СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ЯДОХИМИКАТОВ Российский патент 1997 года по МПК B09C1/10 B09C101/00 

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при очистке почв от ядовитых и токсических соединений, в том числе пестицидов.

Ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве для борьбы с болезнями и вредителями растений, представляют большую опасность для экосистемы. В естественных условиях ксенобиотики подвергаются деструкции микрофлорой почвы. Однако эти процессы протекают крайне медленно. В настоящее время предлагают различные биотехнологические способы очистки почвы от избыточных количеств пестицидов, основанные на использовании микроорганизмов деструкторов ксенобиотиков.

Описывается разложение хлорированных ароматических пестицидов (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоты) с помощью микроорганизмов Pseudomonas pseudoalcaligenes штамм NRRL B-18087 (патент США N 4804629) детоксикация остатков фосфорорганических пестицидов (ФОП) и их токсичных метаболитов микроорганизмом Agrobacterium radiobacter (авт. свид. СССР N 1250572). Описывается способ деструкции пестицида 3,4-дихлоранилида водорослями Chlorella vulgaris БКМ-А-10 и Scenedesmus acuminalus УА-2-7a (авт. свид. СССР N 1560487), разложение 2-хлорбензойной кислоты микроорганизмом Pseudomonas putida YNK-1(патент США N 4803166), разложение фосфатных примесей и хлорированных углеводородов с помощью микроорганизмов Moraxella и Arthrobacter отдельно или в комбинации (патент ФРГ N 3729127), с помощью базидиального гриба Phanerochate chrysosporium, разложение некоторых токсических соединений ДДТ, полихлорфенолов, бензоперен, диоксин (патент США N 4891320).

Проведенная патентная проработка показала, что во всех описанных способах детоксикации ядохимикатов для разложения конкретных химических соединений предлагаются определенные виды микроорганизмов. Описывается в основном разложение ядохимикатов в водной среде при использовании ксенобиотиков микроорганизмами в качестве единственного источника углерода и энергии.

Наиболее близким к предлагаемому нами способу детоксикации ядохимикатов является метод разложения фосфорорганических пестицидов бактериями Bacillus megaterium, описанный в авт. свид. СССР N 1735359. По данному способу микроорганизмы Bacillus megaterium предварительно выращивают на питательной среде при 28^o в течение 2 сут, затем переносят в среду, содержащую пестициды (карбофос или гадрон) и культивируют при 28^o в течение 7 сут. Затем культуральной жидкостью обрабатывают почву, содержащую ядохимикаты. При этом за 5 сут в почве гадроны (в конц. 10 мг/кг) разлагаются на 80% карбофос (в конц. 0,31 мг/кг) на 65% В данном способе для детоксикации ядохимикатов (фосфорорганических пестицидов гадронов и карбофоса) предлагается определенный вид микроорганизма Bacillus megaterium. Следует отметить, что предлагаемый способ сложен при практической реализации, так как необходимо предварительное выращивание микроорганизма.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке биотехнологического способа детоксикации ядохимикатов различных классов и их смесей.

Технический результат улучшение экологии, упрощение способа очистки почв от ядохимикатов различных классов и их смесей, снижение экономических затрат на очистку, вследствие исключения выращивания специальных микроорганизмов деструкторов ядохимикатов и использования отходов сельского хозяйства (помета птиц и навоза крупного рогатого скота).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: в загрязненную ядохимикатами почву вносится готовый компост, полученный из навоза сельскохозяйственных животных и помета птиц, спонтанная микрофлора которого адаптирована к ядохимикатам и способна к их ускоренному разложению. Адаптация (активизация) спонтанной микрофлоры навоза сельскохозяйственных животных или помета птиц осуществляется в процессе ускоренного компостирования навоза или помета в аппаратах с принудительным перемешиванием и аэрацией в присутствии ядохимикатов в результате нескольких последовательных ферментаций при постепенном увеличении концентрации ядохимикатов в среде до 2% (вес.) максимально.

При этом в качестве засевного материала для ферментации в реакторе оставляют 10-30% готового компоста из предыдущего процесса. Процесс компостирования проводят при 28^oC ± 3^o. Продолжительность процесса колеблется от 3-х до 9-ти суток в зависимости от вида навоза, вида наполнителя, влажности навоза. В результате получается готовый компост, являющийся полноценным органическим удобрением, микрофлора которого адаптирована к ядохимикатам.

