СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1999 года по МПК C12N1/26 B09C1/10 

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к охране и рациональному использованию почвы.

Ежегодное загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами приводит к огромному экологическому и экономическому ущербу.

На естественное восстановление загрязненных земель и поверхностей требуется десятки лет, особенно осложнен этот процесс в зонах с холодными климатическими условиями, в которых восстановление загрязненных почв без вмешательства извне практически невозможно.

Существуют различные методы восстановления нефтезагрязненных земель: вспашка, сжигание, засыпка загрязненных участков грунтом и вывоз загрязненных почв.

Однако перечисленные выше методы не всегда способствуют восстановлению почв, а зачастую и сами наносят долговременный экологический ущерб.

Известны различные химические методы удаления нефти.

Так известен способ удаления гидрофобных ароматических примесей из почвы, заключающийся в обработке загрязненного материала органическими растворителями, взятыми в количестве 20-90% от массы материала, в который затем добавляют частицы пенополистирола в соотношении от 1:1 до 1:100. В результате происходит перераспределение примесей между материалом и пенополистиролом, который вместе с перешедшей в частицы частью примесей отделяют от очищенного материала (пат. США 5242598).

Данный процесс очень дорогостоящий и трудоемкий, в связи с чем и ненашедший практического применения.

Для удаления нефтяных пятен с поверхности морской воды используют диспергирующий состав, который содержит ПАВ, растворитель и соль моноалкилгуанидиния (пат. США 4623468). Способ не пригоден для обработки почв, т.к. способствует вторичному загрязнению обрабатываемой поверхности.

Одним из наиболее перспективных методов борьбы с нефтерозливами является микробиологический и биохимический способы очистки.

Известно использование для очистки промышленных вод, загрязненных нефтью штамма бактерий Flavebacteril tirenicum ВКПМ B-3369, который хорошо работает в условиях аэрации (ав. св. 1409594).

Наиболее близким способом очистки почвы от нефти и нефтепродуктов является способ, включающий обработку почвы раствором, содержащим штамм бактерий Rhodococus erythropolis ВКМ Ас-1339Д (ав. св. 1805097, C 02F 3/34, 1993 г).

Во всех известных микробиологических способах очистки поверхности от нефти и нефтепродуктов формой применения штамма является лиофильно высушенная культура или культура, высушенная при помощи распылительной сушилки, что приводит к резкой потери активности препарата. Использование энергоемких процессов (выделение и сушка) приводит к удорожанию процесса очистки.

При применении штаммов, утилизирующих нефть, в различных регионах не всегда наблюдалась адаптация используемого штамма к конкретным источникам загрязнения.

Авторами было установлено, что при внесении в загрязненную почву ассоциации штаммов, которая способна разрушать нефть и нефтепродукты, но которая не свойственна экологическому сообществу конкретной почвы, "дикая" местная микрофлора создает ей серьезную конкуренцию, что приводит к замедлению процессов жизнедеятельности вносимой ассоциации, вплоть до ее гибели, т.е. происходит вытеснение местным более сильным сообществом, адаптированным к данным источникам субстратов и гео-химическим условиям.

Для эффективной очистки почвы от нефти и нефтепродуктов предлагается способ очистки, включающий обработку почвы культуральной жидкостью, содержащей микроорганизмы. При этом предварительно выделяют из взятой с места загрязнения почвы микроорганизмы, утилизирующие розлитую нефть и нефтепродукты, затем отобранные микроорганизмы раздельно нарабатывают в ферментерах до достижения максимальной концентрации клеток в культуральной жидкости и смешивают биомассу в соотношении, соответствующем соотношению изолятов в отобранной с места загрязнения пробе, после чего обрабатывают ею почву в количестве, достаточном для полного разрушения нефти и нефтепродуктов.

Использование местных микроорганизмов, выделенных из мест загрязнения в каждом конкретном регионе, позволило эффективнее и глубже утилизировать различные сложные субстраты, не доступные для монокультур.

Обработка загрязненных участков культуральной жидкостью, содержащей микроорганизмы, характерные для данной местности, позволила добиться высокой скорости разложения нефти и нефтепродуктов за счет высокой активности микроорганизмов, которые получены при наработке без использования стадии выделения и сушки.

Предлагаемый способ очистки пригоден и в условиях Сибири и северных районах, т. к. местные микроорганизмы размножаются при низких температурах (5-10^oC).

Примеры реализации предлагаемого способа очистки.

Пример 1. Выделение микроорганизмов-деструктантов нефтяных загрязнений.

Пробы почвы для эксперимента отбирались на буровых скважинах Сосновского, Талинского месторождениях, на месторождении Ван-Еган и на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе.

Выделение культур проводилось следующим способом:
- путем высева 3-х исходных образцов на мясопептонный агар с 0,5 нефти (МПА с H) по методу Дригальского /А.С.Лабинская. Микробиология с техникой микробиологических исследований. М. , 1972, стр. 66/ с последующим высевом полученных монокультур на жидкую среду Раймонда с нефтью с последующим пересевом на чашки Петри с (МПА с H) по методу Дригальского.

