Способ очистки почв, загрязненных полихлорированными бифенилами и другими токсичными соединениями

Изобретение относится к биотехнологии и экологии. Для очистки почв, загрязненных хлорароматическими токсикантами, вводят в почву гуматы и бактерии штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в дозах 10⁶-10⁷ кл/г почвы. В качестве гуматов используют препарат «Гумиком» в концентрации 0,01-1,0% в расчете на массу почвы. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки почв. 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к биотехнологии и касается очистки почвы от загрязнения хлорароматическими токсикантами.

Известны хлорароматические токсиканты, например, такие как полихлорированные бифенилы (далее ПХБ), гексахлорбензол, гексахлорциклогексан (линдан), дихлордифенилтрихлорэтан (далее ДДТ), дихлордифенилдихлорэтан (далее ДДД), S-(2,3,3-трихлораллил)-N,N-диизопропилтиокарбамат (гербицид триаллат), фталаты.

ПХБ являются одними из токсичных и стойких химических соединений. При этом на территориях производств данных веществ были загрязнены почвы, которые наряду с ПХБ содержат и другие высокотоксичные соединения, производившиеся ранее или являющиеся побочным продуктом химического производства.

Известны способы очистки сред от ПХБ, основанные на сжигании, термической десорбции, обработки химическими реагентами (см., например, описания изобретений к патентам RU 2079052, МПК 6 F23G 7/00, дата публикации 10.05.1997; 2151435, МПК 7 G21F 9/00, G21F 9/28, В09С 1/00, дата публикации 20.06.2000; 2250123, МПК 7 A62D 3/00, В09В 3/00, F23G 5/20, В09С 1/06, В09С 1/08, Е01Н 12/00, дата публикации 20.04.2005).

Их недостатками являются трудоемкость, необходимость больших экономических затрат, сильное негативное воздействие на почву, в ряде вариантов ее полное уничтожение.

Известны штаммы микроорганизмов, способные к деградации ПХБ и предлагаемые для очистки почвы от данных соединений (см., например, описания изобретений к патентам RU 2155803, МПК 7 C12N 1/16, В04С 1/10, C02F 3/34, C12N 1/20, C12R 1:05, дата публикации 10.09.2000; 2155804, МПК 7 C12N 1/20, В09С 1/10, C02F 3/34, C12N 1/20, C12R 1:05, дата публикации 10.09.2000; 2262531, МПК 7 C12N 1/20, C02F 3/34, В09С 1/10 (C12N 1/20, C12R 1:01).

Недостатком указанных изобретений является то, что бактерии неспособны к деградации других токсичных соединений.

Наиболее близким к предлагаемому средству очистки почвы является способ деструкции хлорорганических пестицидов (фюзилад-форте, зенкор, чистолан, 2М-4Х, пума-супер) с помощью почвенной ассоциации микроорганизмов в условиях аэрации при внесении в загрязненный объект гумат калия в количестве 300 г/кг (см., например, описание изобретения к патенту RU 2448786, МПК В09С 1/10, дата публикации 27.04.2012), а также способ детоксикации почв, загрязненных ПХБ, путем внесения высоких доз гуматов, согласно которому внесение 4% гуматов в почву, изначально содержавшую 10 мг/кг ПХБ, уменьшало их токсическое действие на растения на 80%, при внесении 8% гуматов - нейтрализовывало полностью (см. Егорова Д.О., Корсакова Е.С., Демаков В.А., Плотникова Е.Г. Деструкция ароматических углеводородов штаммом Rhodococcus wratislaviensis КТ1127, выделенным из отходов соледобывающего предприятия // Прикладная биохимия и микробиология. 2013. Т. 49. №3. С. 267-278).

Заявленный способ отличается от первого способа спектром загрязнителей, от которых очищается почва. От второго способа отличается также большим разнообразием разрушаемых соединений загрязнителей почвы, наличием фосфатов в препарате «Гумиком» и меньшей концентрацией вносимых гуматов (максимальная предлагаемая концентрация 1%). Так как при внесении 4 и 8% гуматов в почву по известному способу (см. Егорова Д.О., Корсакова Е.С., Демаков В.А., Плотникова Е.Г. Деструкция ароматических углеводородов штаммом Rhodococcus wratislaviensis КТ1127, выделенным из отходов соледобывающего предприятия // Прикладная биохимия и микробиология. 2013. Т. 49. №3. С. 267-278) наблюдалось связывание ПХБ с гуматами в комплекс, при этом дальнейшее поведение связанных гуматами ПХБ является неисследованным.

В предлагаемом способе происходит ускорение деструкции хлорароматических токсикантов под влиянием бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 и препарата «Гумиком».

Техническим результатом является повышение степени очистки почв.

