БИОРЕАГЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК C02F3/34 B09C1/10 B09C101/00 

Изобретение относится к прикладной микробиологии и может быть использовано для очистки поверхности водоемов и почвы от разлитой нефти и нефтепродуктов.

Известен состав на основе азот-фосфоросодержащего липофильного удобрения, вспученного перлита и бактериального препарата на основе штамма Pseudomonas putida 36.

Недостатками известного состава являются ограничение сферы применения состава только водной поверхностью, сложность состава (потребность в трех компонентах) и высокая стоимость состава, включающая в себя затраты на производство сухого бактериального препарата и стоимость импортного липофильного удобрения ИНИПОЛ ЗАП-22).

Известно применение композиции, состоящей из смеси бактериальной культуры природного штамма Pseudomonas putida 36 и минерального удобрения (нитроаммофоска). На основе данной композиции выпускается бактериальный препарат с торговой маркой "Путидойл".

Недостатками известной композиции являются ограничение применения в условиях дефицита кислорода на водоемах с толстой нефтяной пленкой, высокие затраты на получение сухого бактериального препарата ( из 1 м³ культуральной жидкости получается 2 3 кг сухого препарата), а кроме того применение в качестве биогенной добавки азота в нитратной форме может вызвать загрязнение среды токсичными веществами.

Предлагается биореагент для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, включающий адаптированную к углеводородам нефти бактериальную культуру рода Pseudomonas, которую вместе с компонентами биогенного питания, содержащими азот в аммонийной форме и фосфор, иммобилизуют на гидрофобизированном торфе при следующем соотношении компонентов, мас.

Бактериальная культура рода Pseudomonas 0,29 0,32
Натриевое мыло синтетических жирных кислот 3,70 4,38
Водорастворимые соли алюминия и кальция 0,97 1,59
Аммонийные соли фосфорной кислоты 0,79 0,81
Торф Остальное
Носитель бактериальных клеток гидрофобизированный торф является адсорбентом нефтепродуктов, за счет этого происходит разрушение нефтяной пленки и увеличивается доступ кислорода воздуха, что активизирует процесс биодеструкции нефтепродуктов. Присутствие компонентов биогенного питания солей азота и фосфора в биореагенте обеспечивает наилучшие условия роста и окислительной активности бактериальных клеток, поэтому не требуется дополнительного внесения данных компонентов при обработке нефтезагрязненной воды и почвы.

В предлагаемом биореагенте имеет место гораздо меньший выход бактериальных клеток, которые способны длительное время удерживаться в активной зоне биохимического окисления (на границе нефть вода). Из 1 м³ культуральной жидкости можно получить 1050 1080 кг биореагента, который обладает значительным преимуществом по сравнению с "Путидойлом".

Все эти особенности биореагента обеспечивают интенсификацию процесса биоразложения нефтяных загрязнений и позволяют расширить сферу применения биопрепаратов, т. к. открывают возможность их использования в проточных и неаэрируемых водоемах.

Пример 1. К 20 г сухого торфа, просеянного через сито с диаметром ячеек 2 мм, приливают 20 мл 4%-ного раствора натриевого мыла СЖК, перемешивают 10 мин, добавляют 10 мл 2%-ного раствора сульфата алюминия, перемешивают 10 мин, прибавляют 20 мл свежеприготовленной культуральной жидкости, в которую предварительно добавляют 0,17 г диаммофоса, перемешивают 20 мин. Полученную массу выкладывают тонким слоем в выпарную чашку и сушат на воздухе. Получают 21,3 г биореагента.

Пример 2. В условиях примера 1 вместе сульфата алюминия используют 8,5 мл 4%-ного раствора хлористого кальция. Получают 21,2 г биореагента.

Пример 3. К 500 г просеянного воздушно-сухого торфа приливают 590 мл 4% -ного раствора натриевого мыла СЖК, перемешивают 15 мин и добавляют смесь 590 мл культуральной жидкости и 43 мл 10%-ного раствора диаммофоса, перемешивают 15 мин, добавляют 213 мл 4%-ного раствора хлористого кальция, перемешивают 15 мин и выкладывают тонким слоем (около 1 см) на стеклянную поверхность, сушат на воздухе. Получают 530 г биореагента.

Для полученных биореагентов определяют плавучесть по следующей методике в условиях имитирующих нахождение реагентов в воде, покрытой пленкой нефти. 1 г реагента помещают в плоскодонную колбу на 100 мл, добавляют 50 мл дистиллированной воды, закрывают пробкой, энергично взбалтывают в течение 10 секунд и добавляют 1 мл октана. Колбу закрывают пробкой и выдерживают 3 суток, затем с помощью лопатки удаляют плавающий на поверхности реагент в стакан, содержащий 30 мл дистиллированной воды, отфильтровывают на нутч-фильтре, высушивают на воздухе осадок до постоянного веса в чашке Петри, взвешивают. Плавучесть (F) определяют по формуле
F P • 100%
где P вес плавающего реагента в г.

