Способ очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами и биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами

Способ очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами и биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами

Реферат

Изобретение относится к области очистки воды от нефтепродуктов и может быть использовано для поддержания экосистемы естественных водоемов и для обработки хозяйственно-бытовых стоков в различных природно-климатических зонах.

Известен способ очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, включающий предварительное культивирование микроорганизмов-нефтедеструкторов и последующее внесение культуры в очищаемую воду совместно с активирующим реагентом (SU, №1428809, С 02 F 3/34,1985 г.).

Указанный способ по причине технологической разобщенности микроорганизмов и реагента недостаточно эффективен при аварийных разливах нефтепродуктов, не позволяет в короткие сроки утилизировать нефтяную пленку и приводит к повышенному содержанию бактерий в очищаемой воде.

Известен также биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, включающий наращивание биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов, выращенной в питательной среде с последующим высушиванием (SU №1076446, С 02 F 3/34, 1982 г.). Однако такой биопрепарат не обеспечивает требуемое для эффективного удаления нефтяной пленки увеличение плотности бактерий и их локализацию на поверхности водной среды.

Более эффективными и наиболее близкими аналогами заявляемому техническому решению являются биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, содержащий вещество носителя, вещество - фактор роста микроорганизмов и биомассу микроорганизмов-нефтедеструкторов, иммобилизованную посредством рассосредоточения биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя, а также способ очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, включающий размещение на поверхности водной среды диспергированного биопрепарата с микроорганизмами-нефтедеструкторами, физически иммобилизованными в обладающих положительной плавучестью носителях в сочетании с веществом - фактором роста микроорганизмов, активирование микроорганизмов-нефтедеструкторов посредством их взаимодействия с находящимися на поверхности водной среды нефтепродуктами в присутствии вещества - фактора роста микроорганизмов, сорбцию нефтепродуктов носителями, биодеструкцию сорбированных нефтепродуктов с утилизацией углеводородов и удаление биопрепарата с поверхности водной среды (RU №2081854, С 02 F 3/34,1997 г.).

Применение упомянутых средств, обеспечивая эффективную деструкцию нефтяной пленки за счет локализации микроорганизмов-нефтедеструкторов на поверхности водной среды, не исключает взаимодействие биопрепарата с аборигенной микрофлорой и тем самым осложняет последующее его удаление.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание экономически выгодного и эффективного средства очистки водной среды от загрязнений нефтепродуктами.

Указанный технический результат, который может быть получен при реализации технического решения биопрепарата для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, заключается в создании высокотехнологичного гранулированного биопрепарата со свойствами, обеспечивающими локализацию процесса увеличения плотности микроорганизмов непосредственно в носителе в зоне, прилегающей к границе раздела фаз нефтепродуктов и очищаемой среды, и тем самым обеспечении реализации упомянутого способа очистки водной среды.

Данный технический результат достигается биопрепаратом для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, содержащим вещество носителя, вещество - фактор роста микроорганизмов и биомассу микроорганизмов-нефтедеструкторов, иммобилизованную посредством рассосредоточения биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя за счет того, что в качестве вещества носителя применена композиция из Са-альгинатного геля, н-алканов с C₁₄-C₁₆ и вещества - фактора роста, при этом физическое соединение микроорганизмов-нефтедеструкторов с веществом носителя осуществлено посредством образования капель из смеси суспендированной биомассы с ингредиентами композиции вещества носителя и полимеризации капель с образованием гранул в водном растворе, содержащем ионы Са.

А также за счет того, что в качестве водного раствора, содержащего ионы Са, применен водный раствор CaCl₂.

А также за счет того, что в качестве вещества - фактора роста микроорганизмов применен кукурузный экстракт.

А также за счет того, что капли образованы воздействием воздушной струи на струю смеси суспендированной биомассы и ингредиентов композиции вещества носителя.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого способа очистки водной среды от загрязнений нефтепродуктами, заключается в сокращении продолжительности очистки водной среды и повышении степени очистки за счет локализации процесса увеличения плотности микроорганизмов непосредственно в носителе, в зоне, прилегающей к границе раздела фаз нефтепродуктов и очищаемой среды при уменьшении взаимодействия микроорганизмов с аборигенной микрофлорой.

