Біопрепарат для сорбції і деструкції вуглеводнів і спосіб очищення води та/або ґрунту від забруднень нафтою та нафтопродуктами

1. Біопрепарат для сорбції і деструкції вуглеводнів нафти та нафтопродуктів, що містить бактерії-деструктори вуглеводнів нафти на комплексному носії, який відрізняється тим, що як бактерії C2 2 (19) 1 3 ше плівку нафтопродуктів на поверхні ґрунту і водоймищ, крім того, не всі види мікроорганізмівдеструкторів нафти адаптовані до життя у водному середовищі. Відомий UA № 48290, U "Спосіб очищення води і ґрунту від нафти" опубл. 10.03.2010 р., Бюл. № 5, згідно з яким попередньо в окремих ємностях у воді розмножують у необхідних обсягах мікроорганізми, здатні розкладати нафту, після чого підготовлені обсяги мікроорганізмів вводять у забруднені нафтою воду або ґрунт методом розпорошування над поверхнею води або ґрунту. Відомий спосіб не достатньо придатний для очищення води і ґрунту від нафти та нафтопродуктів, особливо у випадках, коли вони проникнули в глибокі шари ґрунту або емульговані у воді, тому що розпорошені мікроорганізми деструктують лише плівку нафти на поверхні ґрунту і водоймищ, до того ж не всі види мікроорганізмів-деструкторів нафти адаптовані до життя у водному середовищі. Відомий патент RU №2033975, С1, "Способ получения бактериального препарата для очистки водной среды от загрязнений нефтепродуктами", опубл. 30.04.1995 р., визначений нами як найближчий аналог (прототип). Цей спосіб передбачає нарощування біомаси бактерій на середовищі, що містить азот, фосфор, калій, і наступне її висушування. Як бактерії використовують штам бактерій Pseudomonas fluorescens 2-а ЦМПМ В-2256. Після нарощування біомаси бактерій у середовище додатково вносять перекис водню і хлорид кальцію в кількості 10 6 моль/л і 0,036-0,046 моль/л, відповідно, після чого перед висушуванням біомасу бактерій наносять на сфагновий торф 10 % вологості з розраху9 нку не менш 10 клітин на 1 г торфу. Після внесення препарату на забруднену поверхню водного середовища препарат адсорбує на себе нафтову плівку, а бактерії деструктують нафту. Відомий спосіб не достатньо придатний для очищення води і ґрунту від нафти та нафтопродуктів, особливо у випадках, коли вони проникли в глибокі шари ґрунту, емульговані у воді або осіли на дно водоймища. Причина в тому, що нафта - це складна суміш вуглеводнів, головним чином парафінових і нафтенових, у меншому ступені ароматичних. Крім відомих світлих нафтопродуктів таких як бензин, гас, дизельне паливо (солярка), технічних мастил, тобто паливно-мастильних матеріалів, нафта містить нафтенові кислоти, асфальто-смолисті речовини, меркаптани, бітуми, що містять асфальтени, тіофени і теофани й інші. Тобто крім паливномастильних матеріалів нафта містить більш складні високомолекулярні вуглеводні з довголанцюговими молекул, що важче піддаються біологічній деструкції при впливі мікроорганізмів. Тому застосування одного виду мікроорганізмів для повної деструкції всіх складових нафтопродуктів недостатньо ефективне. Крім того, торф, як речовина з малою питомою вагою, довгий час залишається на поверхні води й адсорбує тільки поверхневу плівку нафтопродуктів. На підставі викладеного застосування способу 95859 4 за прототипом є недостатньо ефективним. Задачею, на вирішення якої спрямовано заявлений винахід, є створення біопрепарату, який може бути використаний для очищення усього шару води і дна водойм, а також ґрунтів забруднених нафтою і нафтопродуктами. Поставлена задача вирішується створеним біопрепаратом і його використанням таким чином. Створено біопрепарат, для виготовлення якого проводять культивування бактерій-деструкторів вуглеводнів нафти і нафтопродуктів, нарощування біомаси бактерій на середовищі, що містить азот, фосфор, калій, натрій, білковий компонент, дріжджовий екстракт, введення в середовище переки-6 су водню і хлориду кальцію в кількості 10 моль/л і 0,036-0,046 моль/л, відповідно, та іммобілізацію