Способ очистки почвы, природных и сточных вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием биопрепаратов

 

Изобретение относится к очистке почвы, природных и сточных вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предлагается новая форма биопрепаратов. Хранение или доставку биопрепаратов к месту загрязнения осуществляют в виде суспензии биомассы с плотностью по микроорганизмам 1·10¹¹ - 5·10¹² кл/мл, концентрацией NaCl 10% и добавками биологически активных веществ и осмопротектора. Температуру суспензии поддерживают в диапазоне (-10)-(-1)^oC. В составе биопрепаратов используют как отдельные штаммы, так и консорциумы микроорганизмов. В качестве добавок биологически активных веществ используют витамины, а в качестве осмопротектора - бетаин. Подготовку биопрепаратов для использования осуществляют разведением. Изобретение позволяет применять биопрепараты, изготовленные с минимальными энергетическими затратами, имеющие более низкую стоимость. Данные биопрепараты характеризуются высокой выживаемостью микроорганизмов, не требуют больших затрат на доставку, просты в хранении и подготовке к использованию. 4 з.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к технологическому использованию биопрепаратов для очистки почвы, приводных и сточных вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами и, в частности, новой формы биопрепаратов.

В ходе добычи и последующей переработки нефти происходит достаточно серьезное загрязнение природной среды. Ежегодная потеря нефти в результате аварий на нефтепроводах составляет в России по разным оценкам от 15 до 50 миллионов тонн сырой нефти [1]. Ежегодно происходят аварии на морских путях транспортировки нефти и нефтепродуктов, отдельные из них относятся к разряду катастрофических.

Природа обладает определенным потенциалом самоочищения, в основе которого лежат микробиологические процессы. Однако скорость этих процессов невелика, время очистки загрязненных территорий исчисляется десятилетиями. Использование отдельных штаммов или консорциумов специализированных микроорганизмов позволяет существенно интенсифицировать процесс очистки загрязненных экосистем.

Известны биопрепарат "Путидойл" [2, 3], препараты серии "Биодеструктор" [4], используемые для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений.

Обычная форма биопрепаратов - сухая биомасса, обезвоженная с использованием лиофильной или термовакуумной сушки. При обезвоживании биопрепарата резко возрастают энергетические затраты (более 90% себестоимости приходится на энергетику, а сушка - наиболее энергоемкий процесс). Кроме того, в конечном продукте - сухом порошке выживаемость клеток микроорганизмов в лучшем случае достигает 1 - 10% при строгом соблюдении режимов сушки, реальный результат, как правило, еще хуже. Таким образом, при резком увеличении себестоимости препарата при сушке получается продукт худшего качества. На практике это означает, что при использовании вместо живой культуры сухого порошка для получения требуемого эффекта необходимо тратить большее количество более дорого препарата.

Сухой препарат требует подготовки к работе, т.к. микроорганизмы необходимо оживить и активировать. На практике это требует специальной техники (для перемешивания и аэрации препарата) и времени. Кроме того, необходимо наличие специалиста-микробиолога для оценки качества подготовки.

Живая культура микроорганизмов более предпочтительна в работе, т.к. обладает более высокой удельной активностью (1 г сырой биомассы - 10 ¹³ живых клеток, тогда как в порошке в 1 г в лучшем случае 10¹⁰ - 10¹¹ клеток), не требует подготовки и существенно дешевле.

Однако основная масса этого биопрепарата приходится на воду (99,9%), кроме того, для него характерно очень краткое время сохранения качества, поскольку микроорганизмы требуют для поддержания жизнеспособности кислород воздуха. В отсутствии активной аэрации микроорганизмы лизируются. Биомасса может быть сгущена на сепараторах, но при этом микроорганизмы погибают от недостатка кислорода еще быстрее.

Известен способ очистки воды и почвы, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием биопрепаратов, включающий хранение или доставку изготовленных сухих биопрепаратов к загрязненной территории или акватории, активацию сухих биопрепаратов к использованию (приготовление сначала базовой суспензии биопрепарата с плотностью по микроорганизмам не менее 2 · 10¹³ кл/мл, затем рабочей суспензии непосредственно перед использованием - разбавлением базовой суспензии водой в 100 раз). Внесение биопрепаратов в очищаемую среду осуществляют путем разбрызгивания рабочей суспензии над загрязненным участком при положительных значениях температуры окружающего воздуха [5].

