Биопрепарат для очистки почвы и шламов от нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к промышленной микробиологии. Биопрепарат содержит гидролизат, содержащий продукт анаэробной ферментации смеси листьев растений, свекольной или тростниковой мелассы и воды, взятых в заданных соотношениях, и культуральную жидкость, образованную в процессе получения микробной массы аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов при заданном соотношении компонентов. Изобретение позволяет повысить степень очистки и сократить время очистки почв от нефти, нефтепродуктов и шламов. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при очистке загрязненных нефтью почв и шламов.

Данные государственной статистической отчетности, представленные в Концепции развития нефтегазового комплекса России, показывают, что среди основных показателей загрязнения окружающей среды объектами нефтяной промышленности наиболее существенными являются углеводороды (44,9% суммарного выброса). Основными источниками поступления в окружающую среду нефти и нефтепродуктов являются нефтезагрязненные отходы - шламы и сточные воды. В практике рекультивационных работ при очистке нефтезагрязненных земель и шламов использование биопрепаратов нефтеокисляющего действия занимает важную роль.

Известен биопрепарат для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов, состоящий из, мас.%: 40-45 органического или минерального твердого субстрата, 1-1,5 нормальных парафинов C₁₂-C₁₈, 0,05-0,25 аммония щавелевокислого, 58,95-53,25 воды и живых аэробных нефтеокисляющих бактерий (в частности, Mycobacterium, Pseudomonas, Rhodococcus), выращенных на твердых субстратах-носителях с разными титрами, взятых в эффективном количестве (кл/г препарата) (RU 2053205, 1996).

Недостаток данного препарата заключается в том, что его использование рассчитано на летний период года, при этом биопрепарат имеет низкую устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам.

Более близким к изобретению является биопрепарат для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов (RU 2501852, 2012).

Указанный биопрепарат представляет собой биодеструктор нефтяного загрязнения, который, в свою очередь, представляет собой фугат культуральной жидкости микробной массы консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов, иммобилизованный на торфоносителе. При этом в состав консорциума входят: штамм бактерий Rhodococcus eqvi НИИ ККМ В-1115, штамм дрожжей Rhodotorula glutinis НИИ ККМ Y-1114 и штамм дрожжей Rhodotorula glutinis НИИ ККМ Y-1113, взятые при соотношении 1:1:1 соответственно, выращенные совместно.

Недостаток данного препарата заключается в использовании в его составе интродуцированных штаммов УОМ (углеводородоокисляющие микроорганизмы), при этом не известны степень их адаптации в местах обработки и реакция местной микрофлоры на их присутствие. Препарату свойственна также низкая степень очистки, составляющая 10-40%, и повышенное время очистки - до 6 месяцев. Таким образом, известный биопрепарат недостаточно эффективен.

Задача изобретения заключается в получении более эффективного биопрепарата.

Поставленная задача достигается созданием биопрепарата для очистки почвы и шламов от нефти и нефтепродуктов, содержащего гидролизат - продукт анаэробной ферментации смеси листьев растений, свекольной или тростниковой мелассы и воды, взятых в мас.%:

листья растений	25-35
меласса	15-25
вода	остальное до 100

и культуральную жидкость, образованную в процессе получения микробной массы аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культуральная жидкость	25-35
гидролизат	остальное до 100

Технический результат состоит в создании биопрепарата, обладающего повышенной степенью очистки и пониженным временем процесса очистки почв от нефти и нефтепродуктов.

Описываемый биологический препарат (биопрепарат БИОЛ) - это жидкий микробно-ферментный препарат, являющийся деструктором нефтяного загрязнения. Препарат представляет собой полностью натуральный биологический деструктор нефтяных углеводородов, предназначенный для экологически безопасной очистки почвенных покровов, песка, шламов и других неагрессивных сред от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, такими как, например, бензин, дизельное топливо, мазут, моторные масла, сырая нефть.

Описываемый биопрепарат БИОЛ получают следующим образом.

Из почвы, подвергшейся загрязнению нефтью, нефтепродуктами, берут почвенные пробы, из которых выделяют доминирующие по численности углеводородокисляющие штаммы, известными способами культивируют их на питательной среде.

