СПОСОБ БИОРЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ Российский патент 2005 года по МПК A01B79/02 

Изобретение относится к способам рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв.

В большинстве известных способах биорекультивации нефтезагрязненных почв повышение углеводородокисляющих микроорганизмов достигается с помощью их интродукции (Боронников В.Д., Шеховцов П.В., Шеховцов П.В. Способ ускоренной рекультивации почвы, зафязненной нефтепродуктами. Патент РФ № 2066944. 1996; Дядечко В.И., Нестеров И.И., Толстокорова Л.Е., Платонова С.В. Способ очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений. Авторское свидетельство СССР №1428809. 1985). Рекомендуемая численность микроорганизмов при внесении для получения значимого эффекта обычно составляет 10⁶-10⁷ кл/г почвы (Сидоров Д.Г., Борзенков И.А., Милехина Е.И., Беляев С.С., Иванов М.В. Микробиологическая деструкция мазута в почве при использовании биопрепарата Деворойл // Прикладная биохимия и микробиология. 1998. Т. 34. № 3. С.281-286; Лисина Т.О., Гаранькина H.Г., Круглев Ю.В. Влияние интродуцируемых в почву микроорганизмов - деструкторов пестицидов на рост и развитие растений // Прикладная биохимия и микробиология. 2001. Т. 37. № 3. С.374-378). Недостаток таких способов - высокая стоимость микробных препаратов, которые должны в больших количествах вноситься в загрязненную почву.

Также известен способ, при котором в загрязненную почву вносятся вещества с поверхностно-активными свойствами. Данные вещества повышают эмульгирующую способность почвенного раствора, что приводит к диспергированию нефтяной пленки в эмульсию, увеличению площади контакта нефтяных капелек с клетками бактерий, улучшению аэрации и уменьшению гидрофобности почвы (Москвиченко М.В., Стабникова Б.В., Иванов В.К., Панежда И.А. Использование биогенных поверхностно-активных веществ в микробиологической очистке почвы от углеводородов нефти //Микробиологический журнал. 1993. Т. 55. № 1. С.75-78.). Недостаток способа - его дороговизна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ ускоренной рекультивации нефтезагрязненных почв, предусматривающий использование комплекса методов: механического - промывка грунта и отделение нефтепродуктов (НП) от воды в нефтеловушке; аэрация, экранизация семян растений от НП; фитомелиоративный - использование интенсивно растущих многолетних трав; микробиологический - использование ассоциированной культуры углеводородокисляющих бактерий; агрохимический - спорадическое внесение в НЗН неорганических удобрений, содержащих источники азота, фосфора и калия (пат. РФ №2066944, МПК А 01 В 79/02, бюл.№27, 1996 г.).

Недостатки способа-прототипа - сложность и дороговизна процесса.

Задачей создания изобретения является упрощение процесса и повышение степени очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ биорекультивации нефтезагрязненных почв с использованием микроорганизмов, и отличительных существенных признаков, таких как: высажывают на участок нефтезагрязненной почвы предпочтительно растения, формирующие в своей прикорневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием и одновременно повышенными эмульгирующими свойствами, причем биомасса подземной части растений должна составлять не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы.

Количественные значения - не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы - свидетельствуют о экономической целесообразности и осуществимости способа.

В пункте 2 формулы изобретения уточняется предпочтительный вид используемых растений в способе, а именно: используют следующие растения: клевер луговой, клевер ползучий, кострец безостый, полевица тонкая, пырей ползучий, мятлик луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный.

Вышеперечисленные признаки позволяют эффективно очищать нефтезагрязненную почву и упрощают процесс.

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидным для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

В предлагаемом способе увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов достигается с помощью высадки в загрязненную нефтью почву растений, которые формируют в своей корневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием. Данные микробно-растительпые системы способны к тому же к выработке биосурфактантов, также способствующих самоочищению почвы от загрязнения.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации, который приведен ниже.

Пример 1. Объектом исследования служили нефтезагрязненные площадки почвы, на которых измеряли концентрацию остаточной нефти, численность углеводородокисляющих микроорганизмов и эмульгирующую способность нефтезагрязнснной почвы через два и три года после загрязнения. Доза внесенной нефти составляла 24 л/м². При этом постоянно убирали растения, поселявшиеся на нефтезагрязненных площадках.

Пример 2. Опыт проводили аналогично примеру 1. Отличие заключалось в том, что растительность с нефтезагрязненных участков не уничтожалась. Причем оценивали в прикорневой зоне растений численность углеводородокисляющих микроорганизмов, а также измеряли эмульгирующую активность в водных вытяжках из ризосферной почвы. Объектом исследования служили наиболее часто встречавшиеся и наименее угнетенные на площадках растения: клевер луговой (Trifolium pratense L.), клевер ползучий (Г. repens L.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leys.) Holub.), полевица тонкая (Agrostis tenuis Sibth.), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), мятлик луговой (Poa pratensis L.), ежа сборная (Dactylis glomerala L), тимофеевка луговая (Phlcum pratense L.), овсяница луговая (Festuca prutcnsis Huds.), тысячелистник обыкновенный {AchUlea millefolium L.), которые продуцировали более 90% всей фитомассы на загрязненных участках.