Указанный технический результат достигается способом очистки водной среды от загрязнений нефтепродуктами, включающим размещение на поверхности водной среды диспергированного биопрепарата с микроорганизмами-нефтедеструкторами, физически иммобилизованными в обладающих положительной плавучестью носителях в сочетании с веществом-фактором роста микроорганизмов, активирование микроорганизмов-нефтедеструкторов посредством их взаимодействия с находящимися на поверхности водной среды нефтепродуктами в присутствии вещества-фактора роста микроорганизмов, сорбцию нефтепродуктов носителями, биодеструкцию сорбированных нефтепродуктов с утилизацией углеводородов и удаление биопрепарата с поверхности водной среды за счет того, что в качестве диспергированного биопрепарата с микроорганизмами-нефтедеструкторами используют биопрепарат, включающий вещество носителя, вещество - фактор роста микроорганизмов и биомассу микроорганизмов-нефтедеструкторов, иммобилизованную посредством рассредоточения биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя за счет того, что в качестве вещества носителя применена композиция из Са-альгинатного геля, н-алканов с С₁₄-C₁₆ и вещества - фактора роста микроорганизмов, при этом физическое соединение микроорганизмов-нефтедеструкторов с веществом носителя осуществлено посредством образования капель из смеси суспендированной биомассы с ингредиентами композиции вещества носителя и полимеризации капель с образованием гранул в водном растворе, содержащем ионы Са.

Сущность заявляемого технического решения поясняется нижеследующим примером изготовления биопрепарата и реализации способа.

Для наращивания биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в питательной среде в емкость, например с объемом 750 мл, вносят 100 мл питательной среды, состоящей из мясопептонного бульона (Н.И. Розанов “Справочник по микробиологической технике. - М.: Сельхозиздат, 1957 г. 284 стр), 2 г ацетата аммония и штамм микроорганизмов, например (ВКПМ, Acinetobacter sp.B 5064-ВСБ-567 или Acinetobacter calcoaceticus В 5961-JN-2). В созданной таким образом питательной среде устанавливают рН 6,5, емкость с питательной средой и микроорганизмами-нефтедеструкторами устанавливают на качалку в термостате и, обеспечивая частоту колебаний 200-230 1/мин и температуру 30°С, в течение двух суток доводят плотность микроорганизмов в питательной среде, например, до 10⁹ кл/мл (20 г/л по сухой биомассе). Суспендирование биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов проводят посредством интенсивного перемешивания.

Для иммобилизации микроорганизмов-нефтедеструкторов посредством рассосредоточения суспендированной биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя приготавливают 1% водную смесь с альгинатом натрия (например, в количестве 100 мл для упомянутого количества суспензии биомассы), тщательно ее перемешивают и выдерживают в течение 2-3 часов для завершения абсорбции воды фрагментами альгината натрия. К полученной таким образом смеси с альгинатом натрия добавляют вещества - факторы роста, например кукурузный экстракт (Н.И. Розанов. Справочник по микробиологической технике М.: Сельхозиздат, 1957 г., 284 стр.) в количестве 10 г на 100 мл смеси, и н-алканы с C₁₄-C₁₆ в жидком состоянии, например гексадекан в количестве 10 г на 100 мл смеси.

Смесь с альгинатом натрия и суспендированной биомассы в равных объемах смешивают посредством гомогенизатора в течение 2-3 минут, далее посредством насоса (например, перистальтического со скоростью 50 мл/час) нагнетают через насадку в зону воздействия воздушной струи, подаваемой в область эжектирования, например для образования гранул от 0,18 до 0,55 мм со скоростью 0,002 м³/мин. Образующиеся при воздействии воздушной струи на струю смеси капли попадают в водный раствор, содержащий ионы Са (например, 2% водный раствор СаСl₂), где вследствие химического соединения ионов кальция с альгинатом натрия и полимеризации в процессе выдержки (например, в течение 30 мин) с образованием в каплях Са-альгинатного геля они приобретают свойства обособленного тела и становятся гранулами. При этом имеет место физическое соединение микроорганизмов-нефтедеструкторов с веществом гранул, а полученные таким образом гранулы являются носителями рассосредоточенной суспендированной биомассы иммобилизованных микроорганизмов-нефтедеструкторов и где в качестве вещества носителя применена композиция из Са-альгинатного геля, н-алканов с C₁₄-C₁₆ и вещества - фактора роста. Гранулы фильтруют, промывают и помещают в физиологический раствор.

Присутствие в гранулах н-алканов с C₁₄-C₁₆, во-первых, уменьшает плотность вещества, делая гранулы носителями, обладающими положительной плавучестью, и, во-вторых, обеспечивает диффузию микроорганизмов за счет их полной ассимиляции микроорганизмами. Присутствие в гранулах вещества - фактора роста микроорганизмов обеспечивает рост плотности микроорганизмов непосредственно в носителе, а в сочетании с положительной плавучестью локализацию этого процесса в зоне, прилегающей к границе раздела фаз нефтепродуктов и очищаемой среды.

