% Кроме используемых в прототипе минеральных добавок, содержащих азот, фосфор, калий, для обеспечения условий существования микроорганизмов необходимо дополнительно использовать минеральную добавку, содержащую магний. Без магния выше названные добавки не стимулируют жизнедеятельность микроорганизмов.

В изобретении предложены оптимальные параметры осуществления способа, позволяющие получить максимальный эффект при очистке загрязненных районов с минимальными затратами.

Вносимое количество биомассы микроорганизмов 2˙10^-6 5˙10^-4 кг на 1 дм³ загрязненных воды или почвы обеспечивает достаточный рост и развитие клеток.

Если взять количество биомассы меньше 2˙10^-6 кг, то эффект при реализации способа не устойчив ни по временным параметрам, ни по качественным показателям, а в ряде случаев, имеющих место на практике, процесс деструкции нефти вообще не пошел. Брать количество биомассы больше 5˙10^-4 кг не имеет смысла, так как увеличение количества не приводит почти к снижению времени деструкции нефти. Особую роль для успешной реализации способа играет процесс внесения культуры микроорганизмов в очищаемую среду. В полевых условиях установлено, что внесение культуры в виде жидкой суспензии в необходимой дозе дает снижение содержания нефти в течение лета в 1,5-2 раза, внесение же культуры на пористом твердом наполнителе в 10-30 раз.

Количество наполнителя не относится к числу факторов, влияющих на деструкцию нефти. Большие количества наполнителя не желательно использовать, так как неоправданно повышается трудоемкость технологического процесса. Оптимальным количеством биомассы в смеси с наполнителем является 3-5% С целью удешевления технологии в качестве азотсодержащей добавки использовано самое дешевое минеральное удобрение аммиачная селитра. Использование аммиачной селитры приводит к закислению почвы и воды, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому в качестве источника фосфора используется диаммоний фосфат, который подщелачивает среду, что снижает ее кислотность. Самыми дешевыми минеральными добавками, содержащими калий и магний, являются хлористый калий и хлористый магний, что и обусловило использование их в способе.

Предлагаемое соотношение минеральных добавок в смеси 5-6: 1-1,5: 1: 0,01-0,015 позволит оптимизировать условия существования бактерий. При этом нарушение пропорции аммиачная селитра-диаммоний фосфат приводит к выделению газообразного аммиака и тем самым часть азота теряется. Расходом смеси удобрений 1˙10^-2-2˙10^-2 кг. На 1 кг нефти регулируют количество вносимого минерального удобреия в зависимости от степени загрязнения очищаемого района и содержания влаги.

Количество минерального удобрения, соответствующее нижнему значению интервала, соответствует тому минимальному значению, которое оказывает заметное влияние на скорость деструкции нефти, а верхний предел ограничен значением, за которым увеличение количества не приводит к изменению временных и качественных показателей способа. При этом необходимо учитывать, что оптимальное количество вносимых минеральных удобрений должно соответствовать 0,1˙10^-3-1,2˙10^-1 кг на 1 кг воды, содержащейся в очищаемом объекте. При концентрации минеральных удобрений 0,1˙10^-3 кг на 1 кг воды в очищаемом объекте замечена активация микроорганизмов, что приводит к уменьшению времени деструкции нефти.

При концентрации выше 1,2˙10^-1 кг начинается ингибирование роста микроорганизмов, что увеличивает время деструкции нефти.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала методом селекции из природного сообщества микроорганизмов получают смесь активных природных нефтеусваивающих культур микроорганизмов. Для этого в водопроводной воде растворяют минеральные добавки (аммиачная селитра, диаммоний фосфат, хлористый калий, хлористый магний), добавляют почву с очищаемого объекта и нефти или нефтепродукта. Процесс протекает при комнатной температуре. Таким образом из природного сообщества микроорганизмов, присутствующих в очищаемом объекте, выделяют ту группу, которая способна использовать нефть или нефтепродукты в качестве источника углерода и энергии. Полученным водным раствором биомассы поливают наполнитель, в качестве которого можно использовать торф, землю, опилки лиственных пород деревьев. Вносят минеральные добавки в виде раствора с концентрацией 2-3% Поливают нефтью. При летней температуре 15-30^оС и периодическом поливе через 20-25 дней наполнитель будет насыщен микроорганизмами. Затем наполнитель, насыщенный культурой в раздробленном виде, разбрасывают по территории в необходимых количествах, а именно 2˙10^-6-5˙10^-4 кг на 1 дм³ очищаемой воды или почвы. Вносят минеральные удобрения из расчета 1˙10^-2-2˙10^-2 кг на 1 кг нефти.

Для улучшения аэрации и более тесного перемешивания компонентов проводят агротехнические мероприятия: вспашку, обработку культиватором. После снижения содержания нефти до 5˙10^-3-1˙10^-2 кг на 1 кг почвы проводят засев многолетними травами. Если за один сезон не достигнуто полного разложения нефти, то культура микроорганизмов в состоянии анабиоза переживает период низких температур и при повышении температуры восстанавливает свою активность.

