СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ Российский патент 1995 года по МПК C02F3/34 E02B15/04 B09C1/10 C09K3/32 B09C101/00 

Изобретение относится к микробиологической утилизации нефтяных загрязнений, а точнее касается способа очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов и найдет применение для очистки и обезвреживания воды и почвы в зонах нахождения объектов нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, а также других объектах, использующих нефтепродукты.

Известен способ очистки почвы, загрязненной органическими веществами путем внесения в загрязненные слои почвы специфических микроорганизмов-бактерий рода Pseudomonas в виде водной суспензии или фиксированные на пористом носителе, например, цеолите, силикагеле, активном угле. Органическими веществами являются алканы, альдегиды и спирты нециклических углеводородов, фенолы. Обработку ведут в присутствии воды, кислорода или минеральных солей [1]
Используемые в описанном способе бактерии характеризуются ферментативной системой, расщепляющей в основном производные углеводородов парафинового ряда. Такой узкий спектр действия бактерий ограничивает возможность широкого использования способа при очистке загрязненных почв.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, включающий нанесение на поверхность загрязненных участков водной суспензии смеси специфического микроорганизма, в качестве которого используют культуру природного штамма Pseudomonas putida-36, и минерального удобрения-нитроаммофоски [2]
По данному способу введение компонентов осуществляют опрыскиванием участков, имеющих низкую степень загрязнения (до 10 кг/м²). Поэтому он может быть использован лишь при поверхностном загрязнении почвы. Как правило, при загрязнении воды и почв нефтью, последняя легко проникает по горизонту на глубину более 1 м. В основном по горизонту легко распределяются тяжелые ароматические фракции нефти, но данный вид бактерий недостаточно эффективен при деструкции ароматических фракций нефти, что ограничивает применение способа. А учитывая то, что внесение суспензии осуществляют опрыскиванием, не вызывает сомнение, что проникшие вглубь по горизонту тяжелые фракции нефти остаются необработанным и таким образом область применения и условия использования ограничены.

Известен способ ликвидации нефтяного загрязнения почвы, предусматривающий формирование, по меньшей мере одного аэрозольного облака, содержащего питательные вещества и микроорганизмы: либо бактерии родов Artrobacter, Nocardia, либо дрожжи Candida, либо актиномицеты Cladosporium [3] Облако постепенно за фиксированное время оседает на загрязненный участок почвы. Этого периода достаточно для увеличения численности микроорганизмов, до величины, достаточной для деструкции нефтяного загрязнения.

К недостаткам этого способа можно отнести только то, что так же и в предыдущем способе нанесение действующего агента проводят только на поверхность загрязненной почвы, что увеличивает время деструкции, проникших вниз по горизонту тяжелых фракций нефти, что, в свою очередь, сужает область применения способа.

В состав питательной среды входят: морская вода, сырая нефть, дрожжевой экстракт, сульфат аммония и двузамещенный фосфорнокислый калий.

Решаемая в данном случае задача сводится к созданию способа очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами путем подбора соответствующей технологической последовательности его стадий, специфических микроорганизмов с широким спектром ферментативной активности ко всему спектру нефтяных компонентов, который повышал бы степень очистки загрязненных участков как по поверхности, так и по горизонту при сокращении продолжительности процесса очистки.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На почве определяют распространение нефтяного загрязнения по поверхности и по горизонту, вводят суспензию нефтеусваивающих микромицетов и питательных веществ, содержащую культуру по меньшей мере одного микромицета, а в качестве питательных веществ используют соли, содержащие катионы аммония, калия, магния и железа (III) и анионы нитрата, фосфата и сульфата. Суспензию вносят в почву под давлением 0,4-0,8 МПа из расчета 0,4-1 л суспензии на 1 м² и 80-100 л на 1 м³ почвы, но не менее 2,8 ˙10⁵ спор на 1 мл нефтяного загрязнения. После чего проводят контроль за продуктами распада нефти и нефтепродуктов для установления необходимости повторных добавок суспензии.

Сопоставительный анализ заявленного и известного технических решений показывает, что предложенный отличается тем, что в нем используют культуру по меньшей мере одного микромицета, устанавливают нефтенасыщенность загрязненных участков почв, при этом суспензию содержащую биологический агент и питательные вещества вводят непосредственно в почву. При этом отличием предложенного способа от известного, взятого в качестве прототипа является также то, что определены величины давления, под которым суспензию закачивают в почву, равные 0,4-0,8 МПа, расход суспензии на единицу загрязненной почвы как по площади так и по объему, равные 0,4-1 л на 1 м² и 80-100 на 1 м³ почвы соответственно. Кроме этого, суспензия дополнительно содержит каитоны магния и железа и анионы нитрата.

Применение предложенного способа обеспечивает эффективную очистку участков почвы со степенью загрязнения более 10% в течение 1-1,5 лет при глубине загрязненности до 2 м.

