Изобретение относится к биотехнологии и агроэкологии и предназначено для реабилитации почвогрунтов после аварийных разливов в районах добычи, транспортировки и переработки нефти, для рекультивации свалок ТБО и сельскохозяйственных земель, для утилизации отходов сельского хозяйства и отраслей промышленности по переработке растительного сырья, для очистки жидких отходов и сточных вод производств путем сорбции, фильтрации загрязненных вод и предотвращения миграции тяжелых металлов и нефтеуглеводородов с одновременным структурированием почвы и очисткой от загрязнений нефтью и нефтепродуктами.
Близкими техническими решениями являются известные сорбционные материалы и биосорбенты.
Известен сорбент [RU 2198987 С2] для комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов, содержащий сапропель и обуглероженную льняную костру, которая является отходом льнопроизводства.
Известен биосорбент [RU 2264357 С2] для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов, содержащий микроорганизмы-биодеструкторы и торф, древесные опилки, навоз крупного рогатого скота и лигнин. При этом в качестве микроорганизмов-биодеструкторов он содержит штаммы бактерий Pseudomonas putida и/или Rhodococcus ruber и/или штамм микромицета Trichoderma citrinoviride (телеоморфа Hypocrea schweinitzii (Fresen) Sacc.), и/или штамм микромицета Metarrihizium anisopliae (Metschn.)
Известен биогибридный композиционный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов [RU 2549685 C1], представляющий собой термопластичный полимер с волокнообразующими свойствами. Он содержит инкорпорированные фосфорсодержащие катиониты и/или азотсодержащие аниониты, клеточные стенки водных растений семейства Рясковые (Lemnaceae) и иммобилизованные клетки бактерий-нефтедеструкторов.
Известен способ [RU 2509 734 С2] биосорбционной очистки воды от ионов тяжелых металлов. Способ предусматривает внесение в сточную воду биомассы дрожжей в виде отходов пивоваренных производств, содержащих ассоциацию дрожжей различных штаммов Saccharomyces cerevisiae.
Известен биосорбент [RU 2090259 С1], который получают путем смешивания цеолита с делипидизированной биомассой микроорганизмов в водном щелочном растворе при PH 9-10, массовом соотношении биомассы, цеолита и жидкой фазе 1:1 - 5:10 при непрерывном перемешивании и нагревании до полного упаривания жидкой фазы. Биосорбент может быть использован для удаления из растворов ионов тяжелых металлов и радионуклидов.
Известен [RU 96101539] способ очистки поверхности воды и грунта от нефти и нефтепродуктов с помощью сорбента, изготовленного на основе гидролизного лигнина, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют переработанный в нейтральную смесь при компостировании с птичьим пометом гидролизный лигнин, обогащенный микроорганизмами-деструкторами нефти.
Известен способ очистки поверхности воды от загрязнений нефтепродуктами и органическими растворителями [RU 2116255 C1], включающий обработку поверхности воды гидролизным лигнином, причем лигнин предварительно гидрофобируют нерастворимым сульфатным мылом путем его осаждения из водного раствора в количестве 1% от массы лигнина. Недостатком данного сорбента является отсутствие деструкции нефтепродуктов, а также гидролизный лигнин относится к трудноразлагаемым материалам и может стать вторичным источником загрязнения водоемов.
Известен биоремедиант [RU 2 616 398(13) C1] для проведения рекультивационных работ, который состоит из аэрозольным способом нанесенной биоэмульсии, содержащей ассоциацию клеток бактерий, вазелиновое масло, эмульгатор, минеральное удобрение, нанесенные на комплекс, состоящий из сорбентов и структураторов почвы: гидрофобизированного термолизом торфа и алюмосиликата осадочного происхождения (глауконита), содержащего семена трав, обеспечивающего восстановление структуры почв и снижение содержания нефтепродуктов. Недостатком аналога являются: сложный состав и способ изготовления, необходимость нарушения болотных экосистем при добыче верхового торфа, а также предназначение для очистки только почвогрунтов от одного вида загрязнителя – нефтеуглеводородов. Недостатком аналога являются: сложный состав и способ изготовления, необходимость нарушения болотных экосистем при добыче верхового торфа, а также предназначение для очистки только почвогрунтов от одного вида загрязнителя – нефтеуглеводородов.