Аборигенные штаммы углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) представляют из себя, как правило, такие штаммы, как, например, Bacillus mycoides, Bacillus cereus, Bacillus gladioli, aeromonas hydrophila, Bacillus cepacia, Pseudomonas aureginosa, Pseudomonas fluorecens, Bacillus lentus, Aeromonas hidrophila, Bacillus thurigensis, Pseudomonas putida, Aeromonas caviae, Pseudomonas luteola, Bacillus lichenformis, Lactobacillus crispatus, Pseudomonas oryzihabitns, Bacillus megaterium, Chryseobacterium indolgenes, Bacilluas pseudomanei или их смеси. Получают их путем выделения из обработанных нефтезагрязненных почв на питательной среде, например, следующего состава: NaCl - 24 г/л, KCl - 0,7 г/л, KH₂PO₄ - 2,0 г/л, MgSO₄·7H₂O - 1 г/л, Na₂HPO₄ - 3,0 г/л, NH₄NO₃ - 1,0 г/л, нефть - 10 мл/л.

Проводят выращивание выбранных на основании определения каталазной активности и патогенности культур микроорганизмов (процесс получения микробной массы аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов) в биореакторе с получением культуральной жидкости. Указанный процесс проводят при комнатной температуре (например, 37°C), pH 7, атмосферном давлении.

В качестве листьев растений возможно использовать листья разнообразных растений, таких как, например, листья однолетних, двулетних и многолетних травянистых растений, в частности листья крапивы, листья многолетних вьющихся растений, в частности листья пуэрарии, листья древесных и вечнозеленых растений, а также их смесь. При этом желательно использовать листья растений, содержащие повышенное количество азота.

Свежесрезанные листья измельчают и загружают в пластиковый биоферментатор, затем добавляют тростниковую или свекольную мелассу (патока) и воду с получением смеси указанных компонентов. При этом используют смесь листьев растений, тростниковую или свекольную мелассу и воду, взятых в соотношении, мас.% : листья растений 25-35; меласса 15-25; вода - остальное до 100. Биоферментатор герметично закрывают крышкой для предотвращения поступления воздуха и проводят процесс анаэробной ферментации вышеоговоренной смеси с получением продукта анаэробной ферментации - гидролизата. Указанный процесс проводят при температуре, например, 20-35°C, атмосферном давлении в течение 1-3 недель. Используемый биоферментатор должен иметь клапан, подсоединенный к емкости с водой для выхода метана. В полученный продукт анаэробной ферментации указанной смеси - гидролизат - добавляют культуральную жидкость в количестве 25-35 мас.%

При этом добавление культуральной жидкости осуществляют при комнатной температуре за день перед внесением препарата в почву.

Описываемый препарат БИОЛ вносят в почву из расчета 0,15-1,5 л/м³. Указанная концентрация выбрана на основании лабораторных испытаний с учетом эффективности действия на почву и экологической безвредности для компонентов агроэкосистемы.

Пример.

Пример иллюстрирует получение биопрепарата на территории Эквадора, на нефтезагрязненных почвах нефтяного месторождения Аука.

В данном примере в качестве аборигенной культуры используют культуру Bacillus mycoides, являющуюся аборигенной, выделенной из данных почв. Культура Bacillus mycoides образует характерную поверхностную паутиновидную пленку, которая в пробирке располагается в форме конуса основанием вверх. Культура формирует ризоидные, белесые, непрозрачные, плоские колонии на твердой питательной среде. Колонии белые, ярко-розовые, выпуклые, гладкие, блестящие, слизистые, край ровный. Клетки овальные, 3-7×4-15 мкм, почкование полярное.

Проводят нарабатывание биомассы указанной культуры микроорганизмов Bacillus mycoides. Процесс проводят в биореакторе Daihan Scientific 50 liters при температуре 37°, давлении 101,33 Па и 110 оборотах в минуту в течение 12 час.

Нарабатывание проводят в среде состава:

NaCl	24 g/L
KCl	0.7 g/L
KH2PO4	2.0 g/L
MgSO4·7H2O	1.0 g/L
Na2HPO4	3.0 g/L
NH4NO3	1.0 g/L
Нефть	10 ml
pH	7

Конечная концентрация биомассы в полученной культуральной жидкости составляет 1×10¹² КОЕ/л.

