СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2013 года по МПК C02F3/34 C12R1/40 

Описание патента на изобретение RU2476385C1

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к биохимической очистке сточных вод от фенольных соединений.

Известен способ очистки сточных вод от фенолов экстракцией в присутствии углеводородов [А.С. СССР 806616, заявка 2357297 от 10.05.76], однако этот метод приводит к вторичному загрязнению сточных вод и имеет высокие показатели по остаточному фенолу.

Известен способ биологической очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментных препаратов, выделенных из гомогенатов растительных тканей [А.С. СССР 939407, заявка 2966341 от 09.06.80]. Недостатком этого метода является трудоемкость процесса приготовления ферментных препаратов путем промывки гомогената растительных тканей ацетоном или растиранием в фосфатном буфере.

Известен биологический способ очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью ферментного препарата о-дифенилоксидазы, иммобилизованного на саже [А.С. СССР 914507, заявка 2966313 от 11.06.80], но он затрагивает лишь стадию биоокисления пирокатехина, являющегося метаболитом в промежуточном окислении фенола бактериальными штаммами.

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенолов грибами Botrytis cinerea и Phytoptora infestans [А.С. СССР 912684, заявка 2856399 от 20.12.79].

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенольных соединений при pH 6-8,5 в течение 1-3 суток с помощью дереворазрушающего гриба - белой гнили Polyporus versicolor [А.С. СССР 969684, заявка 3277087 от 20.04.81].

Известен способ биохимической очистки предварительно разбавленных сточных вод от органических соединений путем культивирования микроорганизмов-дрожжей рода Candida в условиях аэрации с последующим отделением микроорганизмов [А.С. СССР 975588, заявка 3006003 от 01.08.80].

Известно применение штамма Pseudomonas aeruginosa №228, разлагающего фенол [А.С. СССР №499227, заявка №203990 от 01.07.74].

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенолов 3-4-суточным инокулятом лигнилитического гриба Panus (Lentinus) tigrinus ВKМ F-3613D [Патент РФ 2345957, заявка 2007123842/13 от 25.06.2007].

Известен способ очистки сточных вод от фенольных соединений с использованием штамма бактерий Mycobacterium stegmalis ВKМ В-1205 [А.С. СССР 1597384, заявка 4368424 от 23.10.87].

Известен способ биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений с применением штамма микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa XP-25 и в присутствии пространственно-затрудненных алкилфенолов, депонированного под номером ВКПМ В-8613 [патент РФ №2270807, заявка №2004110627 от 07.04.2004].

Вышеперечисленные способы очистки длительны по времени, трудоемки и обеспечивают невысокую степень очистки сточных вод от фенольных соединений, в частности от фенольных соединений, содержащихся в сульфидно-щелочных стоках нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, имеющих повышенное содержание сульфид-ионов. Кроме того, отдельные выделенные штаммы являются условно-патогенными и токсичными.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ биохимической очистки сточных вод от фенолсодержащих соединений с применением штамма микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa XP-25, депонированного под номером ВКПМ В-8613 [патент РФ №2270805, заявка №2004110625 от 07.04.2004]. Однако известный штамм разлагает фенол в сточных водах производства фенольных антиоксидантов или аналогичных по составу, который резко отличается от состава сульфидно-щелочных стоков нефтехимического и нефтеперерабатывающего производств.

Задачей изобретения является повышение качества очистки сточных вод, в частности сульфидно-щелочных стоков нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводов, с повышенным содержанием сульфид-ионов, от фенольных соединений, повышение безопасности при эксплуатации штамма, расширение арсенала штаммов микроорганизмов, применяемых для очистки сточных вод.

Поставленная задача решается за счет биохимической очистки сточных вод с помощью штамма Pseudomonas putida 131, предварительно выращенного на феноле и сорбированного на нефтяном прокаленном коксе. Штамм Pseudomonas putida 131 был выделен из фенолзагрязненных почв Нефтеперерабатывающего завода ОАО «Газпром нефтехим Салават» путем культивирования почвенного образца в минерализованной среде и последующего отбора наиболее активных форм и депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером В-10894.

Культура штамма Pseudomonas putida 131 эффективно утилизирует фенольные соединения в сточных водах, в том числе в сульфидно-щелочных стоках, в аэробных условиях, используя фенольные соединения в качестве источника углерода.