бактерій-деструкторів вуглеводнів нафти на комплексному носії, причому як бактерії-деструктори вуглеводнів нафти використовують чотири штами бактерій роду Pseudomonas: 2АБ1x, ТБНх, И-17(1)х, И-17(ш)х, які іммобілізують на носії такого складу, % мас.: торф 75 сіно 10 солома 8 природні мінерали 7, ретельно перемішують до вмісту бактерій у пере7 рахунку на бактеріальні клітини не менше 10 в 1 г носія, висушують при температурі 30 °С до вологості 10-20 %, складують та зберігають у герметично закритій тарі. При необхідності мікроорганізми разом з носієм розпорошують на забруднену поверхню ґрунту і проводять заходи по реабілітації забруднених земель. Вказані бактерії-деструктори нафти можуть бути таким же чином іммобілізовані на носії і такого складу, % мас.: торф 70 подрібнені стулки мідій (фракція 10-15 мм) 10 пісок морський 10 подрібнені водорості 10. При необхідності мікроорганізми разом з носієм розпорошують над забрудненою нафтою поверхнею водойми. Завдяки різній питомій вазі складових носія мікроорганізми з різною швидкістю поступово опускаються на дно, що дозволяє сорбувати і деструктувати вуглеводні нафти не лише з поверхні, а й зі всієї товщі водяного шару і дна водоймищ. Запропонований біопрепарат виготовляють таким чином. У чотирьох біореакторах з рідким поживним середовищем що містить: азот (NH4Cl) - 1,0 г/л, фосфор (Na2HPO4) - 3,0 г/л, калій (КН2РО4) 1,5 г/л, натрій (NaCl) - 5 г/л, білковий компонент (пептон) - 10 г/л, дріжджовий екстракт - 5,0 г/л, культивують штами бактерій-деструкторів вуглеводнів нафти роду Pseudomonas: 2АБ1x, ТБНх, И17(1)х, И-17(ш)х, виділені з води Чорного моря, тобто добре адаптовані до життя у навколишньому середовищі. Нарощують культури бактерій при рН 7,0-7,2 і температурі 30 °С до щільності 5 г/кг по сухій біомасі. Потім культуральні середовища об'єднують у консорціум чотирьох штамів бактерій, куди при інтенсивному перемішуванні послідовно 5 вводять перекис водню і хлорид кальцію в кількос-6 ті 10 моль/л і 0,036-0,046 моль/л, відповідно, для одержання біофлоків. Температура реакційного середовища (30 °С) сприяє стрімкому утворенню рясних біофлоків великого розміру, які швидко осідають на дно культиватора, у якому проводять флокуляцію. При цьому надосадова рідина швидко стає прозорою, а оптична густина рідкої культури консорціуму бактерій-деструкторів сягає 1,15 9 10 3 (110 -110 КУО/см ). Отримані біофлоки бактерій іммобілізують на біологічно позитивному носії, склад якого залежить від виду середовища, що потребує очищення. Для очищення забрудненого нафтою і нафтопродуктами ґрунту бактеріїдеструктори іммобілізують на носії, який містить такі складові, % мас.: торф 75 сіно 10 солома 8 природні мінерали 7. Іммобілізацію здійснюють методом напилювання сфлокульованої культури бактерій з розрахунку 1 об'ємна частина сфлокульованої культури бактерій на 5 частин носія. Під час інокуляції носій ретельно перемішують для того, щоб усі його компоненти рівномірно вбрали в себе частинки біоф7 локів до вмісту бактерій не менше ніж 10 в 1 г носія. Отриманий біопрепарат висушують при температурі 30 °С до вологості 10-20 %, складують та зберігають у герметично закритій тарі. При необхідності мікроорганізми разом з носієм розпорошують на забруднену поверхню ґрунту. Перед застосуванням біопрепарату для зниження концентрації нафтопродуктів у ґрунті, їх реструктуризують, а для відновлення водного й аераційного режимів необхідних умов для активації самоочисних процесів у ґрунті і застосування біопрепарату, проводяться такі заходи. На забруднену поверхню ґрунту наносять шар 2 сорбентів, який містить подрібнені сіно (250 г/м ), 2 2 солому (250 г/м ), природні мінерали (2 кг/м ), і бактерії-деструктори нафти, іммобілізовані на носії 2 (500 г/м ). Як природні мінерали для сорбції нафти і нафтопродуктів можуть бути використані силікати, бентонітові глини, цеоліти, перліт, червоний шлам. Особливої уваги, як за хімічним