Біотехнологія очищення і реабілітації грунту від забруднень нафтою та нафтопродуктами

Біотехнологія очищення і реабілітації грунту від забруднень нафтою та нафтопродуктами, що містить: заходи, спрямовані на збір нафтопродуктів з поверхні грунту, очищення всього шару забрудненого грунту біотехнологічними методами і його реабілітацію, сидерацію грунту, а як мікроорганізми, що здатні розкладати нафту та нафтопродукти, використовують наступні види з 2-х рядів мікроорганізмів: 1-й ряд: Arthrobacter paraffineus, Arthrobacter simplex, Desulfovibrio desulfuricans, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas ambigua, Pseudomonas biforme, Pseudomonas brevis, Pseudomonas caudatus, Pseudomonas cocciformis, Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas funduliformis, Pseudomonas furcosum, U 2 (19) 1 3 3/34 з пріоритетом від 09.06.2009 р. опубл. 26.10.2009 р., Бюл. №20. Згідно з відомим способом попередньо розмножують у воді в окремих ємностях у необхідних об'ємах мікроорганізми, здатні розкладати пально-мастильні матеріали, після чого підготовлені об'єми мікроорганізмів вводять у забруднені воду або ґрунт методом розпорошування над поверхнею води або ґрунту з плівкою пально-мастильних матеріалів. Відомий спосіб не достатньо придатний для очищення ґрунту від нафти та нафтопродуктів, особливо у випадках, коли вони проникнули в глибокі шари ґрунту, так як розпорошені мікроорганізми деструктують тільки плівку нафтопродуктів на поверхні ґрунту. Відомий патент України на корисну модель № 48290"Спосіб очищення води і ґрунту від нафти" (прототип) по класу МІЖ С02 F3/34 з пріоритетом від 02.10.2009, опубл. 10.03.2010 р, Бюл. №5, згідно якого попередньо в окремих ємностях у воді розмножують у необхідних обсягах мікроорганізми, що здатні розкладати нафту, після чого підготовлені обсяги мікроорганізмів вводять у забруднені нафтою воду або ґрунт методом розпорошування над поверхнею води або ґрунту, а як мікроорганізми, що здатні розкладати нафту, використовують наступні види мікроорганізмів: 1-й ряд Arthrobacter parqffineus, Arthrobacter simplex, Desulfovibrio desulfuricans, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas ambigua, Pseudomonas biforme, Pseudomonas brevis, Pseudomonas caudatus, Pseudomonas cocciformis, Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas funduliformis, Pseudomonas furcosum, Pseudomonas liquefaciens, Pseudomonas maidis, Pseudomonas methylicum, Pseudomonas oogenes, Pseudomonas ovatum, Pseudomonas pictorum, Pseudomonas putida, Pseudomonas radiobacter, Pseudomonas vulgatum, Pseudomonas oleovorans, Nocardia paraffinae, Nocardia corallina, Nocardia rubra, і відрізняється тим, що додатково використовують наступні види мікроорганізмів: 2-й ряд -Achromobacter ambigum, A. desmoliticum, A. tiogense, A. ubiguitim, Bacillus circulans, В. brevis, В. fastidiosus, В. filaris, В. idosus, В. mycoides, В. palustris, В. sphaericus, В. subtilis, Bacterium aliphaticum, B. album, B. agile, B. candicans, B. delicatulum, B. galophilum, B. litorale, B. liqueeaciens, B. nitrificans, B. parfulum, B. sulfuricum, Brevibacterium sp., B. lipoliticum, Chromobacterium citricum, C. naphtalani, С flavum, Micrococcus albicum, M. candidus, M. lutens, M. tetregenes, Micromonospora spp, Pseudobacterium spp., Rhodococcus eque, R. erythropolis, R. marls, R. opacus, R. ruber, R. rubropertinctus, R. terrae, Streptomyces spp., при цьому використовувають не менш одного виду мікроорганізмів як з 1-го так і з 2-го ряду мікроорганізмів. Відомий спосіб не достатньо придатний для очищення ґрунту від нафти та нафтопродуктів, особливо у випадках, коли вони проникнули в глибокі шари ґрунту, так як розпорошені мікроорганізми деструктують тільки плівку нафти на поверхні ґрунту. Нафта та нафтопродукти - це складна суміш 55091 4 вуглеводнів, головним чином парафінових і нафтенових, у меншому ступені ароматичних, що містять як важкі фракції (асфальтосмолисті речовини, меркаптани, бітуми), що розтікаються по поверхні землі, так і легкі (пально-мастильні матеріали, нафтенові кислоти), що проникають у глибокі шари ґрунту і отруюють його. На таких землях не ростуть рослини і вони виводяться з господарського обігу. Унаслідок викладеного застосування способу по прототипу є недостатньо ефективним. Задачею на рішення якої спрямована пропонуєма корисна модель є створення технології очищення ґрунту від нафти і нафтопродуктів з отриманням нового технічного ефекту. Технічний ефект - повернення очищеного ґрунту в господарський обіг. Ця задача вирішена пропонуємою корисною моделю. Біотехнологія очищення і реабілітації ґрунту від забруднень нафтою та нафтопродуктами, що містить: заходи спрямовані на збір нафтопродуктів з поверхні ґрунту; очищення всього шару забрудненого ґрунту біотехнологічними методами і його реабілітацію; сидерацію ґрунту, а як мікроорганізми, що здатні розкладати нафту та нафтопродукти, використовують наступні види з 2-х рядів мікроорганізмів: 1-й ряд: Arthrobacter parqffineus, Arthrobacter simplex, Desulfovibrio desulfuricans, Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas ambigua, Pseudomonas biforme, Pseudomonas brevis, Pseudomonas caudatus, Pseudomonas cocciformis, Pseudomonas desmolyticum, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas funduliformis, Pseudomonas furcosum, Pseudomonas liquefaciens, Pseudomonas maidis, Pseudomonas methylicum, Pseudomonas oogenes, Pseudomonas ovatum, Pseudomonas pictorum, Pseudomonas putida, Pseudomonas radiobacter, Pseudomonas vulgatum, Pseudomonas oleovorans, Pseudomonas cepaceac, Nocardia paraffinae, Nocardia corallina, Nocardia rubra; 2-й ряд: Achromobacter ambigum, A. desmoliticum, A. tiogense, A. ubiguitim, Bacillus circulans, B. brevis, B. fastidiosus, B. filaris, B. idosus, B. mycoides, B. palustris, B. sphaericus, B. subtilis, Bacterium aliphaticum, B. album, B. agile, B. candicans, B. delicatulum, B. galophilum, B. litorale, B. liqueeaciens, B. nitrificans, B. parfulum, B. sulfuricum, Brevibacterium sp.,B. lipoliticum, Chromobacterium citricum, C. naphtalani, C. flavum, Micrococcus albicum, M. candidus, M. lutens, M. tetregenes, Micromonospora spp, Pseudobacterium spp., Rhodococcus eque, R. erythropolis, R. maris, R. opacus, R. ruber, R. rubropertinctus, R. terrae, Streptomyces spp., що попередньо розмножують в ємностях з водою і поживними компонентами (білки, дріжджі), і яка відрізняється тим, що мікроорганізми іммобілізують на носії (при цьому використовувають не менш одного виду мікроорганізмів як з 1-го так і з 2-го ряду) і висушують при температурі 30 °С, це дає можливість зберігати їх тривалий час і при необхідності вносити у ґрунт заорюванням на глибину забрудненого нафтою і/чи нафтопродук 5 тами шару. У якості носія використовують суміш торфу, подрібнених соломи і сіна, природних мінералів. Пропоновану біотехнологію здійснюють у три етапи. 1 етап - застосування механічних методів, спрямованих на максимальний збір нафтопродуктів і передбачає проведення наступних робіт: - обвалування місця розливу, якщо існує небезпека розтікання нафти і/чи нафтопродуктів; - збір товарних нафтопродуктів за допомогою будь яких механічних методів. 2 етап - реабілітація забрудненого ґрунту, що припускає проведення комплексу робіт із включенням біотехнологічних методів і використанням мікроорганізмів-деструкторів нафти і/чи нафтопродуктів. Для зниження концентрації нафтопродуктів у ґрунті, їх реструктирізації і, унаслідок цього, відновлення водяного й аераційного режимів - необхідних умов для активації самоочисних процесів у ґрунті і застосування біотехнології, проводяться наступні заходи. На забруднену поверхню ґрунту наноситься шар сорбентів, який містить подрібнені сіно (250 г/м2), солому (250 г/м2), природні мінерали (2 кг/м2), і мікроорганізми-деструктори нафти, що іммобілізовані на носії (500 г/м2). Як природні мінерали для сорбції нафти і нафтопродуктів можуть бути використані силікати, бентонітові глини, цеоліти, перліт, червоний шлам. Особливої уваги, як по своєму хімічному складу, так і з економічних причин, заслуговує червоний шлам. Він використовується для підвищення родючесті ґрунтів, містить залізо, бор, нікель, марганець, фосфор, калій, кальцій, молібден, магній та інші мікроелементи. Внесення його в забруднений нафтопродуктами ґрунт сприяє хімічній деградації нафти за рахунок лужної реакції, стимулює розвиток аборигенної нафтоокислюючої мікрофлори і спеціально внесених мікроорганізмівдеструкторів нафтопродуктів. Мікроорганізми-деструктори, що здатні розкладати нафту та нафтопродукти на безпечні речовини, кінцевим продуктом яких є вуглекислий газ і вода розмножують в ємностях з водою і поживними компонентами (білки, дріжджі) при pH 7,0-7,2 до необхідних обсягів. Потім їх іммобілізують на носії, який містить наступні складові, об'ємних частин: Торф 10 Сіно 5 Солома 5 Природні мінерали 1 ретельно перемішують до вмісту мікробів не менше 10 в 1г носія, висушують при температурі 30 °С до вологості 10 %, складують та зберігають у герметично закритій тарі. При необхідності міроорганізми разом з носієм розпорошують на забруднену поверхню ґрунту. Здійснюється 2-3 кратне переорювання чи перемішування забрудненого ґрунту з сорбентами, мікроорганізмами і незабрудненими нижніми шарами ґрунту. У результаті проведення таких робіт концентрація нафтопродуктів знижується. Крім того уве 55091 6 дення мінералів підвищує резистентність ґрунтових мікроорганізмів до нафтового забруднення, збільшує їх сорбційну і деструктивну активність. Після переорювання забруднену поверхню ґрунту обробляють рідкою культурою мікроорганізмів-деструкторів нафти (1 л/м2). Це дозволяє провести додатково інокуляцію всіх використаних сорбентів і забрудненого ґрунту фізіологічно активними мікроорганізмами-деструкторами вуглеводнів нафти. Обов'язковою умовою проведення біотехнологічних робіт є підтримка вологості ґрунту на рівні 60-70 % його повної вологоємності. Завершенням 2-го етапу є засів обробленої ділянки трав'янистими рослинами. Норми висіву насіння збільшують у півтора рази в порівнянні зі звичайними і складають 25-35 кг/га. 3 етап - для закріплення ефекту очищення і рекультивації забруднених нафтою ґрунтів проводиться сидерація (загортання рослинної маси на глибину забрудненого шару ґрунту). Сидерація сприяє збільшенню комплексу органотрофних мікроорганізмів, що приймають участь у розкладанні рослиних залишків, і насичує забруднений ґрунт не тільки кінцевими продуктами розкладання (вуглець, азот, цукри, амінокислоти та ін.), але й активною ґрунтовою мікрофлорою, що також сприяє більш повному звільненню ґрунту від забруднення нафтопродуктами. Сидерацію проводять при температурах повітря вище 15 °С. Зазначений комплекс заходів створює оптимальні умови для деструкції вуглеводнів нафти, створення структурованого грунтового покриву з рослинним елементом. У порівнянні з прототипом в описуваній корисній моделі є наступні загальні ознаки: очищення ґрунту роблять мікроорганізми, що розкладають вуглеводні (переважно на воду і вуглекислий газ), які розмножують у воді в окремих ємностях, потім їх розпорошують над забрудненою нафтою поверхнею ґрунту. У порівнянні з прототипом в описуваній корисній моделі є наступні відмітні ознаки: мікроорганізми іммобілізують на носії, що дає змогу нарощувати масу мікроорганізмів і закріплювати їх безпосередньо на носії складові якого мають як рослині, так і мінеральні компоненти. Це дозволяє вносити мікроорганізми переорюванням на всю глибину забрудненого шару, та сорбувати і деструктувати вуглеводні нафти не тільки з поверхні, а й зо всієї товщу забрудненого нафтою ґрунту. Іммобілізовані мікроорганізми добре прикріплені до носія, що дозволяє зберігати тривалий час велику кількість мікроорганізмів в різноманітних ємностях, а при необхідності в короткий термін застосовувати їх, вносячи в забруднений нафтою ґрунт. Також у пропонуємій біотехнології виключені патогенні штами мікроорганізмів. Наприклад, у такий род мікроорганізмів як Pseudomonas spp. може входити вид Pseudomonas pseudomollei, який є патогенним видом (викликає меліоідозу). У такий род мікроорганізмів як Mycobakterium spp, може входити патогенний вид Mycobakterium tuberculoses (викликає туберкульоз). У такий род 7 55091 мікроорганізмів як Mikrococcus spp може входити патогенний вид Mikrococcus flavus (викликає запалення слизуватих оболонок верхніх дихальних шляхів). Таким чином з перерахованих видів мікроорганізмів в пропонуємій біотехнології використовують тільки ті види мікроорганізмів, що є не патогенними і не можуть викликати захворювань людини при контакті з ними. Виключення можливості улучення патогенних видів мікроорганізмів дозволяє надійно вирішити додаткову задачу: істотне поліпшення санітарногігієнічних умов праці робітників за рахунок повного виключення можливості улучення патогенних мікроорганізмів на шкіру й одяг, у дихальні шляхи робітничого персоналу разом із пилом. Встановлено, що влучення на шкіру людини перерахованих у формулі видів мікроорганізмів не приводить ні до яких негативних наслідків. Слід зазначити, що великою цінністю пропонованої біотехнології є те, що з мільйонів відомих мікроорганізмів у ньому зазначена тільки невелика їх кількість, і саме ті з них, що здатні цілком розкладати нафту та нафтопродукти. Дослідженнями встановлено, що при введенні одного виду мікроорганізмів у забруднений нафтою ґрунт позитивний ефект істотно знижується, унаслідок чого необхідно використовувати не менше двох видів мікроорганізмів одночасно, тобто не менш одного виду мікроорганізмів з кожного ряду. Це порозумівається тим, що різні види мікроорганізмів з різною швидкістю переробляють нафту та нафтопродукти у залежності від різних умов середовища: температури, кислотності, хімічного складу ґрунту й інших параметрів, а головне від хімічного складу нафти та нафтопродуктів: присутності в них як легких так і важких фракцій вуглеводнів. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 Приклад здійснення пропонуємо способу. До забрудненого нафтопродуктами (дизельне паливо, мастильні матеріали) шару ґрунту глибиною до 20 см на о. Зміїний додавали сорбенти: сіно, солому, пісок і мікроорганізми іммобілізовані на носії згідно пропонуємої біотехнології: з 1-го ряду: Pseudomonas arnbigua, Pseudomonas cepaceac; з 2-го ряду: Bacillus circulans, Pseudobacterium spp. Здійснювали перемішування забрудненого ґрунту з сорбентами і мікроорганізмами, після чого забруднену поверхню ґрунту обробляли водою з рідкою культурою тих же мікроорганізмів із розрахунку 1л/м2 і засівали овес. Додаткове зволожування ґрунту не здійснювали, тому що зрошення проходило природним шляхом з метеоосадами. Через сорок діб була здійснена сидерація. Овес, що зростав на обробленій ділянці був скошений, подрібнений і змішаний з ґрунтом. Ще через 20 діб візуальне обстеження забрудненої ділянки ґрунту виявило відновлення рослиного покриву - рослини ячменю (Avena sativa L.) та свинорію (Cynodon dactilon), що здатні вкорінюватися. Покриття ділянки рослинами склало 80 %. Проведений біологічний і хімічний аналіз грунту показав зниження кількості нафтопродуктів у ґрунті на 89,66 %. У такий спосіб запропонована біотехнологія очищення і реабілітації грунту від забруднень нафтою та нафтопродуктами має істотні відмінності від досягнутого рівня технологій у розглянутій області, є новою і здатною при правильному застосуванні дати позитивний ефект для поліпшення екологічної ситуації в місцях виробництва і використання нафти та нафтопродуктів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601