Известен биосорбент «БОС» [ТУ 1549-388-0206847401] на основе природных алюмосиликатов (перлит, вермикулит) и нефтеокисляющих бактерий. Сорбент «БОС» представляет собой пористый минеральный сорбент в виде гранул и чешуек размером 2-7 мм. В порах и на поверхности сорбента находятся специально подобранные штаммы микроорганизмов, отобранные из естественной среды обитания. Микроорганизмы обладают выраженной нефтеокисляющей активностью. Биосорбент предназначен для сбора и утилизации нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и почвы.
Наиболее близким является [RU 2715036] биогеосорбент для очистки нефтезагрязненных водных объектов. Сорбент состоит из носителя – глауконитсодержащей породы и иммобилизованной на нем смеси штаммов бактерий Pseudomonas yamanorum, дрожжей Rhodotorula glutinis и микроводорослей Chlorella vulgaris в заданном соотношении.
Недостатком аналогов является сложность изготовления и недостаточная сорбционная способность или отсутствие биодеструкции нефтеуглеводородов, а также предназначение для очистки объектов только от одного вида загрязнителя.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка биомодифицированного материала на основе композиции из компонентов, обеспечивающих широкие функциональные возможности или полифункциональные свойства, а именно материала обладающего сорбционными и деградационными свойствами в отношении наиболее опасных экотоксикантов и предназначенного для очистки и реабилитации загрязненных почвогрунтов и земель сельскохозяйственного назначения путем предотвращения миграции посредством удаления из водных растворов прежде всего загрязнений тяжелыми металлами, в сочетании с высокой сорбционной и удерживающей способностью в отношении как тяжелых металлов, так и нефтеуглеводородов, а также эффективной биодеградацией загрязнений нефти и нефтепродуктов.
Технический результат достигается тем, что биомодифицированный материал для очистки почвогрунтов от тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, состоящий из композиции, включающей материал-носитель и иммобилизованную на нем микробную биомассу, согласно изобретения, в качестве материала-носителя используют вермикулит или глауконит или смесь из вермикулита и древесных опилок, а в качестве биологического компонента используют биомассу бактериально-грибного комплекса, которая включает биомассу бактерий Pseudonocardia carboxydivorans АС-2046, а также биомассу грибов микромицета Penicillium chrysogenum F-1373 или микромицета Beauveria bassiana BKПM F-145 или базидиомицета Panus tigrinus F-8/18, взятых при соотношении биомассы бактерий и биомассы грибов 3:1 с концентрацией не менее 1х107 КОЕ в 1 г биомодифицированного материала, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Вермикулит и древесные опилки материала-носителя смешивают в эффективном количестве, в частном случае, при объемном соотношении 3:5.
В качестве биологического компонента для биомодифицированного материала используют концентрированную биомассу бактериально-грибного комплекса, полученного выращиванием биомассы монокультур, и затем составленных в бактериально-грибной комплекс при соотношении биомассы гриба к биомассе бактерий 1:3 для последующей иммобилизации высушиванием на материале-носителе с концентрацией не менее 1х107 КОЕ (колониеобразующих единиц) в 1 г биомодифицированного материала соответственно.
Штаммы используемых бактерий, мицелиальных и базидиального грибов депонированы во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ВКПМ [БРЦ ВКПМ НИЦ "Курчатовский институт" – ГосНИИгенетика]. Штаммы бактерий и грибов обладают нефтедеструктивной и/или лигно-целлюлозолитической активностью (Pseudonocardia carboxydivorans АС-2046 [RU 2685858 С1], микромицет Penicillium chrysogenum F-1373 [RU 2684588 С1], базидиомицет Panus tigrinus ВКПМ F-8/18) или энтомопатогенной и сорбционной способностью (микромицет Beauveria bassiana BKПM F-145) и характеризуются как экологически нетоксичные. В классификации микроорганизмов по группам патогенности Санитарно-эпидемиологических правил СП 1.3.2322-08 от 1 мая 2008 г. «Безопасность работы с микроорганизмами III-IV групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней» данный вид (род) не значится.
Пример 1. Получение и характеристика биомодифицированного материала.
