СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА Российский патент 2008 года по МПК B01J20/24 

Изобретение относится к биотехнологии и области рационального использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса, а именно получения сорбента для очистки почв от нефтяных загрязнений с использованием нефтеокисляющих микроорганизмов.

Среди современных способов очистки почв от загрязнения нефтепродуктами наиболее эффективными и безопасными являются сорбционный и микробиологический. К сорбентам предъявляются следующие требования: высокая сорбционная емкость по отношению к загрязнителю, биоразлагаемость, нетоксичность. Этим требованиям отвечает сорбент на основе плодовой оболочки семян подсолнечника (патент РФ №2240864). Согласно предлагаемому способу плодовая оболочка подвергается последовательно обезжириванию неполярным растворителем при температуре кипения растворителя, отделяется от растворителя, затем насыщается водой, затем последовательно замораживается, размораживается и сушится при температуре до 200°С. Недостатком приведенного сорбционного способа является высокая энергоемкость и как следствие значительное повышение стоимости готового продукта - сорбента.

Известен ряд исследований по разработке микробиологических способов, которые стимулируют природные самоочищающие процессы биодеградации сорбированных нефтепродуктов. Микробные клетки обладают полифункциональной энзиматической активностью, благодаря которой микроорганизмы способны использовать углеводороды нефти в процессе энергетического и конструктивного метаболизма и разрушать их [Исмайлов Н.М., Пиковский Ю.И. // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. - М.: Наука, 1988. - С.222-230]. В России для очистки почв от нефтепродуктов уже используют бактериальные препараты под торговыми названиями «Деворойл», «Олеоворин», «Путидойл», «Сойлекс», «Фаерзайн», Суперкомпост «ПИКСА» и др. Применяются эти препараты при непосредственном внесении в нефтезагрязненную почву в виде суспензии с последующими сопутствующими операциями по внесению минеральных подкормок и рыхлению почвы.

Из всех нефтеокисляющих микроорганизмов в природе наиболее широко распространены бактерии рода Pseudomonas. Они являются постоянными обитателями почвы и грунтов. Более 50 видов этого рода способны участвовать в биоразложении нефти в окружающей среде. Наиболее активная нефтеокисляющая способность выявлена у Pseudomonas aerugenoza, Pseudomonas putida, Pseudomonas fluorescens. Именно эти микроорганизмы входят в состав микробного препарата с торговым названием «Деворойл». Препарат разрешен для применения (письмо Минздрава РСФСР №231-01-20-40 от 11.01.91, письмо Госкомитета санитарно-эпидемиологического надзора при Президенте РФ №01-13/108-11 от 22.01.93, разрешение экспертной комиссии ГУ государственной экологической экспертизы Минприроды России №11-23/250 от 31.05.94) и выпускается АОЗТ «Биотехинвест». «Деворойл» получен на основе сообщества микроорганизмов дрожжей и бактерий, растущих на углеводородах различных классов, и их производных, устойчивых к повышенной солености (до 150 г/л Nad), к резким колебаниям температуры (от -5 до +40°С) и реакции среды в широком диапазоне рН (от 4,5 до 9,5), а также концентрациям добавок, активизирующих процесс биодеструкции нефти, при интенсивности загрязнения почвы нефтью более 5%. В состав препарата входят лиофильные и гидрофильные микроорганизмы: бактерии, окисляющие нефтяные алканы, и ароматические соединения, в частности фенол, крезол и пирокатехин; дрожжи, характеризующиеся высокой нефтеокисляющей активностью и способные выделять в среду аминокислоты, витамины и поверхностно-активные вещества. Выгодным отличием этого препарата от ряда других является его способность работать и на границе контакта с углеводородами, и непосредственно в толще нефтяного слоя. Используемые другими представителями почвенного биоценоза продукты жизнедеятельности бактерий и сами клетки отмирающих бактерий легко усваиваются сапрофитной микрофлорой биоценоза. К недостаткам применения препарата можно отнести неудобство внесения в почву распылением водной суспензии непосредственно на участок загрязненной почвы.

