Способ очистки объектов окружающей среды от углеводородов нефти и масел

 

Изобретение относится к биотехнологии и экологии и касается способов очистки с помощью новых штаммов бактерий-деструкторов нефтепродуктов, способных расти в широком диапазоне температур и рН среды, а также при повышенных температурах и концентрациях соли NаСl, на средах, содержащих в качестве источника углерода н-парафины широкой фракции, дизельное топливо, нефтяные дистилляты, сырую нефть, мазут, масла, ароматические соединения. Штаммы могут быть использованы для очистки от нефтезагрязнений водной поверхности (морей, океанов), сточных вод. Биопрепараты получают на основе штаммов бактерий-деструкторов нефтепродуктов (микробный компонент)- Arth - robacter globiformis ВКПМ S -1551 или Rhodococcus erythropolis ВКПМ S -1550. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии и касается способов очистки с использованием новых штаммов бактерий, способных расти в широком диапазоне температур и pH среды, а также при повышенных температурах и при повышенных концентрациях соли (NaCl) на средах, содержащих парафины широкой фракции, дизельное топливо, нефтяные дистилляты, мазут, различные масла, ароматические соединения.

Проблема охраны окружающей среды от нефтезагрязнений приобретает все большую остроту и связи с ограниченностью возможностей и дороговизной применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки. При добыче, транспортировке, переработке и использовании нефти теряется около 50 млн тонн в год. Нефть, попадая в почву, вызывает в ней значительные, а порой необратимые изменения: образование битуминозных солончаков, гудронизацию и т.д.

Одним из перспективных биотехнологических методов ликвидации нефтезагрязнений водной поверхности, сточных вод, почв является использование микробных биопрепаратов, включающих в себя микроорганизмы-деструкторы нефтепродуктов, производимых в промышленных условиях. Внесение биопрепаратов в загрязненные водоемы, почвы способствует утилизации нефтепродуктов, быстрому восстановлению природных экосистем, рекультивации почвы.

Известны способы утилизации и очистки от нефтезагрязнений.

Способ очистки металлических поверхностей от нефтепродуктов при помощи моющих композиций [1], в качестве моющих средств в данном способе использования ПАВ, применение которых наносит вред окружающей среде.

Известен штамм бактерий Pseudomonas putida-36 ЦМПМ-В-2443, предназначенный для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов и способ очистки [2].

Способ очистки воды и почвы от нефтезагрязнений, который основан на применении консорциума микроорганизмов [3] . Однако данный способ очистки применим при t -34-36^oC для дрожжей и при t -40-42^oC для бактерий, pH среды 5,0-7,0, глубина очистки 93-99% достигается в периодических условиях лишь при увеличении времени культивирования (72 ч) и комбинации вносимых культур. Способ апробирован в лабораторных условиях.

Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является способ очистки окружающей среды от нефтезагрязнений [4], который основан на применении природных бактерий Acinetobacter valentis H-I ВКПМ-В-6727, Acinetobacter valentis G-I ВКПМ-В-6728, Acinetоbacter valentis C-2 ВКПМ-В-6726. Глубина очистки от нефтепродуктов достигается при времени ферментации 48 часов.

Способ очистки, основанный на применении данных культур, ориентирован на применение в реальных условиях для очистки от нефтезагрязнений и масел водной поверхности, почвы, емкостей и других объектов. Недостатком данного способа является невозможность использовать штаммы бактерий Acinetobacter valentis H-1 G-1 и G-2 для очистки морских акваторий от углеводородов нефти с содержанием соли 7-20%. Кроме того, очистка почвы, загрязненной нефтепродуктами, с помощью сухого порошка (микробного компонента) на основе штаммов бактерий Acinetobacter valentis H-1, G-1 и G-2 достигается при более длительном времени деструкции и меньшей степени аэрации почвы. Эти недостатки преодолены в предлагаемом способе.

Техническим эффектом является повышение эффективности очистки водной поверхности, сточных вод, почвы и др. объектов от углеводородов нефти за счет интенсификации процесса деструкции на основе природных штаммов (микробного компонента)-Arthrobactor globiformis ВКПМ-1551 и Rhodococcus erythropolis ВКПМ -S-1550, а также различных адсорбентов (опилки, солома, компост, торф) и ПАВ, входящих в состав биопрепарата для деструкции нефтепродуктов. Все культуры депонированы в коллекции промышленных микроорганизмов. Штаммы бактерий выделены из пропитанных нефтепродуктами почв Западной Сибири и Западной Украины и селекционированы в процессе культивирования на минеральной среде. Культуры Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 и Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550 утилизируют парафины широкой фракции C₈-C₄₀, сырую нефть, дизельное топливо, нефтяные дистилляты, различные масла, ароматические соединения и другие вещества, содержащие углеводороды.

Все штаммы - облигатные аэробы, температура для роста штамма Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 (10 - 48^oC) и Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550 (10 - 30^oC), при pH среды 5,0 - 8,5. Штаммы растут при концентрации соли NaCl 7 - 20%. Штаммы непатогенны, нетоксичны. Для получения активной биомассы штаммы бактерий выращивали на улученной минеральной среде N 10 следующего состава: г/л (NH₄)₂SO₄ - 3,0; KH₂PO₄ - 6,5; MgSO₄·7H₂O - 0,7; ZnSO₄·7H₂O - 25 мг; FeSO₄·7H₂O 0 - 25 мг; MnSO₄·7H₂O - 25 мг; CuSO₄·5H₂O 0 - 12,5 мг; сырая нефть или парафин 0,5 - 2 об.%. Активность роста определяли по накоплению биомассы (г/л) и количеству остаточных углеводородов (УГВ%).