П р и м е р 1. В непроточном болоте площадью 14˙ 10⁴ м² плавающий слой нефти примерно 6˙10^-3 м, т.е. 6 кг нефти на 1 м² или 6˙10⁴ кг нефти на 1˙10⁴ м². Количество нефти на площади в 14˙10⁴м² составляет 84˙10⁴ кг. Для очистки от нефтяного загрязнения было внесено на 14˙10⁴ м² 14020 кг смеси минеральных удобрений, т.е. аммиачной селитры 10000 кг, диаммоний фосфата 2000 кг, хлористого калия 2000 кг, хлористого магния 20 кг (соблюдено соотношение 5: 1: 1: 0,01). 3% смеси культуры микроорганизмов с торфяным наполнителем было израсходовано 200 кг на 1˙10⁴, т.е. 1˙10^-4 кг на 1 дм³ загрязненного объема болота. По истечении 60 сут после обработки количество нефти с 6˙10⁴ кг на 1˙10⁴ м² уменьшилось до 4˙10³ кг на 1˙10⁴ м².

П р и м е р 2. Участок лесной почвы площадью 32˙10⁴ м² имел различный уровень нефтяного загрязнения, а именно содержание нефти было от 16˙10³ кг до 12˙10⁴ кг на 1˙10⁴ м². Глубина загрязнения 0,2 м. Влажность почвы 20% Для очистки от нефтяного загрязнения было внесено количество минеральных удобрений в зависимости от степени загрязнения из расчета 15 кг минеральных удобрений на 1˙10³ кг нефти. Т.е. на 1˙10⁴ было внесено от 240 кг до 1800 кг. Минимальное содержание минеральных удобрений в 1 л воды, содержащейся в почве, составляет 6˙10^-4 кг/л, а максимальное 4,5˙10^-3 кг/л. На участки с содержанием нефти 16˙10³ кг на 1˙10⁴ м² было внесено на 1˙10⁴ м² аммиачной селитры 169,1 кг, диаммоний фосфата 42,3 кг, хлористого калия 28,2 кг, хлористого магния 0,4 кг (соблюдено соотношение в смеси удобрений 6:1,5:1: 0,015).

На участки с содержанием нефти 12˙10⁴ кг на 1˙10⁴ м² было внесено на 1˙10⁴ м² аммиачной селитры 1269 кг, диаммоний фосфата 317 кг, хлористого калия 212 кг, хлористого магния 2 кг (соблюдено соотношение 6:1,5:1:0,015). 4% смеси культуры микроорганизмов с земляным наполнителем было израсходовано 230 кг на 1˙10⁴ м², т.е. 4,6˙10^-6 кг на 1 дм³ загрязненной почвы. По истечении 80 сут загрязнение по всем участкам, как было замечено, снизилось в 14 раз.

П р и м е р 3. Участок территории топливо-заправочной станции площадью 3˙10³ м² с уровнем загрязнения соляркой 2 кг на 1 м², т.е. на площади в 3˙10³ м² содержится 6000 кг нефтепродукта. Глубина загрязнения 15˙10^-2 м. Влажность почвы 10% Для очистки грунта от солярки было внесено 2˙10^-2 кг минеральных удобрений на 1 кг нефтепродукта, то есть на площадь в 3˙10³ м² было внесено 120 кг. Содержание минеральных удобрений в 1 л воды, содержащейся в грунте, составляет 2,7˙10^-3 кг/л. Смесь минеральных удобрений состояла из 85,6 кг аммиачной селитры, 17,1 кг диаммоний фосфата, 17,1 кг хлористого калия, 0,2 кг хлористого магния (соблюдено соотношение в смеси 5:1:1:0,01). 4% смеси культуры микроорганизмов на земляном носителе было израсходовано 100 кг на 3˙10³ м², т.е. 9˙10^-6 кг на 1 дм³ загрязненного грунта. По истечении 30 сут уровень загрязнения снизился до 12˙10^-3 кг на 1 м².

Технология, основанная на заявляемом способе, универсальна по широте применения и может быть использована для очистки от нефти и нефтепродуктов почв, грунта, пресной и морской воды, а также промстоков в различных природно-климатических зонах, включая экспериментальные условия. Технология экологически чистая и отвечает нормативным требованиям по полному восстановлению загрязненных нефтью и нефтепродуктами районов. Технология проста и дает возможность выполнения рекультивационных работ в "один заход", не растягивая процесс на несколько сезонов. Количество вносимых удобрений не превышает доз обычных в сельскохозяйственной практике. Конечными продуктами деструкции нефти являются углекислый газ и вода.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ, включающий введение в загрязненную среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот, фосфор и калий, отличающийся тем, что дополнительно вводят минеральную добавку, содержащую магний, в качестве культуры микроорганизмов используют смесь активных природных нефтеусваивающих культур микроорганизмов, выделенных из природного сообщества микроорганизмов, находящихся в загрязненной среде, причем культуру микроорганизмов вносят на нейтральном пористом носителе в количестве от 2 · 10^-6 до 5 · 10^-4 кг на 1 дм³ загрязненной среды, а минеральные добавки используют в количестве от 1 · 10^-2 до 2 · 10^-2 кг на 1 кг нефти при концентрации от 0,1 · 10^-3 до 1,2 · 10^-1 кг на 1 кг воды, содержащейся в загрязненной среде, при этом соотношение азота, фосфора, калия и магния в минеральных добавках составляет соответственно (5 6) (1 1,5) 1 (0,01 0,015).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей добавки используют нитрат аммония, в качестве фосфорсодержащей добавки - диаммоний фосфат, в качестве калийсодержащей добавки хлорид калия, а в качестве магнийсодержащей добавки хлорид магния.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество микроорганизмов составляет 3 5% от массы носителя.