Основными недостатками известного способа являются: - для сухой формы препарата - низкая выживаемость микроорганизмов, препарат является достаточно дорогим в пересчете на клетку живого микроорганизма; - для жидкой формы препарата невозможность длительного хранения и сложности при доставке (транспортировке); - необходимость предварительной активации сухого биопрепарата при приготовлении базовой суспензии.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении эффективности очистки загрязненных нефтью или нефтепродуктами территорий и акваторий за счет высокой численности жизнеспособных микроорганизмов в биопрепаратах, обеспечения хранения или доставки биопрепаратов в удобной для применения форме, сохранности в течение достаточно длительного времени и упрощенной подготовки к применению.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем хранение или доставку изготовленных биопрепаратов к загрязненной территории или акватории, подготовку биопрепаратов к использованию и внесение их в очищаемую среду при положительных значениях температуры, хранение или доставку изготовленных биопрепаратов осуществляют в виде суспензии биомассы с плотностью по микроорганизмам 1·10¹¹ - 5 · 10¹² кл/мл, концентрацией NaCl 10% и добавками биологически активных веществ и осмопротектора, при этом поддерживают температуру биомассы в диапазоне (-10)-(-1)^oC, а подготовку биопрепаратов к использованию осуществляют путем разбавления суспензии биомассы до необходимой концентрации.

Достижению технического результата способствует то, что в качестве биопрепаратов используют отдельные штаммы или консорциумы микроорганизмов, например консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов "Деворойл" (Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Pseudomonas stutzeri, Yarrowia lipolytica).

В одном из предпочтительных вариантов реализации способа в качестве добавок биологически активных веществ используют витамины A, B₁, B₂, B₆, C, B₁₂, D₂, D₃, E, H, K₁, биотин, фолиевую кислоту, никотинамид и пантотеновую кислоту, а в качестве осмопротектора - бетаин, при этом содержание каждого из витаминов B₁₂, D₂, H, биотина и фолиевой кислоты в 1,5 раза, а каждого из витаминов C и D₃ в два раза превышает содержание любого из остальных упомянутых витаминов и бетаина.

Для использования суспензию биомассы разбавляют, например, водным раствором минеральных солей азота и фосфора в диапазоне от 1000 до 10000 раз.

Для сохранения биомассы в активном состоянии необходимо снизить дыхательную активность микроорганизмов физиологически мягкими методами. Это достигается следующим образом. За 12 ч до конца процесса наращивания биомассы в питательную среду добавляют NaCl в конечной концентрации 3,5%. За 6 ч до конца процесса культивирования содержание NaCl в питательной среде поднимают до 7%, биомассу сепарируют до плотности по микроорганизмам 1 · 10¹¹ - 5 · 10¹² кл/мл. Далее в полученную биомассу добавляют NaCl до конечной концентрации 10%, специальные добавки биологически активных веществ (витамины) и осмопротектор (бетаин). Биомасса охлаждается и хранится или доставляется к загрязненной территории или акватории в диапазоне температур (-10)-(-1)^oC в специальных термоконтейнерах.

Состав и содержание специальных добавок биологически активных веществ (витаминов) и осмопротектора (бетаина) в среде для консервации в одном из примеров реализации способа даны в табл.1.

Внутри бактериальных клеток не образуются кристаллы льда за счет высокой солености среды. Дыхательная активность снижается в максимальной степени за счет низких температур и высокой солености. Возможный осмотический шок снимается наличием осмопротектора - бетаина. Подобранные состав и содержание витаминов позволяет клеткам поддерживать минимальный уровень внутриклеточного метаболизма.

Снижение численности углеводородокисляющих микроорганизмов в зависимости от температуры, состава среды и времени хранения можно проследить на основании проведенных исследований (табл. 2, 3, 4).