складом, так і з економічних причин, заслуговує червоний шлам. Він використовується для підвищення родючості ґрунтів, містить залізо, бор, нікель, марганець, фосфор, калій, кальцій, молібден, магній та інші мікроелементи. Внесення його в забруднений нафтопродуктами ґрунт сприяє хімічній деградації нафти завдяки лужній реакції, стимулює розвиток аборигенної нафтоокислюючої мікрофлори і спеціально внесених бактерій-деструкторів нафти і нафтопродуктів. Здійснюють 2-3 кратне переорювання чи перемішування забрудненого ґрунту з внесеними сорбентами, бактеріями-деструкторами і незабрудненими нижніми шарами ґрунту. У результаті проведення таких робіт концентрація нафтопродуктів знижується. Крім того, уведення мінералів підвищує резистентність ґрунтових мікроорганізмів до нафтового забруднення, 95859 6 збільшує їх сорбційну і деструктивну активність. Після переорювання забруднену поверхню ґрунту обробляють рідкою культурою мікрооргані2 змів-деструкторів нафти (1 л/м ). Це дозволяє провести додатково інокуляцію всіх використаних сорбентів і забрудненого ґрунту фізіологічно активними бактеріями-деструкторами вуглеводнів нафти. Обов'язковою умовою проведення біотехнологічних робіт є підтримка вологості ґрунту на рівні 60-70 % його повної вологоємності. Потім оброблену ділянку засівають трав'янистими рослинами. Норми висіву насіння збільшують у півтора рази у порівнянні зі звичайними. 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 беруть участь у розкладанні рослинних залишків, і насичує забруднений ґрунт не тільки кінцевими продуктами розкладання (вуглець, азот, цукри, амінокислоти та ін.), але й активною ґрунтовою мікрофлорою, що також сприяє повнішому звільненню ґрунту від забруднення нафтопродуктами. Сидерацію проводять при температурі повітря вище 15 °С. Зазначений комплекс заходів створює оптимальні умови для деструкції вуглеводнів нафти, створення структурованого ґрунтового покриву з рослинним елементом. Для очищення від нафти і нафтопродуктів водяного шару і дна водойм бактерії-деструктори іммобілізують на носії, який містить такі складові, % мас.: торф 70 подрібнені стулки мідій (фракція 10-15 мм) 10 пісок морський 10 подрібнені водорості 10, які ретельно перемішують до вмісту бактерій у 7 перерахунку на бактеріальні клітини не менше 10 в 1 г носія, висушують при температурі 30 °С до вологості 10-20 %, складують та зберігають у герметично закритій тарі. Використовують стулки мідій: Mytilys galloprovincialis, водорості: Ceramium rubrum, Ulva rigida, Bryopsis plumosa, Cystoseira barbata, Enteromorpha intestinalis та ін. При необхідності очистки водоймищ від нафти і нафтопродуктів мікроорганізми разом з носієм вводять у воду шляхом розпорошування їх на поверхню забруднених водоймищ. Разом з носієм мікроорганізми опускаються на шар нафти, створюючи на його поверхні високу концентрацію мікроорганізмів. Далі мікроорганізми розкладають нафту та нафтопродукти на безпечні речовини, кінцевим продуктом яких є вуглекислий газ і вода. При цьому мікроорганізми на фракціях носія з малою питомою вагою (торф і подрібнені сухі водорості) сорбують і переробляють вуглеводні нафти з поверхні водного середовища, а мікроорганізми з важкими фракціями (подрібнені стулки мідій, пісок), що поступово опускаються на дно, сорбують і забезпечують деструкцію вуглеводнів нафти та 7 нафтопродуктів у товщі водного середовища і на дні водоймищ. Дослідженнями було встановлено, що при вмісті у біопрепараті біофлоків консорціуму штамів у 6 перерахунку на бактеріальні клітини менше 10 в 1 г препарату його сорбційна та деструктивна активність відносно вуглеводнів нафти різко знижується, вміст біофлоків консорціуму штамів у пере9 рахунку на бактеріальні клітини більше 10 в 1 г препарату не доцільний, тому що активність препарату істотно не збільшується. Оптимальним є вміст біофлоків консорціуму штамів у перерахунку 7 8 на бактеріальні клітини 10 -10 в 1 г препарату, що