Комбінований сорбційний матеріал біодеструктивного типу для очистки поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів

1 Комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу для очистки поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів, що включає гранульований вуглецевмісний сорбент рослинного походження та мікроорганізми, який відрізняється тим, що сорбент являє собою суміш вуглецевмісного сорбенту та термоокисленої речовини рослинного походження з структурами впровадження, а як мікроорганізми бюдеструкцм нафти та нафтопродуктів використаний консорціум адаптованих колоній безспорових бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium, Micrococus при такому співвідношенні компонентів, мас % вуглецьвмісний сорбент 10 - 85, термоокислена речовина рослинного походження 10-85, консорціум мікроорганізмів 5 -10 2 Сорбційний матеріал за п 1, який відрізняється тим, що як термоокислену речовину рослинного походження використовують сировину на основі тирси або соломи, або листя, або лузги, або очерету, або водоростей, або їх суміш у різних співвідношеннях 3 Сорбційний матеріал за п 1 або 2, який відрізняється тим, що розмір його частинок становить 1-5 мм Винахід відноситься до хімічної технологи, а саме - до сорбентів для очищення поверхні води від розлитої нафти та нафтопродуктів і може бути використаний у водному та сільському господарстві, нафтохімічній промисловості та інших галузях народного господарства Нафта та нафтопродукти, попадаючи у воду, можуть локалізуватись на її поверхні у вигляді суцільних плівок, диспергуватись, створюючи емульсії типу "вода в нафті" і "нафта в воді", і частково розчинятись Як правило, води, що містять нафту та нафтопродукти, очищують механічними, фізико морозширеного графіту [2] Недоліком даного сорбенту є швидка втрата сорбційних властивостей частинками графіту в процесі експлуатації за рахунок поглинання ними води Відомий сорбент для поглинання нафти та нафтопродуктів -гідрофобний спучений перліт [3] Недоліком даного сорбенту є складність технологічного процесу його отримання, а також недоцільність його використання у зв'язку з проблемами екологічного характеру Відомий також сорбент на основі аеросилу, який містить на поверхні іммобілізовані мікроорганізми [4] Недоліком такого сорбенту є, по-перше, здатність здійснювати бюдеструкцію лише в аеробних умовах, по-друге - сорбент такого типу не є екологічно безпечним, що стримує його практичне використання Відомий також сорбент з рослинної сировини з іммобілізованими мікроорганізмами на його поверхні [5] Недоліком і цього сорбенту є, з одного боку, недостатньо висока його бюдеструктивна здатність, з іншого - також виникнення проблем екологічного характеру та його висока собівартість Відомий також сорбент для поглинання нафти ХІМІЧНИМИ, ХІМІЧНИМИ і біологічними способами, в яких в залежності від ступеню забрудненості вод використовують сорбенти різної природи, які включають в комплексну схему очищення Відомий сорбент на основі дерев'яної тирси, який використовують для поглинання розлитої нафти та нафтопродуктів шляхом розпилення його на поверхні водоймищ [1] Недоліком цього сорбенту є його низька сорбційна ємкість при поглинанні нафти та нафтопродуктів Відомий також сорбент для видалення нафти та нафтопродуктів із поверхні води на основі тер CO сч о о ю 50023 та нафтопродуїсгів, їх подальшої бюдеструкцм мікробною субстанцією та очищення води і грунтів від нафтових забруднень, що містить суміш вуглеводневоокислюючих мікроорганізмів [6] Недоліком даного сорбенту є складність суміші, низька (декілька років) біологічна здатність до бюдеструкцм, а також непрацездатність сорбенту в анаеробних умовах, що не дає змогу здійснювати ефективну очистку водної поверхні в анаеробних умовах Найбільш близьким до винаходу по технічній суті та досягнутому результату є гранульований сорбент на основі сфагнового торфу з мікробною субстанцією, призначений для очищення води і грунтів від нафтових забруднень [7] Цей сорбент поглинає нафту та нафтопродукти, а суміш вуглевод невоокислюючих мікроорганізмів здійснює їх деструкцію Недоліком даного сорбенту є складність суміші, низька біологічна здатність до бюдеструкци, а також непрацездатність