Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений

Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений

Реферат

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии и касается способов очистки воды от нефтяных загрязнений с использованием культур природных штаммов бактерий - деструкторов нефтепродуктов и может быть реализовано в различных отраслях промышленности, преимущественно для очистки воды в закрытых объемах.

Известен способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений (см. а.с. СССР №1428809, от 23.08.1985), при котором в очищаемый объем воды вводят культуру бактерий рода Pseudomonas и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, в качестве которого используют минеральное удобрение - нитроаммофоску.

Однако данный способ имеет достаточно продолжительное время деструкции нефтепродуктов, т.к. после обработки культурой бактерий рода Pseudomonas открытого водоема степень утилизации нефтепродуктов составляет 99,2% после 45 суток; закрытого объема - до 76,8% после 7 суток.

Известен способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений (см. патент РФ №2083508, от 28.09.1994), при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, в качестве которого используют себациновую кислоту в количестве (0,08-0,1)% от массы разлагаемого нефтепродукта - железнодорожной смазки.

Однако часто затруднительно определить массу разлагаемых нефтепродуктов в очищаемом объеме воды, чтобы внести необходимое количество себациновой кислоты и обеспечить достаточно быструю деструкцию нефтепродуктов.

Была поставлена задача создать способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений в замкнутом объеме с использованием бактерий Pseudomonas putida, при котором очищаемый объем воды служит питательной средой для бактерий.

При этом необходимо в бедной минеральной питательной среде осуществлять активацию массообменных процессов для увеличения биомассы бактерий за счет улучшения снабжения кислородом очищаемого объема.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса деструкции нефти за счет увеличения выхода биомассы бактерий Pseudomonas putida.

Поставленная цель достигается тем, что в способе биологической очистки воды от нефтяных загрязнений, при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование в смеси с биостимулятором при принудительной аэрации очищаемого закрытого объема воды, а в качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное

Сущность технического решения поясняется следующим.

В качестве биодеструктора нефтепродуктов в предлагаемом способе биологической очистки воды от нефтяных загрязнений используют культуру бактерий рода Pseudomonas, а именно Pseudomonas putida ВУ 186 (см. журнал "Биотехнология", 2004 №3, с.55-62. Бакулин М.К. и др. "Голубая кровь" в биотехнологии глубинного выращивания культур бактерий на синтетической среде с нефтью).

Для исключения образования на поверхности воды нефтяной пленки и равномерного распределения компонентов нефтепродуктов в толще воды объем очищаемой воды должен находиться в условиях непрерывного барботирования, что приводит к принудительной аэрации объема среды. Принудительная аэрация обеспечивает оптимальные условия для ускорения развития биоценоза и увеличения выхода биомассы.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом объема воздуха на объем среды в минуту, равны (0,5-1,0) об./об.×мин.

В качестве биостимулятора для увеличения выхода биомассы бактерий используют перфторметилдекалин (ПФМД), который обладает газотранспортной функцией. ПФМД добавляют непосредственно в среду культивирования (воду), где в качестве источника углерода для роста биомассы присутствуют нефтепродукты (нефть, мазут и т.п.). Возможность добавления непосредственно в очищаемую среду ПФМД обусловлена его безвредностью для живых организмов.

Кроме того, ПФМД обладает устойчивостью к агрессивным факторам среды (к действию активного хлора, повышенной кислотности, щелочности и т.п.) и имеет плотность в 2 раза выше воды, в результате чего, не смешиваясь с водой, опускается на дно, что позволяет его легко извлекать для последующего использования (что является ноу-хау заявителя).

Использование ПФМД менее 2% не обеспечивает достаточно интенсивной деструкции нефтепродуктов, т.к. идет медленный процесс увеличения биомассы.

Использование ПФМД более 15% ведет к избытку кислорода в среде, что может вызвать токсический эффект и снизить выход биомассы.

Кроме того, использование ПФМД более 15% ведет к значительному удорожанию технологии и снижению рентабельности процесса очистки.

Способ осуществляют следующим образом.

Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida из расчета не менее 10⁸ кл./мл и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин. очищаемого закрытого объема воды.

В качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное

В качестве закрытой емкости можно использовать ферментеры классического типа, снабженные системами аэрации и перемешивания, системами контроля физико-химических процессов и системой подачи субстратов, например ферментер марки БИОР-0,25.

Примеры выполнения предлагаемого способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений в закрытом объеме приведены в таблице.

Пример 1. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,2 мас.%, что составляет 2×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин очищаемого закрытого объема воды.

Культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 выращивают при следующем соотношении компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,2; перфторметилдекалин (ПФМД) - 5,0; очищаемая вода - остальное.