Биомодифицированный материал получают на основе композиции, составленной из биологического компонента и компонента, являющегося материалом-носителем: вермикулит или глауконит или смесь из вермикулита и древесных опилок (при объемном соотношении - 3:5). Древесные опилки лиственных или хвойных пород древесины в своем составе как отход деревообработки содержат основные лигно-целлюлозосодержащие компоненты: лигнин и целлюлозу 22-25% и 53-56% соответственно. На материал-носитель (фракции не более 0,9 см) вносят биологический компонент - биомассу комплекса штаммов бактерий и грибов при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Монокультуры штаммов предварительно выращивают на стандартных питательных средах (Среда-бульон Кустера - для бактерий, Среда-бульон Сабуро - для грибов), смешивают концентрированную отстаиванием биомассу бактерий и биомассу грибов в соотношении 1:3 по объему и с титром 1х107-9 КОЕ/мл с исходным содержанием по сухой биомассе монокультур не менее 5 г/л для бактерий и не менее 10 г/л для грибов. Смешивание с материалом-носителем биомассы микробного комплекса и последующее высушивание для иммобилизации биологического компонента на сорбенте-носителе проводят при Т=60±5 °С. Характеристика биомодифицированного материала представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Пример 2. Нефтедеструктивная активность.
Изменение содержания нефтепродуктов в вариантах опыта определено за 20 суток после внесения одинакового количества загрязнителя в песчаную почву. Наблюдения загрязненной почвы при внесении биомодифицированного материала на основе глауконита или смеси из опилок и вермикулита с иммобилизованной бактериально-грибной биомассой (из расчета не более 3г / 100г нефтезагрязненной почвы) вели при Т = 25±5 °С и влажностью, которую поддерживали на уровне 40-60%. Содержание нефти в почве анализировали весовым методом и методом флуориметрии [Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв на анализаторе «Флюорат-02». ПНД Ф 16.1.21 - 98.]. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Pseudonocardia carboxydivorans + Penicillium chrysogenum)
Пример 3. Нефтедеструктивная активность биомодифицированного материала с иммобилизованной биомассой грибной монокультуры энтомопатогена и бактериально-грибного комплекса.
Изменение содержания нефтепродуктов в вариантах опыта определено за 60 суток после внесения одинакового количества загрязнителя в песчаную почву. Наблюдения загрязненной почвы при внесении биомодифицированного сорбента на основе композиции из опилок и вермикулита с иммобилизованной биомассой монокультуры или бактериально-грибной биомассой провели при Т = 18±5 °С и влажностью, которую поддерживали на уровне 40-60%. В почвенные пробы вносили высушенную композиционный биомодифицированный материал с содержанием КОЕ/г 1,5х107 из расчета 2г на 1 кг нефтезагрязненной пробы (n=3). Содержание нефти в почве анализировали весовым методом и методом флуориметрии [Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв на анализаторе «Флюорат-02». ПНД Ф 16.1.21 - 98.]. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Пример 4. Сорбционная способность в отношении к тяжелым металлам.
Были приготовлены водные растворы с различными концентрациями солей меди (50 мг/дм3), кадмия (50 мг/дм3) и свинца (100 мг/дм3) в пересчёте на катионы металла (CuSO4 х 5H2O = 196,16 мг или 50 мг по Cu(II); Cd(NО3)2 х 4H2O = 137,20 мг или 50 мг по Cd(II); Pb (NO3)2= 159,85 мг или 100 мг по Pb(II)). Исследование провели в динамичных условиях (130 обор./мин) в течение 5 суток при внесении в емкости с раствором солей сорбентов 1% от объема. Определение концентрации элементов в пробе, полученной центрифугированием (10000 об/мин; 10 мин.), провели на спектрометре эмиссионный с индуктивно связанной плазмой Vista MPX Rad (Varian). Результаты сорбционной способности в отношении к тяжелым металлам (Cd(II); Cu(II); Pb(II)) представлены в таблице 4.
Таблица 4.
дм3
Пример 5. Сорбционная способность в отношении к тяжелым металлам.
Были приготовлены водные растворы с концентрациями солей свинца (100 мг/дм3) в пересчёте на катионы металла (Pb (NO3)2=159,85 мг или 100 мг по Pb(II)). Исследование провели в динамичных условиях (130 обор./мин) в течение 1-5 суток при внесении в емкости с раствором солей сорбентов 1% от объема с последующим фильтрованием (фильтр Красная лента). Определение концентрации элементов в пробе провели на спектрометре эмиссионный с индуктивно связанной плазмой Vista MPX Rad (Varian). Результаты сорбционной способности в отношении к тяжелым металлам (Cd(II); Cu(II); Pb(II)) представлены в таблице 5.
Таблица 5.
Пример 6. Биодеструкция лигноцеллюлозы – одного из компонентов в составе материала-носителя.
Способность к биодеструкции лигноцеллюлозы биомассой биоагента - бактериально-грибного комплекса в составе композиционного биомодифицированого материала- биосорбента проводили исследованием после обработки древесной массы опилок с исходным содержанием основных структурных компонентов древесины: лигнина и целлюлозы 22-25 и 53-56 % соответственно. Содержание целлюлозы определено азотно-спиртовым методом (методом Кюршнера). Результаты деструкции биоразлагаемого компонента лигно-целлюлозосодержащего материала за 10 суток биомассой бактериально-грибного комплекса, составленного в различном сочетании из монокультур для иммобилизации на сорбенте-носителе, представлены в таблице 6.
Таблица 6.
На представленных примерах 2-6 показано, что биомодифицированный материал на основе материала-носителя с использованием в этом качестве вермикулит, глауконит и композицию из вермикулита и древесных опилок с иммобилизованной биомассой бактериально-грибного комплекса, обеспечивает нефтедеструкцию в наиболее трудно очищаемой песчаной почве, а также сорбцию тяжелых металлов с высоким содержанием в водной среде. Степень очистки песчаной почвы за 20-60 суток опыта при внесении композиционного биомодифицированного материала, где применены различные носители и различный состав с иммобилизованной бактериально-грибной биомассой, составляет 27-58 % от контрольного загрязнения нефтью и дизельным топливом. Сорбционная способность в отношении тяжелых металлов из водных растворов составляет 50-92% за 1-5 суток. Из состава композиции древесной массы и вермикулита биодеградабельностью обладает лигно-целлюлозосодержащий компонент - целлюлоза, а биоразложение возможно как аборигенной почвенной микробиотой, так и иммобилизованной биомассой бактериально-грибного комплекса на основе штаммов бактерий и грибов. При этом сорбционная и деградационная активность биомодифицированного материала для композиции материала-носителя, включая смесь древесных опилок и вермикулита или вермикулит (глауконит), с бактериально-грибным комплексом значительно выше, чем с монокультурой. Экологически безопасный и простой в изготовлении композиционный биомодифицированный материал как биосорбент по сравнению с прототипом может быть использован при комплексных сложных загрязнениях наиболее опасными экотоксикантами: нефтеуглеводородами и тяжелыми металлами. Нефтедеструктивную активность, сорбционную способность биомодифицированного материала обеспечивает биомасса бактериально-грибного комплекса, включая сочетание с энтомопатогенным грибом, что перспективно для реабилитации земель сельскохозяйственного назначения. Сорбционная и деструктивная способность компонентов материала-носителя и бактериально-грибной биомассы, составляющих основу композиционного биомодифицированного материала, позволит очищать почву и предотвращать миграцию тяжелых металлов и нефтеуглеводородов. Сорбционная и удерживающая способность в отношении тяжелых металлов позволит предотвращать миграцию в почвогрунтах, прежде всего за счет способности к сорбции из водных растворов. Биомодифицированый материал способствует улучшению структуры и качества загрязненной почвы, за счет входящих в состав композиции компонентов.