сорбенту в анаеробних умовах, що не дає змоги здійснювати ефективну очистку водної поверхні та грунтів в анаеробних умовах Сорбенти різного типу, наведені вище, характеризуються крім наведених недоліків ще одним, найбільш суттєвим, а саме - ні один із них не може самоутилізуватись після завершення бюдеструкцм поглинутої нафти або нафтопродуктів В зв'язку з цим більш перспективними являються сорбенти, які здатні здійснювати біодеструкцію поглинутої ними нафти та нафтопродуктів як в аеробних, так і в анаеробних умовах та мають здатність до самоутилізацм Самоутилізація - це властивість сорбенту потонути в водному середовищі після завершення процесу бюдеструкцм поглинутих ним нафтопродуктів Таким чином, ВІДОМІ сорбенти потребують покращення їх експлуатаційних характеристик, підвищення ступеню очищення води від плівок, емульсій та водорозчинної частини нафтопродуктів до норм ГДК, а також повинні бути здатними до самоутилізацм без порушення вимог екологічної безпеки Задачею даного винаходу є розробка комбінованого сорбційного матеріалу бюдеструктивного типу на основі вуглецьвмісних сорбуючих речовин рослинного походження для очистки поверхні водних середовища від нафти та нафтопродуктів, що містить на своїй поверхні іммобілізований консорціум вуглевод невоокислюючих мікроорганізмів, спроможних здійснювати ефективну біодеструкцію нафти та нафтопродуктів на поверхні води як в аеробних, так і в анаеробних умовах, котрий би забезпечував високий ступінь очистки і скорочував и тривалість, тобто сприяв прискоренню ліквідації екологічних аварій та покращенню екологічної ситуації, а також забезпечував екологічну безпеку всього процесу вилучення нафти та нафтопродуктів Розроблений комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу на основі вуглецьвмісного сорбенту рослинного походження та іммобілізованого на ньому консорціуму адаптованих колоній безспорових нафтоокислюючих бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium,Micrococus дає можливість одержати технічний результат, що поля гає в підвищенні ступеню очистки водної поверхні від нафти та нафтопродуктів, скороченні часу ліквідації екологічних аварій, ефективному здійсненні біоценозу сорбованих на ньому нафти та нафтопродуктів, зниженні затрат на процес очищення, а також забезпеченні екологічної чистоти процесу очищення в цілому, включаючи його самоутилізацію, тобто властивість тонути після завершення процесу бюдеструкцм сорбованих нафтопродуктів Для досягнення вказаного технічного результату комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу для очистки поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів, що включає гранульований вуглецьвмісний сорбент рослинного походження та вуглеводневоокислюючі мікроорганізми згідно винаходу, додатково містить термоокислену речовину рослинного походження з структурами впровадження (структурами проміжного типу), а як мікроорганізми бюдеструкцм нафти та нафтопродуктів використаний консорціум адаптованих колоній безспорових бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium, Micrococus при такому співвідношенні компонентів в суміші, мас % вуглецьвмісний сорбент 10 - 85, термоокислена речовина рослинного походження 10-85, консорціум мікроорганізмів 5 -10 Для виготовлення вуглецьвмісних сорбентів використовують рослинну сировину на основі тирси, або соломи, або листя, або лузги, або очерету, або водоростей, або їх суміш у різних співвідношеннях Для виготовлення термоокисленої речовини рослинного походження подрібнену сировину піддають термообробці в прискореному режимі для формування структур впровадження (структур проміжного типу) Структури проміжного типу відрізняються від структур вуглецевого та целлюлозних типів наявністю нових типів сорбційних центрів Як сорбуючий компонент використовують суміш гранульованих частинок вуглецьвмісного сорбенту та термоокисленої речовини рослинного походження розміром 1 - 5мм Використання комбінованого сорбційного матеріалу бюдеструктивного типу, що містить вуглецьвмісний сорбент, термоокислену речовину рослинного походження з структурами впровадження та іммобілізований консорціум мікроорганізмів в межах заявлених співвідношень компонентів дає можливість підвищити ступінь очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів, особливо від водорозчинної частини нафтопродуктів, що може покращити екологічний стан водно-грунтового середовища та ефективно здійснити біодеструкцію поглинутих нафтопродуктів як в аеробних, так і в анаеробних умовах, а також забезпечити екологічну чистоту процесу очищення в цілому, включаючи самоутилізацію матеріалу, тобто мати здатність тонути після завершення процесу бюдеструкцм сорбованих нафтопродуктів Комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу має регульовану в досить широкому інтервалі водопоглинальну здатність - 1 - 99%, що значно краще всіх існуючих на СЬОГОДНІШНІЙ день 50023 сорбентів, в тому числі і сорбентів на основі аеросилу та спученого перліту, які після занурення в воду залишаються екологічно небезпечними для навколишнього середовища, в першу чергу для самої води Використання заявленої комбінованої суміші гранульованих частинок сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу дозволить знизити вартість процесу очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів за рахунок низької собівартості складових компонентів суміші - вуглецьвмісного сорбенту рослинного походження, термоокисленої рослинної речовини та консорціуму мікроорганізмів на основі колоній безспорових нафтоокислюючих бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium, Micrococus Комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу відповідає всім вимогам екологічної безпеки Це сприяє більш широкому використанню таких сорбентів для очищення великих площ забрудненої водної поверхні, що особливо важливо в період ліквідації наслідків екологічних аварій В запропонованому комбінованому сорбційному матеріалі бюдеструктивного типу, крім застосування вуглецьвмісного сорбенту і мікроорганізмів, ВІДМІННИМИ від прототипу ознаками у всіх випадках виготовлення заявленого сорбціиного матеріалу є використання термоокисленої речовини рослинного походження з структурами впровадження, що приводить до підвищення ступеню очистки поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів, скорочення часу поглинання нафти, а також прискорення біодеструкції нафти та нафтопродуктів Таким чином, заявлене технічне рішення відповідає критерію винаходу "новизна" Аналіз відомих сорбційних матеріалів для очистки поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів показав, що деякі із застосованих в заявленому технічному рішенні матеріали окремо ВІДОМІ, наприклад, вуглецьвмісний сорбент і мікроорганізми Однак їх використання у відомих технологіях очищення поверхні водних середовищ від нафти та нафтопродуктів не приводить до таких результатів, які досягнуті в заявленому рішенні, а саме - високий ступінь очищення, низькі енергозатрати та невелика собівартість сорбціиного матеріалу, висока ступінь біодеструкції як в аеробних, так і в анаеробних умовах, а також повна екологічна безпека, що стало можливим завдяки використанню комбінованого сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу на основі рослинної сировини "зеленого типу" та консорціуму мікроорганізмів на основі колоній безспорових нафтоокислюючих бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium, Micrococus Залежність відрізняючих ознак і одержаного результату з літератури невідома Це дає можливість зробити висновок про творчий характер розробки, тобто ВІДПОВІДНІСТЬ заявленого рішення критерію "винахідницький рівень" Для приготування комбінованого сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу використовували вуглецьвмісний сорбент на основі рослинної сировини "зеленого типу" Термоокислену речовину одержували із рослинної сировини - тирси, ВІДХОДІВ сільськогосподарської продукції (соломи, соняшника), зеленої маси дикоростучих рослин (очерет, листя ) та водоростей шляхом їх термообробки в прискореному режимі для формування структур впровадження (структур проміжного типу) Насипна ЩІЛЬНІСТЬ одержаної термоокисленої сировини складає 0,3 - 0,4г/см3 Об'єм сорбційних пор - 0,1 - 0,2см3/г, питома поверхня - 600 800м2/г Для виготовлення консорціуму мікроорганізмів використовують адаптовані колонії безспорових бактерій із роду Pseudomonas, Bacterium, Micrococus, що виділені із грунтів, забруднених