Свежесрезанные листья крапивы и пуэрарии, взятые в массовом соотношении 1:1, в количестве 30 мас.% измельчают и загружают в 200-литровый пластиковый биоферментатор. При постоянном перемешивании в биоферментатор добавляют 20 мас.% тростниковой мелассы (побочный продукт производства тростникового сахара) и 50 мас.% воды. Затем биоферментатор герметично закрывают крышкой с целью исключения поступления воздуха. Биоферментатор имеет клапан, подсоединенный к емкости с водой, для выхода метана. Затем проводят процесс анаэробной ферментации вышеоговоренной смеси в течение 2 недель для образования продукта анаэробной ферментации смеси - гидролизата.

В полученный продукт анаэробной ферментации указанной смеси (гидролизат) добавляют образованную ранее культуральную жидкость в количестве 30 мас.%. Добавление культуральной жидкости осуществляют при комнатной температуре за день перед внесением препарата в почву.

Полученный препарат содержит штамм живых аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов в жидкой среде в концентрации, равной 1×10⁴ КОЕ/л, а также натуральные микробные ферменты, минеральные соли азота, калия, фосфора вследствие использования гидролизата.

Для изучения эффективности применения биопрепарата на территориях нефтезагрязненных земель проводят полевые эксперименты на двух полигонах биоремедиации земель: Кононако 20 и Кононако 26.

БИОЛ вносят в почву из расчета 0,5 л/м³.

Отбор проб из буртов проводят методом случайных выборок с помощью пробоотборников. Образцы отбирают из полигонов Кононако 20 и Кононако 26 перед началом эксперимента, а также через 2 и 4 мес. после начала обработки. Суммарное содержание углеводородов нефти (УВН) в грунте определяют по методике US ЕРА Method 8270 (GC-FID), а суммарное содержание полиароматических углеводородов (ПАУ) - по методике US ЕРА Method SW-846 No 8310, в которой определение углеводородов в экстрактах проводят с помощью высокоэффективной жидкостной хромотографии.

В таблице приведены исходные концентрации основных загрязняющих веществ в грунтах, которые использовались в эксперименте по биоремедиации. Содержание (УВН) в буртах колебалось в пределах 2688-5735 мг/кг и 4574-7173 мг/кг, соответственно, что в несколько раз превышает их предельно допустимый уровень (ПДК). В исходных грунтах обнаружены также ПАУ в концентрациях, превышающих допустимый уровень в 1,5-2,8 раз. Уровень тяжелых металлов (кадмия, никеля и свинца) в этих грунтах не превышал ПДК для этих потенциальных загрязнителей.

В результате использования описываемого биопреперата через 2-3 мес. после начала обработки содержание УВН в грунте снизилось до предельно допустимого уровня (<1000 мг/кг). Через 3 или 4,5 мес. суммарное содержание УВН практически во всех грунтах не превышает предельно допустимый уровень или отличается от него незначительно. Через 4,5 мес. содержание нефти в грунтах на полигоне Кононако 20 снизилось на 89-95%, а на полигоне Кононако 26 - на 92-97% и достигло уровня 215,19-365,92 мг/кг, что более чем в 3 раза ниже ПДК.

За этот же период концентрация ПАУ в грунтах полигонов Кононако 20 и Кононако 26 снизилась на 87 и 78%, соответственно, и достигла уровня 0,30-0,38 мг/кг, что более чем в 2 раза ниже ПДК.

Испытание описываемого препарата, содержащего гидролизат на основе иных листьев растений, с использованием иных вышеописанных количеств листьев растений, свекольной или тростниковой мелассы и воды, а также компоненты - гидролизат и культуральную жидкость в других описанных выше массовых соотношениях, приводит к аналогичным результатам.

Таким образом, описываемый биопрепарат в сравнении с известным обладает повышенной степенью очистки (степень очистки повышается на 35-45% отн.) и пониженным временем процесса очистки почв от нефти и нефтепродуктов (время снижается на 60-66% отн.).

Из вышеуказанных данных также следует, что описываемый препарат возможно использовать для выращивания древесных, травянистых, кустарниковых, цитрусовых культур, следовательно, данный препарат возможно использовать как в процессах биоремедиации, так и в процессах рекультивации почв.

Биопрепарат для очистки почвы и шламов от нефти и нефтепродуктов, содержащий гидролизат - продукт анаэробной ферментации смеси листьев растений, свекольной или тростниковой мелассы и воды, взятых в мас.%:

листья растений	25-35
меласса	15-25
вода	остальное до 100,

и культуральную жидкость, образованную в процессе получения микробной массы аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культуральная жидкость	25-35
гидролизат	остальное до 100.