Морфологические признаки. Палочковидные клетки. Грамотрицательны.

Культуральные признаки. На мясопептонном агаре (МПА) и селективном агаре для бактерий рода Pseudomonas растет обильно. МПА имеет состав, г/л:

Отвар мяса 500 г свежего мяса, отделенного от пленок и жира/литр воды Агар 20 Пептон 10 NaCl 5

На МПА формирует круглые колонии с ровными краями, кремового цвета, выпуклые с возвышением в центре, однородной консистенции, диаметром до 5 мм. На селективной среде для бактерий рода Pseudomonas образует колонии кремового цвета, блестящие, выпуклые, однородной консистенции, с ровными краями и ровной поверхностью, диаметром до 10 мм. Штамм хорошо растет в минеральной среде состава, приведенного в таблице 1.

Таблица 1 Состав минеральной среды для культивирования бактерий Вещество Содержание, г/л KH2PO4 0,16 Na2HPO4 0,55 MgSO4 0,20 (NH4)2SO4 0,50 FeSO4 0,01 CaCl2 0,01 фенол 0,5 вода дистиллированная до 1 л

При этом образуется желтый пигмент с зеленоватым оттенком.

Физиологические признаки. Аэроб, оптимальная температура роста 25÷30°C, отсутствие деструкции фенольных соединений при 15°C.

Биохимические признаки. Культура оксидазоположительна, утилизирует глюкозу, сорбит, маннит, инозит, обладает каталазной и аргининдегидрогеназной активностями, дает положительную реакцию на β-галактозидазу, не утилизирует цитрат, малонат, лактозу, сахарозу, не способна к декарбоксилированию лизина и орнитина, не образует индол и сероводород, не обладает уреазной активностью. Штамм не образует поли-β оксибутират, не способен к денитрификации.

При культивировании в минеральной среде состава, указанного в таблице 1, на шейкере со скоростью 180 об/мин и температуре 26°C штамм Pseudomonas putida 131 полностью деструктурирует фенол в концентрации 500 мг/л за 12 часов.

Культура может храниться на селективной среде для бактерий рода

Pseudomonas и МПА, при pH 7,0 при 4÷8°C 3 месяца.

Культивирование в лабораторных условиях. Для деструкции фенольных соединений культуру смывают с поверхности скошенной агаризованной среды в пробирке небольшим объемом 0,5÷1,0 мл стерильной водопроводной воды или 0,9%-ного раствора хлористого натрия и вводят в 3÷5 мл стерильного мясопептонного бульона следующего состава, г/л:

Отвар мяса 500 г свежего мяса, отделенного от пленок и жира/литр воды Пептон 10 Nad 5

Выращивают в течение 12÷18 часов при температуре 25÷30°C. Полученной культурой заражают описанную выше минеральную среду, в которой при культивировании в колбах на качалках полная деструкция фенола проходит за 12 часов.

Штамм относится к группе невирулентных, нетоксигенных и нетоксичных согласно заключению Уфимского НИИ медицины труда и экологии человека Роспотребнадзора.

Способ заключается в следующем. Очищаемые сточные воды подают в биореактор, представляющий собой емкость колонного типа, заполненную иммобилизованным на нефтяной прокаленный кокс штаммом микроорганизмов Pseudomonas putida 131 - биофильтр 1. Для исключения уноса кокса предусмотрена установка сетки в нижней и верхней частях реактора. При прохождении загрязненной фенольными соединениями сточной воды, подаваемой сверху колонны, через реактор происходит деструкция фенольных соединений штаммом микроорганизмов, равномерно распределяющимся в объеме реактора, в присутствии кислорода воздуха, подаваемого через распределитель воздуха 2. Для сохранения активности штамма микроорганизмов в биореактор вносят биогенную добавку, предварительно растворенную в сточной воде. Газы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности бактерий, выводятся сверху.

В частном случае сточные воды, подаваемые на очистку, содержат сульфид-ионы до 64,1 мг/л. В качестве биогенной добавки может быть использована ортофосфорная кислота или соли ортофосфорной кислоты.