Наработку бактериальной биомассы осуществляли в промышленных ферментерах в соответствии с регламентными показателями. Препараты могут применяться как в виде (микробного компонента)-суспензии, сгущенной пасты, сухого порошка или в виде биопрепарата, в состав которого входят (микробный компонент) на основе штаммов микроорганизмов и различные адсорбенты (опилки, солома, компост, торф) и ПАВ в концентрации 0,1%.

Ниже приводятся примеры, подтверждающие высокую эффективность созданных биопрепаратов.

Пример 1. В колбу объемом 750 мл заполнили 100 мл морской воды - концентрация соли - 20%, содержащей 0,5% нефти, к содержимому колбы добавляли 20 мг сухого препарата, изготовленного на основе штамма бактерий Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550. Температура культивирования 15^oC, pH среды 7,0. Через 36 ч степень очистки составила 99%. Это свойство штамма позволяет рекомендовать его для очистки морской воды, сточных вод и других водных объектов от сырой нефти.

Пример 2. Использование биопрепарата на основе штамма Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 для очистки сточных вод, содержащих растительные и животные масла, проводили в ферментере интенсивного массообмена типа "Биостат". Температура культивирования составила 40-42^oC, pH среды 7,0. Скорость протока среды D 0,29-0,33 ч^-1. Испытания показали, что ХПК на входе в ферментер составило 1500 мг O₂/л, а на выходе 70 мг O₂/л. Это обеспечивает снижение ХПК более чем в 22 раза, что позволяет слить очищенную воду в городскую канализацию.

Пример 3. Испытание биопрепарата на основе штамма Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550 проводили в периодических условиях. В качестве минеральной среды использовали минеральную среду N 10, описанную ранее. В качестве источника углерода использовали такие вещества, как моторное масло, флотский мазут в концентрации 0,5% и депарафинизат дизельного топлива в концентрации 10 об. %. К содержимому добавляли сухой порошок (20,0 мг), изготовленный на основе штамма бактерий Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550. Температура выращивания 30^oC, pH среды 7,0. В результате выращивания получили концентрацию биомассы за одни сутки культивирования соответственно 3,2-5,0-9,0 г АСВ/л, что равно утилизации нефтепродуктов на 95-98-98%. Это свойство штамма бактерий Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550 позволяет рекомендовать его для очистки нефтешламма, почв, емкостей и др. объектов от нефтезагрязнений.

Пример 4. Дерново-подзолистую почву с содержанием мазута 4% помещали в кювету. К содержимому добавляли соли азота и фосфора в соотношении N:P=1:2,3 и сухой порошок на основе штамма бактерий Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551. Температура культивирования 25^oC, pH среды 7,0. Почву периодически рыхлили и поддерживали влажность на уровне 50-60%. В течение двух месяцев степень очистки составила 89%, степень доминирования продуцента составила 90%, титр клеток продуцента составил 10¹⁰ кл/мл живых клеток. Это свойство штамма Arthrobactoe globiformis ВКПМ S-1551 позволяет рекомендовать его для очистки почв от нефтепродуктов.

Пример 5. Дерново-подзолистую почву с содержанием 4% мазута помещали в кювету. К содержимому добавляли соли азота и фосфора в соотношении N:P=1:2,3 и биопрепарат (микробный компонент) на основе штамма бактерий Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 с добавлением адсорбентов (опилки, солома, компост, торф) в концентрации 20% и ПАВ в концентрации 0,1%. Температура культивирования 25^oC. Процесс очистки был завершен за один месяц и составил 99%, степень доминирования продуцента составила -98% и титр клеток продуцента штамма Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 составил 10¹² кл/мл живых клеток.

Таким образом, из приведенных данных видно, что технологический результат достигается за счет внесения природных, непатогенных штаммов бактерий (микробного компонента)-деструкторов нефтепродуктов Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 и Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550, развивающихся в широком диапазоне температуры 10-48^oC, pH среды 5,0-8,5, концентрации соли NaCl 7-20% и способных утилизировать широкий спектр углеводородов. Способ характеризуется более высокой степенью очистки на уровне 99% и уменьшением времени культивирования, более высокой скоростью утилизации углеводородов с использованием биопрепарата: сухого порошка (микробного компонента) на основе штамма бактерий Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 или Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550 с добавлением адсорбентов (опилки, солома, компост, торф) в концентрации 20% и ПАВ в концентрации 0,1%. Штаммы способны развиваться при высокой скорости протока среды D-0,29-0,33 ч^-1, что позволяет использовать их в промышленных очистных сооружениях.

Способ характеризуется широкой областью применения для очистки от нефтепродуктов водной поверхности (морей, океанов), сточных вод нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, машиностроительной промышленности, пищевой промышленности (для очистки от масел), почвы и т.д.

Способ апробирован в природных условиях, имеются акты применения в полевых условиях.

Формула изобретения

1. Способ очистки окружающей среды от углеводородов нефти и масел, предусматривающий внесение в очищаемую среду микроорганизмов совместно с минеральной средой, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов-деструкторов используют штамм Arthrobacter globiformis ВКПМ S-1551 или штамм Rhodococcus erythropolis ВКПМ S-1550.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке морских водных акваторий используют сухой порошок указанных микроорганизмов в сочетании с соломой или опилками.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при очистке почвы используют сухой порошок указанных микроорганизмов в сочетании с соломой, или опилками, или компостом, или торфом, взятым в количестве 20% к очищаемой почве и 0,1% ПАВ.