Прирост биомассы на 96 час составляет 67,3×10⁹ кл./см³ на среде с нефтью и 43,2×10⁹ кл./см³ на среде с мазутом. Степень разложения нефти составляет 81,5%, мазута - 21,2%.

Пример 2. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,1 мас.%, что составляет 10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин очищаемого закрытого объема воды.

Выращивание культуры бактерий осуществляют в среде с минимальной концентрацией компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,1; перфторметилдекалин (ПФМД) - 2,0; очищаемая вода - остальное.

Применение предлагаемого способа привело к снижению накопления биомассы на 36,1% в среде с нефтью и 16,4% в среде с мазутом, степени биодеструкции нефти на 32,6%, мазута - на 14,2% соответственно, что может быть обусловлено недостатком питательных веществ в среде.

Пример 3. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,3 мас.%, что составляет 3×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий в смеси с биостимулятором, при принудительной аэрации.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин очищаемого закрытого объема воды.

Культуру бактерий рода Pseudomonas выращивают при следующем соотношении компонентов мас.%: культура бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 - 0,3; перфторметилдекалин (ПФМД) - 15,0; очищаемая вода - остальное.

Размножение клеток и утилизация нефтепродуктов происходит также интенсивно, как и в примере 1, но ведет к значительному удорожанию технологии за счет максимального расхода биостимулятора.

Пример 4. Закрытую емкость заполняют водой с нефтепродуктами, а затем вводят культуру бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 в количестве 0,2 мас.%, что составляет 2×10⁸ кл./мл, и проводят культивирование бактерий при принудительной аэрации без внесения биостимулятора.

Принудительную аэрацию осуществляют барботированием с расходом воздуха (0,5-1,0) об./об.×мин. очищаемого закрытого объема воды.

Выращивание без добавления перфторметилдекалина снижает накопление биомассы бактерий в 8,4 раза в среде с нефтью и 6,9 раза в среде с мазутом, при этом степень утилизации нефти снижается - в 9,7 раза, степень утилизации мазута - в 4,6 раза.

Пример 5. Культивирование бактерий Pseudomonas putida ВУ 186 проводили согласно условиям прототипа в течение 96 часов с добавлением 0,1 мас.% себациновой кислоты от массы нефтепродуктов, внесенных в воду.

Утилизация нефтепродуктов и рост бактерий проходили с меньшей эффективностью, чем предыдущие примеры способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений с внесением перфторметилдекалина.

Результаты исследований сведены в таблицу.

Из данных таблицы видно, что использование предлагаемого способа биологической очистки воды от нефтяных загрязнений позволяет увеличить степень очистки воды от нефтепродуктов в закрытом объеме в условиях реального производства, где обеспечивается интенсификация процесса деструкции нефти за счет увеличения выхода биомассы бактерий Pseudomonas putida ВУ 186.

Таблица
Условия биоразложения	Концентрация живых бактерий через 96 ч, (кл./см3)×109	Степень очистки, %	Количество углеводорода в среде, г/л	Продолжительность очистки, часы
Пример 1	Очищаемая вода с нефтью + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (5,0 мас.%) ПФМД	67,3	81,5	50	96
	Очищаемая вода с мазутом + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (5,0 мас.%) ПФМД	43,2	21,4
Пример 2	Очищаемая вода с нефтью + (0,1 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (2,0 мас.%) ПФМД	31,2	48,9
	Очищаемая вода с мазутом + (0,1 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (2,0 мас.%) ПФМД	26,8	7,2
Пример 3	Очищаемая вода с нефтью + (0,3 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (15,0 мас.%) ПФМД	78,9	86,8
Очищаемая вода с мазутом + (0,3 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (15,0 мас.%) ПФМД	54,2	24,6
Пример 4 (контроль)	Очищаемая вода с нефтью + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186	8,0	8,4
Очищаемая вода с мазутом + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186	6,2	4,6
Прототип	Очищаемая вода с железнодорожной смазкой + (0,2 мас.%) Pseudomonas putida ВУ 186 + (0,1 мас.%) себациновой кислоты	29,3	15,8	40	96

Способ биологической очистки воды от нефтяных загрязнений, при котором в очищаемый закрытый объем воды вводят культуру бактерий Pseudomonas putida и проводят культивирование бактерий в загрязненной воде в смеси с биостимулятором, отличающийся тем, что процесс культивирования проводят при принудительной аэрации очищаемого объема воды, а в качестве биостимулятора используют перфторметилдекалин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

культура бактерий Pseudomonas putida	0,1-0,3
перфторметилдекалин	2,0-15,0
очищаемая вода	остальное.