Из данных, представленных в табл. 2-4, видно, что наилучшие результаты по выживаемости микроорганизмов получены в вариантах с добавлением NaCl, бетаина и витаминов в температурном диапазоне (-10)-(-1)^oC.

Способ осуществляется следующим образом. Биопрепараты, изготовленные в соответствии с технологией, описанной в настоящем изобретении, хранятся в виде суспензии биомассы при температуре (-10)-(-1)^oC в районах потенциального загрязнения нефтью или нефтепродуктами. Хранение осуществляется в течение определенного нормативно-техническими документами срока. В течение этого срока биопрепараты при необходимости проведения работ по очистке территорий или акваторий от загрязнений, разбавляются водным раствором минеральных солей азота и фосфора до необходимой численности микроорганизмов в диапазоне соотношений 1:1000 1:10000 и вносятся в очищаемую среду разбрызгиванием или дождеванием с помощью любых машин, механизмов и агрегатов, предназначенных для этого.

Предлагаемая форма хранения биопрепаратов позволяет централизованно производить определенное их количество и оперативно доставлять к месту загрязнений любым видом транспорта, предполагает высокую степень их готовности к использованию и простоту в подготовке в работе, что способствует высокой эффективности, поскольку не требует наличия специально подготовленного персонала для проведения такого рода работ.

Реализация предложенного способа позволяет использовать биопрепараты, изготовленные с минимальными энергетическими затратами, поскольку их производство не требует сушки (более 90% себестоимости биопрепаратов приходится на энергетику, а сушка - наиболее энергоемкий процесс).

Кроме того, в изготовленном таким образом биопрепарате численность живых клеток микроорганизмов на несколько порядков выше, чем в сухом порошке. Сепарация снижает затраты на транспортировку биопрепарата, поскольку без нее на воду приходится более 99% массы бактериальной суспензии. Хранение биопрепаратов в виде предлагаемой суспензии биомассы значительно упрощается, поскольку не требуется активная аэрация культуры с целью поддержания жизнедеятельности микроорганизмов.

Источники информации: 1. Журнал. Рынок нефтегазового оборудования, М., 1996, N 1, с. 21-23.

2. Авторское свидетельство СССР N 1076446, кл. C 02 F3/34, 1982.

3. Авторское свидетельство СССР N 1428809, кл.C 02 F 3/34, 1988.

4. Журнал. Нефтяное хозяйство, М., 1995, N 5/6, с. 83-85.

5. Заявка РСТ, W095/31408,кл. C 02 F 3/34, 1995.

Формула изобретения

1. Способ очистки почвы, природных и сточных вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием биопрепаратов, включающий хранение или доставку изготовленных биопрепаратов к загрязненной территории или акватории, подготовку биопрепаратов к использованию и внесение их в очищаемую среду при положительных значениях температуры, отличающийся тем, что хранение или доставку изготовленных биопрепаратов осуществляют в виде суспензии биомассы с плотностью по микроорганизмам 1 · 10¹¹ - 5 · 10¹² кл/мл, концентрацией NaCl 10% и добавками биологически активных веществ и осмопротектора, при этом поддерживают температуру суспензии биомассы в диапазоне -10 ... -1^oC, а подготовку биопрепаратов к использованию осуществляют путем разбавления биомассы до необходимой концентрации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биопрепаратов используют отдельные штаммы или консорциумы микроорганизмов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве консорциума микроорганизмов используют консорциум углеводород - окисляющих микроорганизмов "Деворойл".

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавок биологически активных веществ используют витамины A, B₁, B₂, B₆, C, B₁₂, D₂, D₃, E, H, K₁, биотин, фолиевую кислоту, никотинамид и пантотеновую кислоту, а в качестве осмопротектора - бетаин, при этом содержание каждого из витаминов B₁₂, D₂, H, биотина и фолиевой кислоты в 1,5 раза, а каждого из витаминов C и D₃ в два раза превышает содержание любого из остальных упомянутых витаминов и бетаина.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию биомассы разбавляют водой, а необходимую концентрацию суспензии биомассы при разбавлении водным раствором минеральных солей азота и фосфора устанавливают в диапазоне соотношений 1:1000 - 10000.0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2