Из всех групп микроорганизмов микромицеты являются наиболее устойчивыми к техногенным загрязнениям, обладают мощной ферментативной системой, т.е. большим набором ферментов, обильным спорообразованием. Введение в загрязненные участки питательных веществ и спор активного нефтеусваивающего штамма приводит к расщеплению нефти или нефтепродуктов. Введенная культура микромицета или микромицетов консорциум расщепляет только ароматические и циклические соединения, используя их в качестве единственного источника углерода. Естественная микрофлора почвы усваивает образующиеся при этом нециклические продукты распада нефтепродуктов, причем ее жизнедеятельность стимулируется за счет вводимых в почву питательных веществ, что ускоряет процесс очистки.

В качестве микромицетов можно использовать микромицеты родов Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Mucor. Из рода Penicillium предпочтение следует отдать штамму Penicillium sp. ЦМПМ F-107.

Следует отметить, что возможно использовать смеси названных микромицетов или одного какого-либо вида или штамма в виде порошка, естественно с минеральными добавками в случае поверхностной обработки загрязненных участков.

Среда для культивирования микромицетов это по сути модифицированная среда Чапека, в которой отсутствует сахароза, поскольку источником углерода в данном случае при внесении микромицетов с питательной средой в почву источником углерода является само нефтяное загрязнение. Состав среды для культивирования микромицетов содержит: цитрат натрия, двузамещенный фосфонокислый калий, сульфат магния, хлористый калий, сульфат железа, сырая нефть.

Предлагаемый способ может быть использован при поверхностном и глубинном загрязнении почвы нефтью и нефтепродуктами. В случае поверхностного загрязнения рекомендуется вносить на 1 м² 0,4-1 л водной суспензии, содержащей не менее 10⁵ спор на 1 мл, а питательных веществ не менее 6 г на 1 л. При поверхностном загрязнении почву необходимо подвергать глубокому взрыхлению для создания оптимальных условий жизнедеятельности грибов, для этого почву боронуют после внесения суспензии. Обычно содержание нефти и нефтепродуктов в почве не превышает 15 мас. поэтому указанное количество суспензии обеспечивает максимально эффективную очистку при минимальных экономических затратах.

Для определения количества суспензии необходимого для внесения в почву устанавливают нефтенасыщенность почвы, для чего пробуривают ряд скважин и закачивают в них растворы поверхностно-активных веществ до вытеснения на поверхность почвы, образующейся при этом водной эмульсии нефти или нефтепродуктов. По радиусу распространения этой эмульсии определяют требуемое количество буровых скважин. В зависимости от степени и глубины проникновения загрязнения количество скважин может достигать 30-40 штук на 1 га.

В качестве нефтевытесняющего агента может применяться среда для культивирования микромицетов.

Целесообразно закачивать в скважину 60-80 л водных растворов питательных веществ. После определения распространения загрязнения по горизонту почвы осуществляют дозированное внесение водной суспензии нефтеусваивающего микромицета и питательных веществ из расчета 80-100 л на 1 м³ при давлении 0,4-0,8 МПа. Давление определяется глубиной проникновения загрязнения, составляющей обычно от 20 см до 1,5 м. Количество водной суспензии определяется насыщением почвы нефтью или нефтепродуктами, а также ее структурой.

После обработки загрязненных участков почвы проводят контроль за продуктами распада нефти или нефтепродуктов для определения добавок смеси нефтеусваивающего микромицета и питательных веществ. Контроль за продуктами распада осуществляют химическими и спектральными анализами по общепринятым методикам в течение пpоцесса очистки. Сам процесс очистки почвы продолжается от 0,5 до 1 года, добавление повторное суспензии может проводиться 2-3 раза в период очистки.

П р и м е р 1. Пахотные земли площадью 20 га загрязнены нефтью в количестве 4000 т в результате аварии нефтепровода. Распространение нефти по поверхности определяли визуально, а по горизонту путем бурения 650 скважин на 20 га. В одну скважину закачивали 60-80 л водного раствора минеральных солей, имеющего состав, г/л: NaNO₃ 3,0 K₂HPO 2,0 MgSO₄ ˙7H₂O 0,5 KCL 0,49 FeSO₄ ˙7H₂O 0,01
По вытесненной на поверхность водной эмульсии нефти определяли загрязненные участки. Было выявлено загрязнение нефтью по горизонту на глубину от 0,6 до 1,5 м. Загрязненные участки подвергали глубокому рыхлению и орошали водным раствором минеральных солей указанного выше состава из расчета 1000 л на 20 га.

Подготовленную почву подвергали поверхностной обработке путем орошения загрязненных участков водной суспензией, состоящей из питательных солей названного выше состава и штамма Penicillium sp. ЦМПМ F-107 из расчета 1 л на 1 м² (2,8˙10⁵ спор на 1 мл нефти). За два месяца после первичной обработки содержание нефти, определенное химическим анализом в поверхностном слое до 8 см, снизилось на 10-15% Растительность отсутствовала, появились новые виды микрооpганизмов. Была проведена повторная обработка водной суспензией.