Биопрепарат представляет собой ресуспендированные в воде носители-гранулы с микроорганизмами-нефтедеструкторами, физически иммобилизованными в обладающих положительной плавучестью носителях, выполненные из вещества, обеспечивающего диффузию микроорганизмов, и содержащие микроорганизмы-нефтедеструкторы в сочетании с веществом - фактором роста микроорганизмов. Гранулы имеют цвет от светло-серого до бежевого, диапазон температур применения от +15° до +30°С, титр живых клеток -1·10⁷ кл/мл и диапазон температур хранения от +15° до +30°С.

Для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами на поверхности водной среды размещают (наносят) диспергированный (ресуспендированный из расчета 150 л на 1 га) биопрепарат. Вследствие положительной плавучести биопрепарат концентрируется в поверхностной зоне наибольшего загрязнения. За счет физико-химических свойств вещества носителя осуществляют сорбцию носителями нефтепродуктов с поверхности водной среды, а за счет активации микроорганизмов взаимодействием с находящимися на поверхности водной среды нефтепродуктами в присутствии вещества - фактора роста микроорганизмов производят биодеструкцию сорбированных нефтепродуктов с утилизацией углеводородов. При этом диффузия по градиенту концентрации, рост плотности микроорганизмов в носителях и их выход в свободное состояние являются постоянным источником микроорганизмов-нефтедеструкторов в зоне, прилегающей к границе раздела фаз нефтепродуктов и очищаемой среды. Сохраняющий свое агрегатное состояние биопрепарат удаляют с поверхности водной среды вместе с продуктами утилизации, а при необходимости доводят его до полного разложения за счет ассимиляции вещества носителя микроорганизмами и под воздействием аборигенной микрофлоры.

Результаты биодеградации (деструкции) нефтепродуктов свободными клетками, иммобилизованными клетками и иммобилизованными клетками с регулятором роста следующие:

Количество внесенных иммобилизованных клеток

(Acinetobacter sp.B 5064-ВСБ-567) 0,1 мл (0,05 мл суспензии клеток)

Объем воды в пробах - 50 мл.

Площадь водной поверхности каждой пробы - 91 см².

№ пробы	Время эксперимента	Текущая концентрация нефтепродуктов в пробе
сутки	иммобилизованных клеток без вещества - фактора роста, мг	иммобилизованных клеток с веществом - фактором роста (кукурузный экстракт), мг
	t	Si	S2
1	0	660	580
2	5	605	530
3	10	455	420
4	15	290	240
5	20	175	110
6	25	85	75
7	30	49	<10

Результаты биодеградации (деструкции) нефтепродуктов свободными клетками:

Количество внесенной суспензии свободных клеток 1 мл.

Объем воды в пробах - 100 мл.

№ пробы	Время эксперимента сутки	Текущая концентрация нефтепродуктов в пробе свободных клеток, мг
	t	S3
1	0	570
2	5	540
3	10	490
4	15	360
5	20	340
6	25	-
7	30	200

1. Биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, содержащий вещество носителя, вещество-фактор роста микроорганизмов и биомассу микроорганизмов-нефтедеструкторов, иммобилизованную посредством рассосредоточения биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя, отличающийся тем, что в качестве вещества носителя применена композиция из Са-альгинатного геля, н-алканов с C₁₄-C₁₆ и вещества-фактора роста микроорганизмов, при этом физическое соединение микроорганизмов-нефтедеструкторов с веществом носителя осуществлено посредством образования капель из смеси суспензированной биомассы с ингредиентами композиции вещества носителя и полимеризации капель с образованием гранул в водном растворе, содержащем ионы Са.

2. Биопрепарат по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора, содержащего ионы Са, применен водный раствор CaCl₂.

3. Биопрепарат по п.3, отличающийся тем, что в качестве вещества - фактора роста микроорганизмов применен кукурузный экстракт.

4. Биопрепарат по одному из пп.2 и 3, отличающийся тем, что капли образованы воздействием воздушной струи на струю смеси суспензированной биомассы и ингредиентов композиции вещества носителя.

5. Способ очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами, включающий размещение на поверхности водной среды диспергированного биопрепарата с микроорганизмами-нефтедеструкторами, физически иммобилизованными в обладающих положительной плавучестью носителях в сочетании с веществом - фактором роста микроорганизмов, активирование микроорганизмов-нефтедеструкторов посредством их взаимодействия с находящимися на поверхности водной среды нефтепродуктами в присутствии вещества - фактора роста микроорганизмов, сорбцию нефтепродуктов носителями, биодеструкцию сорбированных нефтепродуктов с утилизацией углеводородов и удаление биопрепарата с поверхности водной среды, отличающийся тем, что в качестве диспергированного биопрепарата с микроорганизмами-нефтедеструкторами используют биопрепарат по п.1, причем активирование микроорганизмов-нефтедеструкторов осуществляют в веществе носителя с обеспечением роста плотности микроорганизмов непосредственно в носителе и диффузии микроорганизмов с выходом в свободное состояние.