Согласно данному способу выделения в чашки Петри заливали питательную среду в количестве 20 мл. Среда выдерживалась в термостате при 37^oC в течение 24 часов для проверки наличия посторонней микрофлоры. Далее готовили серию разведений исходных проб на физиологическом растворе и производили посев из разведений 10^-3 и 10^-4 в проверенные на стерильность чашки, 0,1 мл суспензии переносили пипеткой в чашки Петри и растирали шпателем возле пламени горелки. Чашки переворачивали и ставили в термостат, где инкубировали при температуре 30^oC в течение 72 часов. После этого проводили морфологический и микроскопический анализ полученных колоний-микроорганизмов, определяли их соотношения. На чашках Петри были получены в среднем 30 колоний различных морфологических типов. Далее колонии отсевали с помощью бактериологической петли на плотную питательную среду, скошенную в пробирку для получения монокультуры.

Выделенные микроорганизмы биодеструкторов высевали на жидкую среду Раймонда с нефтью с целью отбора наиболее активных клонов и определяли биодеградирующую активность выделенных монокультур.

Для этого готовили ряд разведений (10^-1 - 10^-4) исходных образцов на жидкой среде Раймонда. После внесения нефти полученные варианты инкубировались в течение 5 суток при комнатной температуре. Биодеградирующую активность определяли по условно принятой пятибалльной шкале. Оценка 5 баллов - сильно эмульгированный слой нефти, при встряхивании однородная эмульсия нефти в воде; оценки от 4 до 2 баллов - различные степени эмульгирования нефти в воде с коллоидными частицами нефти разных размеров; оценка 1 балл - разложение нефти практически отсутствует.

Таким образом, в результате проведенной работы было выделено:
- из почвы Сосновского месторождения 12 активных изолятов бактерий, обладающих биодеградирующей активностью по отношению к нефти,
- из почвы Талинского месторождения - 7,
- из почвы месторождения Ван-Еган - 10,
- из почвы Уфимского нефтеперерабатывающего завода -12.

Так, например в Сосновском месторождении были выделены изоляты, утилизирующие нефть и нефтепродукты, качественный и количественный состав которых приведен в таблице 1 с указанием баллов по выбранной пятибальной системе.

Пример 2. Культивирование отобранных микроорганизмов.

Культивирование выделенных изолятов осуществляли в лабораторном ферментаторе с использованием питательной среды Раймонда. После достижения необходимых условий культивирования: состав питательной среды, температура (25-28^oC), значения pH (6,5-7,5), производили засев ферментатора отобранной культурой микроорганизма. В ферментаторе осуществляли поддержание параметров процесса.

После раздельного культивирования выделенных монокультур и достижения максимальной концентрации клеток в культуральной жидкости, последнюю выводят из ферментатора. Производят смешение наработанных микроорганизмов в соотношении, соответствующем соотношению изолятов в отобранной с места загрязнения пробе (на примере Сосновского месторождения см. табл. 1 в конце описания). После чего приготовленным составом обрабатывают загрзненную поверхность в количестве, достаточном для полной деструкции нефти.

Максимальная концентрация клеток, выращенных на среде Раймонда с нефтью и без нефти в культуральной жидкости, приведена в табл. 2.

Аналогично получены результаты роста отобранных микроорганизмов для остальных мест загрязнения.

Результаты обработки почвы полученными ассоциациями (примеры 2, 3) и наиболее активным одним штаммом из выделенной ассоциации (примеры 4, 5) приведены в табл. 3.

Способ включает обработку почвы культуральной жидкостью, содержащей микроорганизмы. Предварительно выделяют из взятой с моста загрязнения почвы микроорганизмы, утилизирующие разлитую нефть и нефтепродукты. Отобранные микроорганизмы нарабатывают в культуральной жидкости до достижения максимальной концентрации клеток. Почву обрабатывают биомассой при соотношении, соответствующем концентрации отобранных микроорганизмов с места загрязнения и в количестве, достаточном для полного разрушения нефти и нефтепродуктов. Применение способа позволяет добиться высокой скорости разложения нефти и нефтепродуктов за счет высокой активности микроорганизмов, полученных при наработке без использования стадии выделения и сушки. 3 табл.

Способ очистки почвы от нефти и нефтепродуктов, включающий обработку почвы раствором, содержащим микроорганизмы, отличающийся тем, что предварительно выделяют из взятой с места загрязнения почвы микроорганизмы, утилизирующие разлитую нефть и нефтепродукты, затем отобранные микроорганизмы раздельно нарабатывают в ферментерах до достижения максимальной концентрации клеток в культуральной жидкости и смешивают биомассу в соотношении, соответствующем соотношению изолятов в отобранной с места загрязнения пробе, после чего обрабатывают ею почву в количестве, достаточном для полного разрушения нефти и нефтепродуктов.