Через 0,5 года пробурили скважины на глубину от 0,6 до 1,5 м. Количество скважин составило 350. Дозированное распределение водной суспензии по горизонту почву проводили под давлением 0,4-0,8 МПа. Введение водной суспензии в скважину глубиной 0,6-0,7 м осуществлялось при давлении 0,5-0,6 МПа, глубиной 0,7-1,5 м при давлении 0,8 МПа. Количество водной суспензии в одну скважину составляло 60-100 л в зависимости от ее глубины. Радиуса распространения суспензии 1,5-2 м зависит от давления ее подачи в скважину. Было израсходовано на 1 га загрязненных участков 2 т водной суспензии, содержащей 100-120 кг минеральных солей.

За год после поверхностной и глубинной обработки утилизировалось от 80 до 90% нефти, содержащей в почве на глубине до 1,5 м. Поверхность почвы стала рыхлой, легко вспахивалась. Часть площади засеяли кукурузой, часть суданкой, Всхожесть 100% по внешнему виду растительность такая же как и на незагрязненных нефтью полях.

П р и м е р 2. В биологические матрацы помещали 20 г почвы и 20 мл нефти и споровая суспензия грибов Aspergillus amstelaclani. Споровая суспензия вносилась из расчета 2,8˙10⁵ спор на 1 мл нефти. За период 15а-ти суточного термостатирования при 27^оС утилизировано 85% нефти. Аналогичные результаты получены при применении микромицета Aspergillus versicolor.

П р и м е р 3. В биологические матрацы на 200 г почвы вносили 20 мл нефти, после чего вносили споровую суспензию, содержащую 2,8˙10⁵ спор Tricyoderma konigi. За период 15-ти суточного термостатирования утилизировано 87% нефти.

П р и м е р 4. В биологические матрацы вносили 200 г почвы и 20 мл нефти и споровую суспензию Penicillium shzisogenum. За 15-ти суточный период термостатирования утилизировано 96% нефти. Аналогичные результаты получены с микромицетом Penicillium notatum.

П р и м е р 5. В биологические матрацы на 200 г почвы вносили 20 мл нефти и споровой суспензии гриба Mucor rasemosus в том же соотношении, что и примерах 2-4. После 15-ти суточного инкубирования утилизировано 97% нефти.

П р и м е р 6. В биологические матрацы на 200 г почвы вносили 20 мл нефти и споровую суспензию микромицетов: Aspergillus amsteladani, Aspergillus versicolor, Trichoderma konigi, Penicillium chzisogenum, P.notatum, Mucor rasemocus в общем количестве не менее 2,8 ˙10⁵ спор на 1 мл нефти. За 15-ти суточное инкубирование утилизировано 99,5% нефти.

П р и м е р 7. В почве в естественных условиях, при загрязнении 1 г нефти на 1 г почвы консорциумом, в состав которого вошли микромицеты Aspergillus amsteladani, A. versicolor, Trichoderma konigi, Penicillium chzisogenum, Pen. notatum, Mucor rasemocus утилизировано за 1 год 63% нефти.

Использование: микробиологическая утилизация почвенных нефтяных загрязнений. Задача решается тем, что предлагается способ очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов путем обработки загрязненных участков специфическим микроорганизмом и питательными веществами для микроорганизмов. Сущность: обработка почвы включает определение распространения нефти и нефтепродуктов по поверхности и/или горизонту загрязненных участков, дозированное распределение специфического микроорганизма и питательных веществ для микроорганизмов по поверхности и/или горизонту загрязненных участков, осуществление контроля за продуктами распада нефти и нефтепродуктов для определения повторных добавок нефтеусваивающего штамма и питательных веществ. В качестве специфического микроорганизма используют по меньшей мере один нефтеусваивающий штамм микромицетов, например Penicillium ЦМПМ F-107. 6 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ, предусматривающий периодические внесение в почву суспензии микроорганизмов, включающей питательные вещества, содержащие катионы аммония, калия и анионы фосфата и сульфата, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют по меньшей мере один нефтеусваивающий вид или штамм микромицетов, выбранных из родов Penicillium, Mucor, Aspergillus, Trichoderma. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нефтеусваивающего штамма используют штамм Penicillium Sp. ЦМПМ F-107. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют распространение нефтяного загрязнения по горизонту почвы путем бурения скважин и закачки водных растворов поверхностно-активных веществ до вытеснения на поверхность почвы образующейся водной эмульсии нефтепродуктов. 4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что внесение водной суспензии микромицетов и питательных веществ осуществляют под давлением 0,4 0,8 МПа. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве питательных веществ дополнительно используют соли, содержащие катионы магния, железа (III) и анионы нитрата. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что водную суспензию микромицетов и питательных веществ вносят из расчета от 0,4 до 1 л суспензии на 1 м² почвы, но не менее 2,8 · 10⁵ спор на 1 мл нефтяного загрязнения. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что водную суспензию микромицетов и питательных веществ вносят по горизонту почвы из расчета от 80 до 100 л на 1 м² почвы, но не менее 2,8 · 10⁵ спор на 1 мл нефтяного загрязнения.