Как видно из таблицы 1, численность микроорганизмов, способных к окислению углеводородов нефти, в ризосфере данных растений составляла 10⁷-10⁸ в 1 г почвы, и таким образом, она соответствует или даже больше количества микробных клеток, которое обычно рекомендуется для внесения в почву при ее рекультивации. Также показано, что эмульгирующая способность в водных вытяжках из ризосферы примерно в 5-10 раз больше, чем из почвы без растений (табл. 2).

Концентрация остаточной нефти через год после внесения нефти на площадках с растениями и без растений была одинаковой, что связано с крайне низкой биомассой корней, выросших на загрязненной почве растений (табл. 3). В последующие годы наблюдалось увеличение массы корней растений, заселяющих нефтезагрязненную почву, и вместе с этим более значительное уменьшение остаточной нефти на площадках с растениями. Через три года после загрязнения почва площадок, на которых формировалась растительность, содержала в два раза меньше остаточной нефти, чем почва участков без растений.

Таблица 1Численность углеводородокисляющих и кометаболизирующих углеводороды микроорганизмов в ризосфере и почве без растенийВид растения, ризосфера которого была исследованаЧисленность углеводородокисляющих микроорганизмов, кл/гЧисленность микроорганизмов, соокисляющих октадекан и глюкозу, кл/гНефтезагрязненная почва через 2 года после загрязненияКлевер луговой1,1·10⁸1,2·10⁸Клевер ползучий1,3·10⁸1,8·10⁸Кострец безостый6,1·10⁷2,8·10⁸Полевица тонкая1,2·10⁸3,0·10⁸Пырей ползучий7,4·10⁷1,2·10⁸Мятлик луговой1,4·10⁸4,7·10⁸Ежа сборная2,4·10⁸7,6·10⁸Тимофеевка луговая2,1·10⁸2,5·10⁸Овсяница луговая1,3·10⁸1,7·10⁸Тысячелистник обыкновенный3,1·10⁸3,3·10⁸Почва без растений1,1·10⁵2,1·10⁵Нефтезагрязненная почва через 3 года после загрязненияКлевер луговой 5,0·10⁷3,8·10Клевер ползучий9,1·10⁷1,1·10⁷Кострец безостый1,0·10⁷7,7·10⁷Полевица тонкая6,5·10⁷2,4·10⁸Пырей ползучий4,0·10⁷8,0·10⁷Мятлик луговой3,3·10⁷2,1·10⁸Ежа сборная2,2·10⁸3,9·10⁸Тимофеевка луговая1,6·10⁸2,0·10⁸Овсяница луговая3,4·10⁸3,7·10⁸Тысячелистник обыкновенный1,7·10⁸1,9·10⁸Почва без растений1,2·10⁵1,9·10⁵

Таблица 2Эмульгирующая способность вытяжек из ризосферы и почвы без растенийВид растения, ризосфера которого была исследованаЭмульгирующая способность (Е₂₄), %Нефтезагрязненная почва через 2 года после загрязненияКлевер луговой22,6Клевер ползучий24,8Кострец безостый21,1Полевица тонкая26,7Пырей ползучий24,8Мятлик луговой26,8Ежа сборная26,3Тимофеевка луговая28,4Овсяница луговая29,7Тысячелистник обыкновенный25,8Почва без растении3,8Нефтезагрязненная почва через 3 года после загрязненияКлевер луговой15,5Клевер ползучий25,2Кострец безостый27,0Полевица тонкая25,7Пырей ползучий22,5Мятлик луговой23,1Ежа сборная24,9Тимофеевка луговая28,3Овсяница луговая23,5Тысячелистник обыкновенный22,5Почва без растений2,9

Таблица 3Влияние зарастания растениями нефтезагрязненных площадок на их самоочищениеПлощадкиВоздушно-сухой вес подземной биомассы, г/м²Концентрация остаточной нефти (гексановая экстракция), %Нефтезагрязненная почва через 1 год после загрязненияС растениями 7,1-13,94,5Без растений-4,5Нефтезагрязненная почва через 2 год после загрязненияС растениями71,8-122,92,2Без растений-3,9Нефтезагрязненная почва через 3 год после загрязненияС растениями183,1-209,31,6Без растений-3,2

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв. Способ включает высадку на участок нефтезагрязненной почвы предпочтительно растений, формирующих в своей прикорневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием и одновременно повышенными эмульгирующими свойствами, причем биомасса подземной части растений должна составлять не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы. Используют следующие растения: клевер луговой, клевер ползучий, кострец безостый, полевица тонкая, пырей ползучий, мятлик луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный. Способ упрощает процесс и повышает степень очистки почвы от нефтяных загрязнений. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ биорекультивации нефтезагрязненных почв с использованием микроорганизмов, отличающийся тем, что высаживают на участок нефтезагрязненной почвы предпочтительно растения, формирующие в своей прикорневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием и одновременно повышенными эмульгирующими свойствами, причем биомасса подземной части растений должна составлять не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют следующие растения: клевер луговой, клевер ползучий, кострец безостый, полевица тонкая, пырей ползучий, мятлик луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный.