Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений

Авторы патента:

C12N1/20 - бактерии; питательные среды для них

C02F3/34 - отличающаяся используемыми микроорганизмами

Владельцы патента RU 2303003:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Вятский государственный университет (ВятГУ) (RU)

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии. Способ включает введение в очищаемый закрытый объем воды культуры бактерий Pseudomonas putida и культивирование бактерий в загрязненной воде в присутствии перфторметилдекалина. Культивирование проводят при принудительной аэрации очищаемого объема воды. Способ обеспечивает интенсификацию процесса деструкции нефти и гарантирует полную очистку от нефтепродуктов заданного закрытого объема воды. 1 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии и касается способов очистки воды от нефтяных загрязнений с использованием культур природных штаммов бактерий - деструкторов нефтепродуктов и может быть реализовано в различных отраслях промышленности, преимущественно для очистки воды в закрытых объемах.

Известен способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений (см. а.с. СССР №1428809, от 23.08.1985), при котором в очищаемый объем воды вводят культуру бактерий рода Pseudomonas и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, в качестве которого используют минеральное удобрение - нитроаммофоску.

Однако данный способ имеет достаточно продолжительное время деструкции нефтепродуктов, т.к. после обработки культурой бактерий рода Pseudomonas открытого водоема степень утилизации нефтепродуктов составляет 99,2% после 45 суток; закрытого объема - до 76,8% после 7 суток.

Известен способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений (см. патент РФ №2083508, от 28.09.1994), при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, в качестве которого используют себациновую кислоту в количестве (0,08-0,1)% от массы разлагаемого нефтепродукта - железнодорожной смазки.

Однако часто затруднительно определить массу разлагаемых нефтепродуктов в очищаемом объеме воды, чтобы внести необходимое количество себациновой кислоты и обеспечить достаточно быструю деструкцию нефтепродуктов.

Была поставлена задача создать способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений в замкнутом объеме с использованием бактерий Pseudomonas putida, при котором очищаемый объем воды служит питательной средой для бактерий.

При этом необходимо в бедной минеральной питательной среде осуществлять активацию массообменных процессов для увеличения биомассы бактерий за счет улучшения снабжения кислородом очищаемого объема.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса деструкции нефти за счет увеличения выхода биомассы бактерий Pseudomonas putida.

Поставленная цель достигается тем, что в способе биологической очистки воды от нефтяных загрязнений, при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование в смеси с биостимулятором при принудительной аэрации очищаемого закрытого объема воды, а в качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное

Сущность технического решения поясняется следующим.

В качестве биодеструктора нефтепродуктов в предлагаемом способе биологической очистки воды от нефтяных загрязнений используют культуру бактерий рода Pseudomonas, а именно Pseudomonas putida ВУ 186 (см. журнал "Биотехнология", 2004 №3, с.55-62. Бакулин М.К. и др. "Голубая кровь" в биотехнологии глубинного выращивания культур бактерий на синтетической среде с нефтью).

Для исключения образования на поверхности воды нефтяной пленки и равномерного распределения компонентов нефтепродуктов в толще воды объем очищаемой воды должен находиться в условиях непрерывного барботирования, что приводит к принудительной аэрации объема среды. Принудительная аэрация обеспечивает оптимальные условия для ускорения развития биоценоза и увеличения выхода биомассы.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом объема воздуха на объем среды в минуту, равны (0,5-1,0) об./об.×мин.

В качестве биостимулятора для увеличения выхода биомассы бактерий используют перфторметилдекалин (ПФМД), который обладает газотранспортной функцией. ПФМД добавляют непосредственно в среду культивирования (воду), где в качестве источника углерода для роста биомассы присутствуют нефтепродукты (нефть, мазут и т.п.). Возможность добавления непосредственно в очищаемую среду ПФМД обусловлена его безвредностью для живых организмов.

Кроме того, ПФМД обладает устойчивостью к агрессивным факторам среды (к действию активного хлора, повышенной кислотности, щелочности и т.п.) и имеет плотность в 2 раза выше воды, в результате чего, не смешиваясь с водой, опускается на дно, что позволяет его легко извлекать для последующего использования (что является ноу-хау заявителя).

Использование ПФМД менее 2% не обеспечивает достаточно интенсивной деструкции нефтепродуктов, т.к. идет медленный процесс увеличения биомассы.

Использование ПФМД более 15% ведет к избытку кислорода в среде, что может вызвать токсический эффект и снизить выход биомассы.

Кроме того, использование ПФМД более 15% ведет к значительному удорожанию технологии и снижению рентабельности процесса очистки.