Способ заключается в том, что вводят в почву гуматы, и отличается от ближайшего аналога тем, что вводят в почву бактерии штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в дозах 10⁶-10⁷ кл/г почвы и препарат «Гумиком» в концентрации 0,01-1,0% в расчете на массу почвы.

Препарат «Гумиком» представляет собой гумино-минеральный комплекс, полученный на основе гуминовых веществ. Выпускается согласно ТУ 2186-002-13787869-2009 и техническому регламенту TP 013-13787869-2009. Препарат «Гумиком» является продуктом однократной экстракции бурого угля гидроксидом калия с последующим осаждением их фосфорной кислотой. Применяется для повышения содержания гумуса, предпосевной обработки семян, корневой и внекорневой обработки, как самостоятельное удобрение, так и в смеси с любыми протравителями, гербицидами, средствами защиты растений и минеральными удобрениями. Также применяется для опрыскивания почвы перед вспашкой (культивацией). Содержит большое количество питательных элементов и способствует их лучшему усвоению корневой системой растения. Поддерживает высокую реактивность почвы, улучшает растворимость минералов посредством стимуляции корневой системы и точки роста корня. Повышает проницаемость клеточных стенок корня. Активизирует почвенную микрофлору. Выпускается в трех препаративных формах, различающихся влажностью и, соответственно, содержанием сухого продукта - марки А, Б, В (см. табл. 1).

Введение бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в дозах 10⁶-10⁷ кл/г почвы и препарата «Гумиком» в концентрации 0,01-1,0% в расчете на массу почвы для очистки почв, загрязненных хлорароматическими токсикантами (в частности, ПХБ, гексахлорбензолом, линданом, ДДТ, ДДД и триаллатом), предложено впервые, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Пример 1

Для оценки влияния препарата «Гумиком» на деструкцию загрязнителей аборигенными микроорганизмами в почву, содержащую ПХБ, гексахлорбензол, линдан, ДДТ, ДДД, триаллат и фталаты, отобранную с промышленной площадки (г. Чапаевск Самарской области), вносили данный препарат в дозах от 0,0001 до 1% от массы почвы в расчете на концентрацию в препарате гумата. Через 3 месяца оценивали содержание загрязнителей в почве и с использованием хромато-масс-спектрометра Agilent 6890N (Agilent Technology, США).

Через 3 месяца отмечено снижение концентрации загрязнителей в почве, обработанной препаратом «Гумиком» в концентрациях от 0,01% до 1% массы почвы относительно необработанной почвы. В целом отмечается увеличение деструкции загрязнителей с повышением дозировки добавления препарата «Гумиком» (табл. 2).

Внесение в почву препарата в концентрациях 0,0001 и 0,001% массы почвы не оказало положительного воздействия на убыль большей части загрязнителей. Снижение концентрации загрязнителей в варианте опыта с добавлением в почву препарата в дозе 1% массы почвы составило для гексахлорбензола в 1,8, линдана - в 2,3, ПХБ - 1,4, ДДТ и ДДД - в 1,1, триаллата - в 1,5 раза, фталатов - в 2,6 раза. В варианте с концентрацией препарата в почве 0,1% массы почвы данное уменьшение содержания загрязнителей составило для гексахлорбензола в 1,3, линдана - в 1,3, ПХБ - 1,4, ДДТ и ДДД - в 1,3, триаллата - в 1,5, фталатов - в 4,5 раза. В варианте с добавлением препарата в почву в дозе 0,01% массы почвы произошло снижение загрязнителей (гексахлорбензола, линдана, ПХБ, ДДТ и ДДД, фталатов) в 1,5, 1,9, 1,2, 1,1, 3,6 раза соответственно. Концентрация триаллата в данном варианте относительно варианта с почвой без обработки не уменьшилась (см. табл. 2).

Пример 2

Для определения воздействия препарата «Гумиком» на деструктивную активность интродуцированных микроорганизмов в почву, отобранную с промышленной площадки г. Чапаевск Самарской области, вносили бактерии из расчета 10⁶ и 10⁷ кл/г почвы в сочетании с ее обработкой данным препаратом в дозах 0,01-1% массы почвы. В качестве примера бактерии-деструктора использован штамм Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7, обладающий способностью к разрушению широкого спектра соединений: нафталин, бифенил, бензол, толуол, фенол, орто-фталиевая кислота, бензойная кислота.

Через 14 дней оценивали содержание загрязнителей в почве и с использованием хромато-масс-спектрометра Agilent 6890N (Agilent Technology, США).

Через 14 дней добавление препарата «Гумиком» не оказало положительного эффекта на деструкцию загрязнителей в почве. Исключение составляет триаллат, увеличение убыли которого относительно почвы без обработки при добавлении препарата в дозах 0,1 и 1% массы почвы составило 1,6 и 1,4 раза соответственно (см. табл. 3).