Результаты испытаний по примерам 1 3 приведены в табл. 1. Оптимальное количество натриевого мыла СЖК, соли металлов (кальция или алюминия) и диаммофоса приведено в табл. 1, обеспечивает сочетание наибольшей плавучести и максимальной нефтеокисляющей активности биореагентов. Введение большего количества диаммофоса приводит к существенному понижению гидрофобности реагента, а уменьшение содержания диаммофоса вызывает снижение роста клеток и соответственно уменьшение нефтеокислительной способности биореагента.

При использовании иммобилизованных биореагентов накопление клеток продуцента препарата происходило в течение 3 сут. достигая рабочего титра на 4 сут. а на 7 сут. их содержание было равным в опытах с прототипом (табл.1).

Сравнительная оценка эффективности предлагаемых биореагентов по отношению к прототипному проводилась в серии опытов на воде и почве в присутствии нефтепродуктов. На всех примерах дозы внесения препарата осуществляли из расчета на 1 г нефтепродукта: бакпрепарата "Путидойл" 30 мг, биореагента 60 мг.

Эффективность разложения нефтепродуктов оценивалась по остаточному их содержанию методом гравиметрии в отношении к исходному и по коэффициенту биохимической активности k_n(% ), который устанавливали по соотношению нормальных и изопреноидных алканов нефтепрродукта.

i C₁₉; i C₂₀ изопреноидные алканы;
n C₁₇; n C₁₉ нормальные алканы.

Для анализа использовали хроматограф "Хром-5", снабженный пламенно-ионизационным детектором.

В ходе биохимического окисления уменьшается общее количество нефтепродукта и растет величина K_i, чем выше это отношение, тем интенсивнее идет процесс. Эффективность биоокисления (K_n) предлагаемых биореагентов составила 85,5 94%
Пример 4. В колбы с 5,0 л воды вносили разные типы нефтепродуктов определенной концентрации
N 1 5,0 г сырой нефти;
N 2 16,0 г шламовых отходов моторного завода;
N 3 6,0 г дизельного топлива.

Затем обрабатывали биореагентом или бактериальным препаратом "Путидойл".

Эффективность биоокисления оценивалась на 10 сутки методом гравиметрии в по отношению к исходному. Предлагаемый биореагент обеспечивает эффективную биодеградацию пленочного слоя нефтепродуктов при отсутствии доступа кислорода (табл. 2).

Пример 5. Оценка эффективности действия биореагента на разных глубинах проводилась на нефтяной пленке в столбе жидкости. Для этого в цилиндры высотой 50 см, диаметром 60 мм вносили 1,0 л воды и 5 мл нефти. Обрабатывали биореагентом N 3. В другом цилиндре обрабатывали Путидойлом. Отбор проб на содержание микробных клеток продуцента препарата и определение коэффициента биохимической активности (K_n) нефтепродукта проводилось на уровне 5, 20, 40 см (табл. 3).

Способность биореагента удерживаться на поверхности нефтяной пленки и свойство иммобилизованных микроорганизмов, способствующих удержанию оптимальной концентрации микробных клеток на контакте вода нефть, обеспечивали ему более высокую степень биохимической активности.

Пример 6. Способность биореагента к окислению нефтяных углеводородов в грунте проверялась в эксперименте на серой лесной почве.

В 3 кг серой лесной почвы вносили 300 г сырой нефти, обрабатывали биореагентом N 3 или бакпрепаратом в расчетной дозе. Через 30, 45 и 90 суток определяли эффективность биоокисления гравиметрическим методом. Результаты испытания приведены в табл. 4.

Таким образом, предлагаемый биореагент обеспечивает эффективную биодеградацию нефти и нефтепродуктов в почве и в водоемах, включая и те, где отсутствуют условия для развития аэробных процессов.

Использование: относится к прикладной микробиологии, может быть использовано для очистки поверхности водоемов и почвы от разлитой нефти и нефтепродуктов. Сущность применения: предложенный биореагент включает в себя адаптированную к углеводородам нефти бактериальную культуру рода Pseudomonas putida и биогеннное питание, содержащее азот в аммонийной форме и фосфор. При этом бактериальная культура и биогенное питание иммобилизованы на гидрофобизированном торфе. 4 табл.

Биореагент для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, включающий адаптированную к углеводородам нефти бактериальную культуру рода Pseudomonas и компоненты биогенного питания, отличающийся тем, что в качестве компонентов биогенного питания используют натриевое мыло синтетических жирных кислот, водорастворимые соли алюминия или кальция и аммонийные соли фосфорной кислоты, при этом бактериальную культуру вместе с компонентами биогенного питания иммобилизуют на гидрофобизированном торфе при следующем соотношении компонентов, мас.

Бактериальная культура рода Pseudomonas 0,29 0,32
Натриевое мыло синтетических жирных кислот 3,70 4,38
Водорастворимые соли алюминия или кальция 0,97 1,59
Аммонийные соли фосфорной кислоты 0,79 0,81
Торф Остальноев