Способ осуществляют следующим образом.

Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida из расчета не менее 10⁸ кл./мл и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин. очищаемого закрытого объема воды.

В качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное

В качестве закрытой емкости можно использовать ферментеры классического типа, снабженные системами аэрации и перемешивания, системами контроля физико-химических процессов и системой подачи субстратов, например ферментер марки БИОР-0,25.

Примеры выполнения предлагаемого способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений в закрытом объеме приведены в таблице.

Пример 1. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,2 мас.%, что составляет 2×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин очищаемого закрытого объема воды.

Культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 выращивают при следующем соотношении компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,2; перфторметилдекалин (ПФМД) - 5,0; очищаемая вода - остальное.

Прирост биомассы на 96 час составляет 67,3×10⁹ кл./см³ на среде с нефтью и 43,2×10⁹ кл./см³ на среде с мазутом. Степень разложения нефти составляет 81,5%, мазута - 21,2%.

Пример 2. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,1 мас.%, что составляет 10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Выращивание культуры бактерий осуществляют в среде с минимальной концентрацией компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,1; перфторметилдекалин (ПФМД) - 2,0; очищаемая вода - остальное.

Применение предлагаемого способа привело к снижению накопления биомассы на 36,1% в среде с нефтью и 16,4% в среде с мазутом, степени биодеструкции нефти на 32,6%, мазута - на 14,2% соответственно, что может быть обусловлено недостатком питательных веществ в среде.

Пример 3. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,3 мас.%, что составляет 3×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Культуру бактерий рода Pseudomonas выращивают при следующем соотношении компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,3; перфторметилдекалин (ПФМД) - 15,0; очищаемая вода - остальное.

Размножение клеток и утилизация нефтепродуктов происходит также интенсивно, как и в примере 1, но ведет к значительному удорожанию технологии за счет максимального расхода биостимулятора.

Пример 4. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,2 мас.%, что составляет 2×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий при принудительной аэрации без внесения биостимулятора.

Выращивание без добавления перфторметилдекалина снижает накопление биомассы бактерий в 8,4 раза в среде с нефтью и 6,9 раза в среде с мазутом, при этом степень утилизации нефти снижается - в 9,7 раза, степень утилизации мазута - в 4,6 раза.

Пример 5. Культивирование бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 проводили согласно условиям прототипа в течение 96 часов с добавлением 0,1 мас.% себациновой кислоты от массы нефтепродуктов, внесенных в воду.

Утилизация нефтепродуктов и рост бактерий проходили с меньшей эффективностью, чем предыдущие примеры способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений с внесением перфторметилдекалина.

Результаты исследований сведены в таблицу.

Из данных таблицы видно, что использование предлагаемого способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений позволяет увеличить степень очистки воды от нефтепродуктов в закрытом объеме в условиях реального производства, где обеспечивается интенсификация процесса деструкции нефти за счет увеличения выхода биомассы бактерий Pseudomonas putida ВУ 186.

Таблица
Условия биоразложения	Концентрация живых бактерий через 96 ч, (кл./см³)×10⁹	Степень очистки, %	Количество углеводорода в среде, г/л	Продолжительность очистки, часы
Пример 1	Очищаемая вода с нефтью + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (5,0 мас.%) ПФМД	67,3	81,5	50	96
	Очищаемая вода с мазутом + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (5,0 мас.%) ПФМД	43,2	21,4
Пример 2	Очищаемая вода с нефтью + (0,1 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (2,0 мас.%) ПФМД	31,2	48,9
	Очищаемая вода с мазутом + (0,1 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (2,0 мас.%) ПФМД	26,8	7,2
Пример 3	Очищаемая вода с нефтью + (0,3 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (15,0 мас.%) ПФМД	78,9	86,8
Очищаемая вода с мазутом + (0,3 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (15,0 мас.%) ПФМД	54,2	24,6
Пример 4 (контроль)	Очищаемая вода с нефтью + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186	8,0	8,4
Очищаемая вода с мазутом + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186	6,2	4,6
Прототип	Очищаемая вода с железнодорожной смазкой + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (0,1 мас.%) себациновой кислоты	29,3	15,8	40	96

Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений, при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, отличающийся тем, что процесс культивирования проводят при принудительной аэрации очищаемого объема воды, а в качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура бактерий Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к бактериальным препаратам для медицины, сельского хозяйства и пищевой промышленности, и касается средства, воздействующего на заболевания желудочно-кишечного тракта.