На рис. 1 приведена динамика роста микрофлоры почвы, где I контроль, II в присутствии пестицидов и внесении компоста, III в присутствии пестицидов и внесении с адаптированной к пестицидам микрофлорой.

Пример 1.

В исследованиях использовали смесь пестицидов следующего состава: трихлорацетат натрия, 2М-4х, гексилор, симазин, прометрин, кенозон, рамрот, бенлат.

Степень разложения пестицидов оценивали по снижению токсичности образцов биологическим способом с помощью тест-организма Tetrachymena pyriformus. Для этого использовали ряд разведений исследуемого образца средой УСД (углеводно-солевая-дрожжевая). В полученные разведения вносили 3-4-х суточную культуру инфузорий и инкубировали при 25^oC в течение 24-72 ч. Культуру инфузорий в исследуемых пробах микроскопировали. Минимальная тест-проба, в которой отмечали гибель организма (до 5 клеток в поле зрения), являлась учетной при определении степени токсического действия; при этом токсичность исходного образца принимали за 100%
Образцы нестерильной почвы (100 г) помещали в небольшие стеклянные емкости, в которые добавляли смесь пестицидов в количестве 1% Образец I является контрольным. В образец II добавляли 10% готового компоста куриного помета. В образец III добавляли 10% компоста куриного помета с адаптированной к ядохимикатам микрофлорой.

Адаптацию микроорганизмов куриного помета проводили в процессе компостирования помета при t=28^o±3^o C в присутствии пестицидов в результате 3-х последовательных ферментаций при ступенчатом увеличении концентрации ядохимикатов в реакторе 0,1% 0,5% 1,0% При этом в реакторе в качестве засевного материала оставляли 20% готового компоста из предыдущего процесса. В результате был получен компост, микрофлора которого адаптирована к пестицидам в количестве 1%
Образцы почв инкубировали при комнатной температуре в течение нескольких недель. Образцы перемешивали 2 3 раза в неделю для улучшения аэрации и увлажнения. В образцах почвы 1 раз в неделю определяли общее содержание микроорганизмов (методом последовательных десятикратных разведений с последующим высевом на МПА) и токсичность. Результат исследований представлены на рис. 1 и в табл. 1. Как видно из рис. 1, рост микроорганизмов в образцах почвы при добавлении компоста куриного помета с адаптированной к пестицидам микрофлорой сопровождается сокращением лаг-фазы (рис. 1, III) по сравнению с контролем (рис. 1, I) и почвой, в которую добавляли обычный компост (рис. 1, II). При этом за более короткий период начинает снижаться токсичность образца (табл. 1). После 4-х недель культивирования токсичность образца III, в которой добавляли компост с адаптированной к пестицидам микрофлорой, снизилась на 50% в то время как в двух других образцах (контроль и компост с неадаптированной микрофлорой, I и II) токсичность не снижалась и оставалась на уровне исходного (100%).

Таким образом, внесение в почву, содержащую смесь пестицидов (трихлорацетат натрия, 2М-4х, гексилор, симазин, прометрин, кенозон, рамрот, бенлат) в концентрации 1% вес. компоста из помета, микрофлора которого адаптирована к данным ядохимикатам в данной концентрации, обеспечивает детоксикацию почвы в течение 4-х недель на 50%
Пример 2.

В исследованиях использовали смесь пестицидов следующего состава: трихлорацетат натрия, 2М-4х, гексилор, симазин. Образцы нестерильной почвы (100 г) помещали в небольшие стеклянные емкости, в которые добавляли смесь ядохимикатов в количестве 0,1% Помимо этого в опытный образец (I) добавляли 10% компоста из навоза крупного рогатого скота (КРС) с адаптированной к ядохимикатам микрофлорой. Адаптацию микроорганизмов КРС проводили в процессе компостирования навоза при t=28±3^oC при добавлении в среду ядохимикатов в результате 2-х последовательных ферментаций при концентрации пестицидов в реакторе 0,1% При этом в реакторе в качестве засевного материала оставляли 10% готового компоста из предыдущего процесса. В результате был получен компост, микрофлора которого адаптирована к пестицидам в количестве 0,1%
Образцы почвы инкубировали при комнатной температуре в течение нескольких недель. Образцы перемешивали 2-3 раза в неделю и увлажняли. Из табл. 2 видно, что токсичность опытного образца почвы после 3-х недель инкубации снизилась на 65% в то время как в контрольном образце она осталась на уровне исходного (100%).