Клетки штамма микроорганизмов иммобилизованы на нефтяной прокаленный кокс на основе тяжелой смолы пиролиза способом нанесения в воронке, который заключается в прокачивании (с рециклом) суспензии клеток через воронку, заполненную адсорбентом-носителем. Размер фракции кокса 5÷10 мм. Для иммобилизации адсорбент и суспензия клеток использовались в соотношении 800 мл носителя на 3 л суспензии клеток. Адсорбент предварительно промывался водой и стерилизовался при 1 атм. в течение 30 мин. Наиболее оптимальным значением pH для деструкции фенола иммобилизованным штаммом является значение 7÷8, поэтому сульфидно-щелочной сток предварительно нейтрализовали кислотой.

Способ поясняется чертежом, на котором изображен биореактор, представляющий собой емкость колонного типа, внутри которой расположены биофильтр 1 и распределитель воздуха 2.

Способ иллюстрируется примерами.

Пример 1. В образец №1 сульфидно-щелочного стока ОАО «Газпром нефтехим Салават» (состав приведен в таблице 2), предварительно нейтрализованного серной кислотой до pH 7,5, с концентрацией фенольных соединений 300 мг/л, в качестве биогенной добавки вносили соль ортофосфорной кислоты K2HPO4 в конечной концентрации 80 мг/л. Далее образец пропускали через биореактор, изображенный на чертеже, заполненный иммобилизованным на нефтяной прокаленный кокс штаммом микроорганизмов Pseudomonas putida 131, при барботаже воздухом с расходом 2 л/ч, в течение 4 часов. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 Состав образца №1 до и после очистки Показатели Сульфидно-щелочной сток, мг/л Исходный Очищенный pH 7,5 8,9 Массовая концентрация сульфид-ионов, мг/л 28,6 8,8 Массовая концентрация сульфат-ионов, мг/л 401,4 189,1 Массовая концентрация фенольных соединений, мг/л 300 0,8

Пример 2. Образец №2 сульфидно-щелочного стока ОАО «Газпром нефтехим Салават» с содержанием сульфид-ионов 64,1 мг/л (состав приведен в таблице 3), предварительно нейтрализованный фосфорной кислотой, с концентрацией фенольных соединений 800 мг/л, пропускали через биореактор, как показано в примере 1, в течение 15 часов. Результаты приведены в таблице 3. Таким образом, показано осуществление изобретения в интервале содержания в сточных водах сульфид-ионов до 64,1 мг/л.

Таблица 3 Состав образца №2 до и после очистки Показатели Сульфидно-щелочной сток, мг/л Исходный Очищенный pH 7,5 8,8 Массовая концентрация сульфид-ионов, мг/л 64,1 25,6 Массовая концентрация сульфат-ионов, мг/л 1843,7 544,8 Массовая концентрация фенольных соединений, мг/л 800 50

Пример 3. Образец №3 минеральной среды (состав приведен в таблице 4), с концентрацией фенольных соединений 300 мг/л, пропускали через биореактор, как показано в предыдущих примерах. Через 4 часа концентрация фенольных соединений составляет менее 50 мг/л.

Таблица 4 Состав минеральной среды, содержащей фенольные соединения Вещество Содержание, мг/л KH2PO4 160 Na2HPO4 550 MgSO4 200 (NH4)2SO4 500 FeSO4 010 CaCl2 010 Фенольные соединения 300

Пример 4. В образцы сульфидно-щелочного стока, предварительно нейтрализованные соляной кислотой до pH 7,5, с содержанием фенольных соединений 500 мг/л, добавляли в качестве биогенной добавки соли соляной, серной и ортофосфорной кислот NaCl, Na2SO4, Na2HPO4, KH2PO4. Один образец нейтрализовали ортофосфорной кислотой и соль в него не добавляли. Очистку от фенольных соединений проводили, как показано в предыдущих примерах. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5 Влияние различных солей на активность деструкции фенольных соединений с помощью штамма микроорганизмов Pseudomonas putida 131 Вид и количество соли, мг/л Содержание фенольных соединений, мг/л Через 12 ч Через 18 ч Через 24 ч NaCl - 4650 354,0 142,2 0,5 Na2SO4 - 1650 385,7 324,8 0,4 Na2HPO4 - 650 0,3 0,3 0,2 KH2PO4 - 650 0,3 0,2 0,1 Образец нейтрализован ортофосфорной кислотой 100,0 0,3 0,3