Продукт питания из злаков, содержащий пробиотический микроорганизм, продукт питания из злаков, содержащий метаболиты, продуцированные пробиотическими микроорганизмами, и способы их получения // 2302747

Способ разработки нефтяного месторождения // 2302521

Изобретение относится к биотехнологиям в нефтедобывающей промышленности, в частности к третичным методам повышения нефтеотдачи пластов путем комплексного воздействия на пласт микроорганизмами и химическими реагентами.

Способ получения липополисахаридной композиции, содержащей липид а, липополисахаридная композиция, содержащая липид а, 3-o-дезактивированный 4 -монофосфориллипид а // 2302463

Изобретение относится к области биотехнологии и микробиологии и может быть использовано в медицине и фармацевтической промышленности. .

Штамм бактерии arthrobacter species mn372-продуцент эндонуклеазы рестрикции asi372i, узнающей и расщепляющей последовательность нуклеотидов 5 -atgcat-3 // 2302459

Изобретение относится к области микробиологии и может быть использовано в микробиологической промышленности и в генной инженерии. .

Пробиотический штамм lactobacillus salivarius (варианты), пробиотический препарат на их основе и способ лечения или предупреждения с использованием штаммов lactobacillus salivarius // 2302458

Изобретение относится к штаммам Lactobacillus salivarius и их использованию в качестве пробиотических бактерий, в частности в качестве иммуномодулирующих биотерапевтических агентов.

Биопрепарат для очистки окружающей среды от нефти и нефтепродуктов // 2302303

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями объектов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами и может быть использовано, например, при ликвидации нефтяных загрязнений.

Препарат "экстрагран" для стимуляции роста и защиты растений от болезней // 2302114

Изобретение относится к биотехнологии, в частности препарату, используемому в качестве биологического средства борьбы с возбудителями болезней растений и стимуляции их роста, и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Сухая питательная среда для приготовления закваски молочнокислых микроорганизмов из сухих бактериальных концентратов // 2301829

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно, к приготовлению производственных заквасок из сухих бактериальных концентратов. .

Штамм bifidobacterium gallinarum гб, испосльзуемый для получения бактерийных препаратов, биологически активных добавок к кормам, ферментированных и неферментированных кормов, предназначенных для профилактики и лечения кишечных заболеваний молодняка сельскохозяйственной птицы // 2301828

Изобретение относится к биотехнологии, микробиологической промышленности и ветеринарии и может быть использовано в производстве бактерийных препаратов, биологически активных добавок к кормам, заквасок, ферментированных и неферментированных кормов для молодняка сельскохозяйственной птицы с целью профилактики и лечения кишечных заболеваний молодняка сельскохозяйственной птицы.

Биопрепарат для очистки окружающей среды от нефти и нефтепродуктов // 2302303

Штамм rhodococcus globerulus н-42 для разложения нефти и нефтепродуктов // 2300561

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологической промышленности, и касается новой культуры микроорганизмов, разрушающих нефть и нефтепродукты.

Способ обезвреживания нефтяного шлама // 2300430

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологической очистке нефтяных шламов. .

Штамм rhodococcus globerulus для разложения нефти и нефтепродуктов // 2299239

Биосорбент для очистки водной поверхности от нефти и нефтепродуктов // 2299181

Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано для очистки водной поверхности от нефти и нефтепродуктов. .

Способ получения бактериального препарата родер для очистки почв, почвогрунтов, нефтешламов, пресных и минерализованных вод от нефти и нефтепродуктов // 2295403

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам получения препаратов-нефтедеструкторов, применяемых для очистки почв и воды, загрязненных нефтью.

Система очистки сточных вод // 2293064

Изобретение относится к устройствам биологической очистки сточных вод и может быть использовано для отвода и очистки поверхностных стоков дождевых, талых и поливомоечных вод.

Штамм бактерий pseudomonas alcaligenes, используемый для очистки почв, грунтовых и поверхностных вод от тринитротолуола // 2292392

Изобретение относится к микробиологии в частности для получения биопрепарата для очистки почвы, грунтовых и поверхностных вод при попадании в окружающую среду тринитротолуола.

Штамм бактерий pseudomonas putida, используемый для очистки почв, грунтовых и поверхностных вод от тринитротолуола // 2292391

Изобретение относится к области микробиологии, в частности для получения биопрепарата для очистки почвы, грунтовых и поверхностных вод при попадании в окружающую среду тринитротолуола.

Способ стерилизации жидких сред // 2280395

Изобретение относится к области процессов стерилизации жидких сред и может найти применение в микробиологической, пищевой и медицинской промышленности. .

Способ обработки ила в очистном сооружении мицеллярными способами // 2303572

Изобретение относится к биотехнологии