В связи с этим с целью повышения эффективности процесса очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, задачей изобретения является создание сорбента из биологически позитивного растительного сырья с иммобилизованным на его поверхности ассоциатом нефтеокисляющих микроорганизмов. Сорбент должен обладать свойствами эффективного нефтесорбента и деструктора нефти и нефтепродуктов, сочетать в себе высокую сорбционную и микробиологическую активность, безвредность для естественных биогеоценозов, удобство применения, невысокую стоимость.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения сорбента, включающем удаление балластных веществ из оболочки семян подсолнечника путем экстракции растворителем в течение 30-100 минут, отстаивание и сушку при 100-200°С обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника, в качестве растворителя используют гексан, а после сушки на поверхности продукта иммобилизуют ассоциат микроорганизмов путем распыления водной суспензии препарата "Деворойл", приготовленной при соотношении высушенной массы микроорганизмов к воде, равном 1:(2-5), при этом распыление осуществляют при соотношении обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника к водной суспензии препарата "Деворойл", равном (5-20):1, последующего перемешивания и высушивания сорбента при 20-35°С до остаточной влажности 10-15%.

В таблице приведены основные структурные характеристики сорбента на основе промышленного образца подсолнечной лузги после обезжиривания.

ТаблицаПоказателиСуммарный объем пор,см³/гПористость, %Насыпная масса, г/л0,47-0,5440,82-42,095,2-96,6

Экспериментально показано, что плодовая оболочка семян подсолнечника содержит в своем составе значительное количество веществ, обладающих в нативном виде сорбционной способностью, и, учитывая это, не требуется при ее обработке применять сильные химические реагенты для удаления балластных веществ.

Для иммобилизации была применена высушенная масса микроорганизмов с торговым названием «Деворойл» как наиболее эффективный деструктор нефти.

В данном случае первичная сорбция углеводородов нефти сорбентом сопровождается биокаталитической трансформацией с последующей деструкцией нефтяного загрязнения в природных естественных условиях. При комплексном использовании в сорбенте микробиологической активности "Деворойла" и сорбционной активности первоначального продукта естественная нефтеокисляющая микрофлора природной среды не подавляется, а активизируется, кроме того, улучшаются санитарно-гигиенические показатели почвы.

Использование сорбента при ликвидации нефтяного загрязнения почвы позволяет блокировать загрязнение в кратчайшие сроки и предупредить его распространение, ликвидировать загрязнение с минимальным экологическим ущербом, обеспечить дальнейшее пролонгированное действие по восстановлению природных биоценозов с привлечением и стимуляцией самоочищающих механизмов.

При выполнении работы использовались микробиологические, санитарно-гигиенические, токсикологические, химические методы исследования.

В модельных опытах была подтверждена эффективность предлагаемого сорбента. На чертеже представлена динамика деструкции нефти в почве без применения сорбента (кривая 1), с сорбентом на основе подсолнечной лузги (кривая 2) и с сорбентом на основе подсолнечной лузги с иммобилизованным препаратом «Деворойл» (кривая 3). Были взяты образцы почвы, в которые была внесена товарная нефть Новодмитриевского месторождения Краснодарского края. Первоначально содержание нефтепродуктов в почве составляло 308±5 г/кг. Хроматографический анализ показал разнообразие содержания углеводородов с преобладанием алканов С₁₀-С₃₃, а также наличие тяжелых и ароматических фракций.

В составе микрофлоры проб почвогрунта преобладали актиномицеты, нокардиеформные микроорганизмы, псевдомонады, бациллы и флавобактерии. Количество сапрофитных микроорганизмов в среднем 10⁸-10¹⁰ клеток/г почвы. Нефтеокисляющие микроорганизмы составили незначительную часть 10³ клеток/г. Температура опыта составляла 20-25°С. Содержание нефти в почве определяли на инфракрасном спектрометре по методике РД 52.18.575-96 «Методические указания. Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах почвы методом инфракрасной спектрометрии. Методика выполнения измерений». С наибольшей скоростью микроорганизмы утилизировали нефть в образце с сорбентом с иммобилизированным препаратом «Деворойл».