Пример 5. Образец №5 сульфидно-щелочного стока ОАО «Газпром нефтехим Салават» (состав приведен в таблице 6) разбавляли в 2 раза в конической колбе нестерильной водопроводной водой до конечного объема, равного 30%-ному объему колбы. Затем добавляли соль K2HPO4 в конечной концентрации 300 мг/л и 10% по объему культуры штамма Pseudomonas putida 131, выращенной, как описано выше, на минеральной среде с фенолом. Затем бактерии культивировали на качалке 12 ч при температуре 25°C и скорости качания 180 об/мин. Результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6 Пример деструкции фенольных соединений в сульфидно-щелочном стоке штаммом Pseudomonas putida 131 Показатели Сульфидно-щелочной сток Исходный После деструкции pH среды 7,5 8,9 Массовая концентрация сульфид-ионов, мг/л 29,8 9,6 Массовая концентрация фенольных соединений, мг/л 204,6 Отсутствие

Пример 6. Образец №6 сульфидно-щелочного стока ОАО «Газпром нефтехим Салават», содержащего фенольные соединения в концентрации 1200 мг/л, разбавляли в два раза водопроводной водой и доводили значение pH до 7,5 концентрированной серной кислотой. Затем вносили соль Na2SO4 так, что конечная ее концентрация составляла 4650 мг/л (в пересчете на сульфат-ион 3143 мг/л), а общая минерализация - 5400 мг/л. Бактерии штамма Pseudomonas putida 131 культивировали на качалках, как описано в примере 5. Результаты приведены в таблице 7.

Таблица 7 Деструкция фенольных соединений бактериями Pseudomonas putida 131 в сульфидно-щелочном стоке с высоким содержанием сульфат-ионов Вариант Содержание фенольных соединений, мг/л, через 12 часов 18 часов 24 часа Pseudomonas putida 131 459,0 437,8 0,6 Без бактерий 598,7 563,9 524,8

Пример 7. Для примера деструкции фенольных соединений использовалась минеральная среда состава, указанного в таблице 8. Бактерии штамма Pseudomonas putida 131 культивировали на качалках, как описано в примере 5. После 40 часов культивирования на минеральной среде методом высокоэффективной жидкостной хроматографии фенольные соединения не определялись.

Таблица 8 Состав минеральной среды, содержащей фенольные соединения Вещество Содержание, мг/л KH2PO4 160 Na2HPO4 550 MgSO4 200 (NH4)2SO4 500 FeSO4 010 CaCl2 010 Фенол 352 П-крезол 029 O-крезол 017 Вода дистиллированная до 1 л

Эффективная деструкция фенольных соединений в различных средах говорит о возможности быстрой адаптации штамма к изменяющимся условиям среды, т.е. подтверждает высокую адаптационную способность штамма Pseudomonas putida 131.

Определение содержания фенольных соединений проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Таким образом, использование штамма Pseudomonas putida 131 обеспечивает повышение качества очистки сточных вод от фенольных соединений. Очищенные с помощью штамма сточные воды могут быть использованы для дальнейшей очистки с бытовыми сточными водами.