Таким образом внесение в почву, содержащую смесь пестицидов (трихлорацетат натрия, 2М-4х, гексилор; симазин) в концентрации 0,1% вес компоста из навоза крупного рогатого скота, микрофлора которого адаптирована к данным ядохимикатам в данной концентрации, обеспечивает детоксикацию почвы на 65% в течение 3-х недель.

Пример 3.

Использовали смесь пестицидов следующего состава: кенозон, рамрот, бенлат. Образцы нестерильной почвы (100 г) помещали в небольшие стеклянные емкости, в которые добавляли смесь пестицидов в количестве 2% В опытный образец добавляли 10% готового компоста куриного помета с адаптированной к ядохимикатам микрофлорой. Адаптацию микрофлоры куриного помета к пестицидам осуществляли в процессе компостирования помета при 28±3^oC в результате 4-х последовательных ферментаций при ступенчатом увеличении концентрации ядохимикатов в среде 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% (вес). В качестве засевного материала в реакторе оставляли 30% готового компоста из предыдущего процесса. В результате получили компост с микрофлорой, адаптированной к пестицидам в концентрации 2% Образцы почвы инкубировали при комнатной температуре в течение нескольких недель. Образцы перемешивали 2-3 раза в неделю и увлажняли.

Как видно из табл. 3, токсичность опытного образца почвы после 4-х недель инкубации снизилась на 35% в то время как в контрольном образце токсичность оставалась на уровне исходной (100%).

Таким образом, внесение в почву, содержащую смесь пестицидов (кенозон, рамрот, бенлат) в концентрации 2% вес, компоста куриного помета, микрофлора которого адаптирована к данным ядохимикатам в данной концентрации, обеспечивает детоксикацию почвы на 35% в течение 4-х недель.

Как показали исследования, компостирование отходов сельского хозяйства (помета или навоза) в присутствии ядохимикатов, в результате которого происходит адаптация их спонтанной микрофлоры к ксенобиотикам следует проводить при следующих условиях: температуре 28±3^o, концентрации ядохимикатов в компостируемой среде 0,1-2% вес, количество готового компоста, оставляемого в реакторе из предыдущего процесса 10-30% При отклонении от указанных значений параметров: температуры, количества готового компоста, оставляемого в реакторе, концентрации ядохимикатов в среде (выше 2%) отмечается замедление процесса компостирования и ухудшение качества получаемого компоста, что снижает эффективность процесса адаптации спонтанной микрофлоры навоза и помета к ядохимикатам и следовательно эффективность очистки почв. Уменьшение концентрации ядохимикатов в компостируемой среде ниже 0,1% вес является не целесообразным, т.к. внесение в почву компоста, микрофлора которого адаптирована к низким концентрациям ядохимикатов, также снижает эффективность очистки почв.

Таким образом, предлагаемый способ детоксикации ядохимикатов позволяет осуществлять очистку почв от ядохимикатов разных классов и их смесей, что улучшает экологию почв и обеспечивает охрану окружающей среды.

Использование: изобретение относится к области экологии и может быть использовано при очистке почв от ядовитых и токсических веществ, в том числе пестицидов. Сущность изобретения: предлагаемый способ включает внесение в почву микроорганизмов - деструкторов ядохимикатов. В качестве микроорганизмов - деструкторов используют адаптированную к ядохимикатам спонтанную микрофлору навоза сельскохозяйственных животных и птиц, полученную в процессе компостирования путем многостадийной ферментации при 28±3^oC с добавлением ядохимикатов при постепенном увеличении их концентрации от 0,1% до 2% на последней стадии ферментации. При этом в качестве засевного материала в каждой последующей стадии ферментации используют 10-30% готового компоста от предыдущей стадии. Технический результат - упрощение способа очистки почв от ядохимикатов различных классов и их смесей. 1 ил., 3 табл.

1 Способ детоксикации ядохимикатов, включающий внесение в почву, зараженную ксенобиотиками, микроорганизмов деструктуров ядохимикатов, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов - деструкторов ядохимикатов используют адаптированную к ксенобиотикам спонтанную микрофлору помета или навоза, полученную в процессе компостирования путем многостадийной цикличной ферментации при (28<$E+->3)<198>С с добавлением ядохимикатов при постепенном увеличении их концентрации от 0,1 -2 мас. на последней стадии ферментации, при этом в качестве засевного материала на каждой стадии ферментации используют 10 30% готового компоста из предыдущей стадии.