Полученные результаты позволяют рекомендовать использовать полученный сорбент на основе плодовой оболочки подсолнечника с иммобилизованными нефтеокисляющими микроорганизмами препарата «Деворойл» для ускорения процессов утилизации нефти и нефтепродуктов в почве.

Заявляемый способ поясняется примерами.

Пример 1. В качестве сырья берут плодовую оболочку семян подсолнечника (отход масложирового производства при переработке заводской смеси семян подсолнечника) в количестве 1 кг. Удаление балластных веществ из плодовой оболочки семян подсолнечника проводят путем экстракции гексаном в количестве 5 л (при соотношении плодовая оболочка семян подсолнечника - гексан 1:5) при температуре 55°С в течение 100 минут, затем отделяют плодовую оболочку подсолнечника от раствора балластных веществ в гексане отстаиванием и высушивают при температуре 100°С до влажности 14%. Перед иммобилизацией препарата «Деворойл» готовят его водную суспензию: на 100 мл воды взяли 50 г препарата. Распыляют суспензию при помощи ручного пневмораспылителя при массовом соотношении обезжиренная плодовая оболочка подсолнечника - суспензия 10:1. После перемешивания смеси ее высушивают в сушильном шкафу при перемешивании при t=25°С до остаточной влажности 10-15%. Выход сорбента составил 97%.

Пример 2. В качестве сырья берут плодовую оболочку семян подсолнечника (отход масложирового производства при переработке заводской смеси семян подсолнечника) в количестве 500 г. Удаление балластных веществ из плодовой оболочки подсолнечника проводят путем экстракции гексаном в количестве 2,5 л при температуре 68°С в течение 30 минут, затем отделяют плодовую оболочку подсолнечника от раствора балластных веществ в гексане отстаиванием и высушивают при температуре 150°С до влажности 14%. Перед иммобилизацией препарата «Деворойл» готовят его водную суспензию: на 100 мл воды взяли 20 г препарата. Распыляют суспензию при помощи ручного пневмораспылителя при массовом соотношении обезжиренная плодовая оболочка подсолнечника - суспензия 5:1. После перемешивания смеси ее высушивают в сушильном шкафу при t=30°С до остаточной влажности 10-15%. Выход сорбента составил 96,5%.

Заявляемый способ получения сорбента позволяет получить сорбент, обладающий свойствами эффективного нефтесорбента и деструктора нефти и нефтепродуктов, сочетающий в себе высокую сорбционную и микробиологическую активность, безвредность для естественных биогеоценозов, удобство применения, невысокую стоимость.

Изобретение относится к области рационального использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса, а именно получения сорбента для очистки почв от нефтяных загрязнений с использованием нефтеокисляющих микроорганизмов. Способ включает обработку оболочки семян подсолнечника путем экстракции растворителем - гексаном в течение 30-100 минут, отстаивание, сушку при 100-200°С обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника, после сушки на поверхности продукта иммобилизуют ассоциат микроорганизмов путем распыления водной суспензии препарата «Деворойл», приготовленной при соотношении высушенной массы микроорганизмов к воде, равном 1:(2-5), при этом распыление осуществляют при соотношении обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника к водной суспензии препарата «Деворойл», равном (5-20):1, последующее перемешивание и высушивание сорбента при 20-35°С до остаточной влажности 10-15%. Способ обеспечивает получение сорбента, обладающего высокой емкостью по нефти и свойствами деструктора нефти и нефтепродуктов. 1 ил., 1 табл.

Способ получения сорбента, включающий удаление балластных веществ из оболочки семян подсолнечника путем экстракции растворителем в течение 30-100 мин, отстаивание и сушку при 100-200°С обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют гексан, а после сушки на поверхности продукта иммобилизуют ассоциат микроорганизмов путем распыления водной суспензии препарата «Деворойл», приготовленной при соотношении высушенной массы микроорганизмов к воде, равном 1:(2-5), при этом распыление осуществляют при соотношении обезжиренной плодовой оболочки подсолнечника к водной суспензии препарата «Деворойл», равном (5-20):1, последующего перемешивания и высушивания сорбента при 20-35°С до остаточной влажности 10-15%.