Добавление бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 оказало через 14 дней большее воздействие на снижение концентрации загрязнителей, чем внесение препарата «Гумиком», за исключением гексахлорбензола, концентрация которого также не уменьшилась. При инокуляции бактерий в дозах 10⁶ и 10⁷ кл/г почвы уменьшение содержания загрязнителей составило для линдана в обоих вариантах в 1,2 раза, ПХБ - в 1,4 и 1,2, ДДТ и ДДД - в 1,5 и 1,2 соответственно, триаллата в обоих случаях - в 1,4 раза.

Штамм Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 выделен из техногенно-минеральных образований производства калийно-магниевых солей ОАО «Уралкалий» (г. Березники, Пермский край) методом накопительного культивирования на среду Раймонда состава (г/л): NH₄NO₃ - 2.0, MgSO₄×7H₂O - 0.2, К₂НРО₄ - 2.0, Na₂HPO₄ - 3.0, CaCl₂×6H₂O - 0.01, Na₂CO₃ - 0.1, с добавлением орто-фталиевой кислоты - 1 г/л. Полученный штамм бактерий Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ) ИЭГМ им. Г.К. Скрябина РАН под номером ВКМ Ac-2623D.

Характеристика штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7

Аэроб. Хемоорганотроф. В состав клеточной стенки входят миколовые кислоты. Клетки граммоположительные, неподвижные, не образуют спор, каталазоположительные. При развитии бактериальная культура характеризуется жизненным циклом кокк-палочка-кокк. Штамм растет при температуре 10-45°С с оптимумом роста 28°С.

На богатой агаризованной среде Раймонда, содержащей (г/л): триптон - 5, дрожжевой экстракт - 2.5, NaCl - 10, агар - 1, образует непрозрачные округлые, матовые, светло-розовые колонии. Штамм способен к росту в диапазоне концентрации NaCl от 0 до 10%. При росте на минеральной среде Раймонда не нуждается в дополнительных факторах роста. Использует в качестве источника углерода нафталин, бифенил, бензол, толуол, фенол, орто-фталиевую кислоту, бензойную кислоту (см. Егорова Д.О., Корсакова Е.С., Демаков В.А., Плотникова Е.Г. Деструкция ароматических углеводородов штаммом Rhodococcus wratislaviensis КТ1127, выделенным из отходов соледобывающего предприятия // Прикладная биохимия и микробиология. 2013. Т. 49. №3. С. 267-278).

Совместное внесение бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 и препарата «Гумиком» оказало наибольший положительный эффект на очистку почвы от загрязнителей, в большинстве случаев содержание загрязнителей относительно почвы с инокуляцией бактерий без препарата уменьшилось. Исключение составляют варианты с инокуляцией бактерий в концентрации 10⁶ кл/г, содержание триаллата, линдана и ПХБ не снизилось при внесении препарата «Гумиком» в концентрации 0,01%, ДДТ и ДДД при добавлении препарата в концентрации 0,1 и 1%, фталатов - при всех использованных концентрациях препарата

При добавлении бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в концентрации 10⁶ кл/г почвы и препарата «Гумиком» в дозах 0,01, 0,1 и 1% содержание гексахлорбензола снизилось относительно почвы с обработкой одними бактериями в 1,2, 1,3 и 1,5 раза соответственно. Содержание линдана в почве снизилось при внесении препарата в концентрации 0,1 и 1% в 1,4 и 1,7 раза, ПХБ - в 1,4 и 1,6 раза соответственно, ДДТ и ДДД при добавлении препарата 0,01% - в 1,2 раза.

В вариантах с внесением бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в концентрации 10 кл/г массы почвы и препарата «Гумиком» в дозах 0,01, 0,1 и 1% массы почвы убыль гексахлорбензола составила относительно почвы, обработанной одними бактериями, в 1,3, 2,0 и 1,7 раза, линдана - в 1,2, 2,6 и 3,5 раза, ПХБ - в 1,3, 1,4 и 1,4 раза, ДДТ и ДДД - в 1,3, 1,1 и 1,2 раза, фталатов в 1,2, 1,6 и 1,7 раза соответственно (см. табл. 3).

Таким образом, установлено положительное воздействие внесения бактерий штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в концентрации 10⁷ кл/г почвы и препарата «Гумиком» в дозах 0,01-1% массы почвы на очистку почвы, содержащей ПХБ, гексахлорбензол, линдан, ДДТ, ДДД, триаллат, фталаты.

Способ очистки почв, загрязненных хлорароматическими токсикантами, включающий введение в почву гуматов, отличающийся тем, что вводят в почву бактерии штамма Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в дозах 10⁶-10⁷ кл/г почвы и препарат «Гумиком» в концентрации 0,01-1,0% в расчете на массу почвы.