забезпечує максимальні сорбційні та деструктивні властивості. Слід зазначити, що великою цінністю запропонованого біопрепарату є те, що з мільйонів відомих мікроорганізмів у ньому зазначені саме ті з них, що здатні цілком розкладати нафту та нафтопродукти. Бактерії-деструктори вуглеводнів нафти і нафтопродуктів роду Pseudomonas: 2АБ1x, ТБНх, И-17(1)х, И-17(ш)х, не є патогенними для людини і тварин, не мають антагоністичних властивостей один щодо одного і є антагоністами патогенних бактерій, що забруднюють навколишнє середовище. Дослідженнями встановлено, що при введенні у забруднене нафтою середовище консорціуму бактерій-деструкторів меншого складу ніж у запропонованому біопрепараті позитивний ефект істотно знижується. Це пояснюється 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. Приклади здійснення запропонованого способу. Приклад № 1. Здійснювали очищення води від плівки нафтопродуктів (дизельне паливо) в акваторії порту, де на поверхні води була плівка нафтопродуктів товщиною 2 мкм площею 70 кв. м. Згідно з заявленим способом розпорошували запропонований біопрепарат над всією забрудненою площею, при вмісті понад 10 мільйонів клітин мікроорганізмів у 1 г носія. Було розпилено 5 кг біопрепарату. Як носій використовувалася суміш з таких компонентів, % мас.: торф 70 подрібнені стулки мідій (фракція 10-15 мм) 10 пісок морський 10 подрібнені водорості 10. Використовувались стулки мідій: Mytilys galloprovincialis, водорості: Ceramium rubrum, Ulva rigida. Розпилення проводилося ввечері о 19 годині. Наступного дня о 8 годині ранку плівки нафтопроКомп’ютерна верстка Л. Ціхановська 95859 8 дуктів на поверхні води виявлено не було. В пробах води взятих з різних глибин нафтопродуктів також не було виявлено. Приклад 2. Здійснювали очищення басейну-відстійника на очисних спорудах станції з промивання залізничних нафтоналивних цистерн. Басейн був заповнений промивною водою з емульгованими нафтопродуктами, на дні басейну знаходилось близько 20 кг важких фракцій нафти. Згідно з заявленим способом над поверхнею басейну розпорошували запропонований біопрепарат іммобілізований на такому ж носії, як в прикладі 1, при вмісті понад 10 мільйонів клітин мікроорганізмів в 1 г носія. Було розпилено 6 кг біопрепарату. Розпилення проводилось о 19 годині. Наступного дня о 8 годині ранку в більшій частині шару води нафтопродуктів виявлено не було (емульговані у воді нафтопродукти спостерігались лише в придонній частині басейну). Через 10 діб аналіз осаду з дна басейну показав, що 83 % нафти засвоєно мікроорганізмами. Приклад 3. До забрудненого нафтопродуктами (дизельне паливо, мастильні матеріали) шару ґрунту глибиною до 20 см на о. Зміїний додавали сорбенти: 2 2 2 сіно (250 г/м ), солому (250 г/м ), пісок (2 кг/м ) і 2 запропонований біопрепарат (500 г/м ), іммобілізований на носії, який містив такі складові, % мас.: торф 75 сіно 10 солома 8 природні мінерали 7. Здійснювали перемішування забрудненого ґрунту з сорбентами і мікроорганізмами, після чого забруднену поверхню ґрунту обробляли рідкою 2 культурою біопрепарату із розрахунку 1 л/м і засівали овес. Додаткове зволожування ґрунту не здійснювали, оскільки зрошення проходило природним шляхом з метеоопадами. 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 рослинного покриву - рослини ячменю (Avena sativa L.) та свинорію (Cynodon dactilon), що здатні вкорінюватися. Покриття ділянки рослинами склало 80 %. Проведений біологічний і хімічний аналіз ґрунту показав зниження кількості нафтопродуктів у ґрунті на 89,66 %. У такий спосіб запропонований біопрепарат для сорбції і деструкції вуглеводнів нафти має істотні переваги над досягнутим рівнем технологій у розглянутій галузі, є новим і здатним при правильному застосуванні дати позитивний ефект для поліпшення екологічної ситуації в місцях виробництва і використання нафти та нафтопродуктів. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601