Похожие патенты RU2476385C1

название год авторы номер документа
ШТАММ PSEUDOMONAS PUTIDA 131, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЙ ДЕСТРУКЦИЮ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 2011
  • Хайруллин Рамиль Магзинурович
  • Маркушева Татьяна Вячеславовна
  • Уразбахтина Нурия Анасовна
  • Гарифуллина Динара Вакилевна
  • Егоршина Анна Александровна
  • Батталова Алия Хасановна
  • Дехтярь Евгений Фёдорович
RU2463344C1
УСТАНОВКА КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ СТОКОВ (ВАРИАНТЫ) 2014
  • Кондратьев Александр Сергеевич
  • Смаков Марат Ринатович
  • Дехтярь Евгений Федорович
RU2569153C1
БИОПРЕПАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, ПОЧВЫ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ ОТ УСТОЙЧИВЫХ К РАЗЛОЖЕНИЮ ПЕСТИЦИДОВ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 2011
  • Анисимова Лилия Георгиевна
  • Маркушева Татьяна Вячеславовна
  • Кураков Александр Васильевич
  • Закутаев Андрей Петрович
RU2484131C2
СПОСОБ БИОДЕСТРУКЦИИ ФЕНОЛА 2007
  • Кадималиев Давуд Али-Оглы
  • Ревин Виктор Васильевич
  • Паршин Александр Александрович
  • Надежина Оксана Сергеевна
  • Атыкян Нелли Альбертовна
  • Рубин Андрей Борисович
  • Шайтан Константин Вальдемарович
RU2345957C1
ШТАММ БАКТЕРИИ THIOBACILLUS THIOPARUS, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБОРОТНЫХ ВОД ОТ ТИОЦИАНАТ-ИОНА 2021
  • Белый Александр Васильевич
  • Солопова Наталья Владимировна
  • Булаев Александр Генрихович
RU2758291C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ТОЛУОЛА 2016
  • Абизгильдина Регина Рамилевна
  • Будник Владимир Александрович
  • Куцуев Климентий Анатольевич
RU2640260C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ ОТ ЦИАНИДОВ И ТИОЦИАНАТОВ 2002
  • Каравайко Г.И.
  • Кондратьева Т.Ф.
  • Савари Е.Е.
  • Седельникова Г.В.
  • Григорьева Н.В.
RU2245850C2
СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ 2004
  • Салаватова Роза Минизиевна
  • Туктаров Артур Фаилович
  • Ниязов Николай Аркадьевич
  • Логутов Игорь Юрьевич
RU2270807C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ФЕНОЛА 2016
  • Абизгильдина Регина Рамилевна
  • Будник Владимир Александрович
  • Куцуев Климентий Анатольевич
RU2661679C9
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 2004
  • Салаватова Роза Минизиевна
  • Туктаров Артур Фаилович
  • Ниязов Николай Аркадьевич
  • Логутов Игорь Юрьевич
RU2270805C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 476 385 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к области биохимии. Через реактор колонного типа пропускают сточные воды с повышенным содержанием фенольных соединений 300-1200 мг/л, содержанием сульфид-ионов до 64,1 мг/л и содержанием сульфат-ионов до 401,4 мг/л или 1843,7 мг/л при барботаже воздухом. Реактор содержит адсорбент - нефтяной кокс, на который иммобилизованы клетки штамма аэробных бактерий Pseudomonas putida 131 ВКПМ В-10894. Предварительно в сточных водах растворяют ортофосфорную кислоту или ее соли в качестве биогенной добавки для достижения pH 7-8, оптимального для деструкции фенола штаммом бактерий. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки сточных вод, содержащих сульфид-ионы и сульфат-ионы, от фенольных соединений до 0-50 мг/л. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл., 7 пр.

Формула изобретения RU 2 476 385 C1

1. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений с помощью штамма аэробных бактерий и биогенной добавки, отличающийся тем, что в качестве штамма аэробных бактерий используют штамм Pseudomonas putida 131 ВКПМ В-10894.

2. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений по п.1, отличающийся тем, что сточные воды содержат сульфид-ионы до 64,1 мг/л.

3. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений по п.1, отличающийся тем, что сточные воды содержат сульфат-ионы в количестве 401,4 или 1843,7 мг/л.

4. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений по п.1, отличающийся тем, что в качестве биогенной добавки используют ортофосфорную кислоту.

5. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений по п.1, отличающийся тем, что в качестве биогенной добавки используют соли ортофосфорной кислоты.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2476385C1

СПОСОБ БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ 2004
  • Салаватова Роза Минизиевна
  • Туктаров Артур Фаилович
  • Ниязов Николай Аркадьевич
  • Логутов Игорь Юрьевич
RU2270807C2
US 0006521444 B1, 18.02.2003
SU 1686799 A1, 27.06.1997
Штамм бактерий РSеUDомоNаS рUтIDа - деструктор ароматических соединений и окиси мезитила 1991
  • Федоров Александр Юльевич
  • Сингирцев Игорь Николаевич
  • Корженевич Вячеслав Исаевич
  • Крестьянинов Валерий Юрьевич
  • Волченко Елена Валентиновна
SU1792925A1

RU 2 476 385 C1

Авторы

Крупин Петр Владимирович

Дехтярь Евгений Фёдорович

Будник Владимир Александрович

Янгулова Галина Амировна

Даты

2013-02-27Публикация

2011-07-26Подача