нафтою та нафтопродуктами Комбінований сорбційний матеріал бюдеструктивного типу отримували шляхом імобілізацм консорціуму мікроорганізмів на поверхню вуглецьвмісного сорбенту і подрібненої термоокисленої речовини рослинного походження та перемішування до однорідної суміші гранульованих частинок розмірами 1 - 5мм Нижче наводяться дані, що підтверджують можливість здійснення винаходу і ефективність дії комбінованого сорбціиного матеріалу Приклад 1 Випробування проводили шляхом утворення на поверхні води плівки нафти та нафтопродуктів з наступним нанесенням на водну поверхню сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу Вивчення дії цього сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу (бюсорбенту) на нафтове забруднення показало його високу ефективність Поглинання нафти здійснювалось досить швидко (на протязі 3 - 8 секунд) Ефективність дії сорбуючого матеріалу підтверджується якісними змінами біодеструкції поглинутої нафтової плівки, що ілюструється на фіг 1 Видно, що процес біодеструкції нафтової плівки супроводжується якісними змінами УФ-спектрів ароматичних вуглеводнів нафти Фіг 1 ЯКІСНІ ЗМІНИ УФ-спектрів ароматичних вуглеводнів нафти в процесі біодеструкції а - через З дні, б - через 1 місяць, в - через 2 МІСЯЦІ Приклад 2 Випробування проводили аналогічно прикладу 1 Зміна концентрації мікробної маси сорбціиного матеріалу на протязі часу та зміна концентрації бюдеструктованої нафти на сорбенті та на поверхні води наведена на фіг 2 Спостерігається зниження концентрації сорбованої нафти, яке супроводжується збільшенням концентрації мікробної маси Через 24 дні зафіксовано бюдеструкцію більше 90% нафти Фіг 2 Залежність між вмістом біомаси (б) в системі і вмістом нафти на сорбенті (с) та у воді (в) в процесі біодеструкції Приклад 3 Випробування проводили аналогічно прикладу 1 Здатність до самоутилізацм реєстрували шляхом фіксації долі комбінованого сорбціиного матеріалу, зануреного в воду після завершення процесу біодеструкції нафтопродуктів на поверхні води Ефективність самоутилізацм ілюструється даними, наведеними на фіг 3, 4 Зміна нафтоємності вуглецевих сорбентів від об'єму сорбційних пор (3) та часу карбонізації (4) На Фіг 5, 6 плив часу карбонізації на потопляємість (5) та плавучість (6) сорбентів у воді Видно, що спроможність комбінованого сорбціиного матеріалу бюдеструктивного типу тонути 50023 може бути регулюючим фактором в широкому діапазоні Процес очистки водної поверхні шляхом використання заявленого комбінованого сорбційного матеріалу бюдеструктивного типу супроводжувався відсутністю порушень в процесі самоочищення як в відношенні мікроорганізмів, так і по відношенню до живильного середовища, а також відсутністю будь-якого екологічного впливу на навколишнє середовище ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 А с СССР № 998645 МКИ4 Е02В15/04 Опубл вбюл №7, 1983 г 2 Патент ФРГ № 2536807 МКИ4 С09КЗ/32, 1977 г 3 Безрудько О В , Забела К А , Крупа А А , // Обзор информ Нефт промышленность Серия Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов М ВНИИОЭНГ, 1985 - Вып 5 (63) - 53 с 8 4 Р X Мерц, К Ф Косыгина, В Б Боксер Плавающий углеродистый адсорбент для поглощения пленки нефтепродуктов на воде Химия и технология воды, 1998, т 20, №3, С 301 -304 5 И Г Гафаров, В С Тимофеев, А П Фокин Разработка технологии сорбента из растительного сырья для очистки гидросферы от нефтепродуктов XVI Менделеевский съезд по общей и неорганической химии - М 1998, Т 3, С 63-64 6 Микробиологическая очистка загрязненных нефтью сельскохозяйственных почв Budai F, Torok G , Gergely Z , "Proc 9 th Int Symp Soil Biol And Conserv Biosphere, Sopron, Aug 27 - 30, 1985 Vol 2" Budapest, 1987 -P 585-589 7 Патент Российской Федерации № 2031860, МКИ6 C02F3/34 Способ очистки воды от нефтяного загрязнения Опубл Бюл изобр № 9, 1995 прототип 1,2 219 ИМ 299 км а Ю 0.8 6-І e 0,2 0.02 50 tt U 41 46 33 Н М И 30 xU№v»\ 0,(И 0.О6 D.OB 0.10 об'єм сорбційних лор. си*/г Фіг. З Фіг. 1 Нафта васорбят г Біомаса, иг (в 0,45 0.4 0,3 «,35 0.2 0,15 0,1 0,03 0 Нафта, вводі, Uf \ я \ \ / \ ч >-^і W - оде 12 14 23 Фіг 2 доба час (арСонідацПтермООкиСлвноі речовини, ФІГ. 4 0.12 50023 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10