Таким образом, достигнут технический результат по созданию композиционного биомодифицированного материала для очистки почвогрунтов от тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, который включает материал-носитель как сорбент на основе вермикулита или глауконита или смеси из древесных опилок с вермикулитом и иммобилизованный на нем микробный комплекс на основе биомассы штаммов бактерий и грибов.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Биоинсектицидная композиция для защиты сельскохозяйственных культур от почвообитающих вредителей | 2022 |
|
RU2802346C1 |
| Способ получения гранулированного сорбента на основе вермикулита для удаления углеводородов из водных растворов | 2023 |
|
RU2806525C1 |
| СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ | 2011 |
|
RU2465216C1 |
| КАССЕТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ | 2008 |
|
RU2405741C2 |
| Препарат для очистки почв и водных объектов от нефти и нефтепродуктов | 2015 |
|
RU2615464C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОПЕСТИЦИДНОГО ПРЕПАРАТА | 2016 |
|
RU2651487C1 |
| ПРЕПАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДЫ ОТ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ | 2014 |
|
RU2600872C2 |
| Препарат для очистки почв и воды от нефти и нефтепродуктов | 2015 |
|
RU2617953C1 |
| Штамм Penicillium chrysogenum, обладающий нефтеокисляющей и лигно-целлюлозолитической активностью | 2018 |
|
RU2684588C1 |
| СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ | 2014 |
|
RU2556062C1 |
Изобретение относится к биотехнологии и агроэкологии и предназначено для реабилитации почвогрунтов после аварийных разливов в районах добычи, транспортировки и переработки нефти, для рекультивации свалок ТБО и сельскохозяйственных земель, для утилизации отходов сельского хозяйства и отраслей промышленности по переработке растительного сырья, для очистки жидких отходов и сточных вод производств путем сорбции, фильтрации загрязненных вод и предотвращения миграции тяжелых металлов и нефтеуглеводородов с одновременным структурированием почвы и очисткой от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Представлен биомодифицированный материал для очистки почвогрунтов от тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, состоящий из композиции, включающей материал-носитель и иммобилизованную на нем микробную биомассу, характеризующийся тем, что в качестве материала-носителя используют вермикулит или глауконит или смесь из вермикулита и древесных опилок, а в качестве биологического компонента используют биомассу бактериально-грибного комплекса, которая включает биомассу бактерий Pseudonocardia carboxydivorans АС-2046, а также биомассу грибов микромицета Penicillium chrysogenum F-1373 или микромицета Beauveria bassiana BKПM F-145 или базидиомицета Panus tigrinus F-8/18, взятые при объемном соотношении, равном 3:1, с концентрацией не менее 1х107 КОЕ в 1 г биомодифицированного материала, содержащего компоненты при следующем соотношении: материал-носитель – 80-90 масс. %, биомасса бактериально-грибного комплекса – 1-5 масс. %, влага – остальное. Изобретение обеспечивает разработку биомодифицированного материала на основе композиции из компонентов, обеспечивающих широкие функциональные возможности или полифункциональные свойства, а именно материала, обладающего сорбционными и деградационными свойствами в отношении наиболее опасных экотоксикантов и предназначенного для очистки загрязненных почвогрунтов и земель сельскохозяйственного назначения путем предотвращения миграции посредством удаления из водных растворов, прежде всего, загрязнений тяжелыми металлами, в сочетании с высокой сорбционной и удерживающей способностью в отношении как тяжелых металлов, так и нефтеуглеводородов, а также эффективной биодеградацией загрязнений нефти и нефтепродуктов. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 6 пр.
1. Биомодифицированный материал для очистки почвогрунтов от тяжелых металлов, нефти и нефтепродуктов, состоящий из композиции, включающей материал-носитель и иммобилизованную на нем микробную биомассу, отличающийся тем, что в качестве материала-носителя используют вермикулит или глауконит или смесь из вермикулита и древесных опилок, а в качестве биологического компонента используют биомассу бактериально-грибного комплекса, которая включает биомассу бактерий Pseudonocardia carboxydivorans АС-2046, а также биомассу грибов микромицета Penicillium chrysogenum F-1373 или микромицета Beauveria bassiana BKПM F-145 или базидиомицета Panus tigrinus F-8/18, взятые при объемном соотношении, равном 3:1, с концентрацией не менее 1х107 КОЕ в 1 г биомодифицированного материала, содержащего компоненты при следующем соотношении, масс. %:
2. Биомодифицированный материал по п. 1, отличающийся тем, что смесь вермикулита и древесных опилок берут при объемном соотношении 3:5.
| Биогеосорбент для очистки нефтезагрязненных водных объектов | 2018 |
|
RU2715036C1 |
| RU 2019116637 A, 30.11.2020 | |||
| RU 2019116488 A, 30.11.2020 | |||
| US 4415661 A, 15.11.1983. | |||
