Препарат для микробиологической очистки нефтяных шламов и загрязненного нефтепродуктами грунта

Препарат для микробиологической очистки нефтяных шламов и загрязненного нефтепродуктами грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к микробиологической очистке земель при разливе нефти и нефтепродуктов, в том числе нефтяных шламов.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами окружающей среды является актуальной экологической проблемой современного мира. Добыча, транспортировка, переработка и хранение углеводородов неизбежно влечет утечки значительных количеств токсичного поллютанта во внешнюю среду и его накопления. Решение данной проблемы включает использование метаболического потенциала нефтеокисляющих микроорганизмов. Иммобилизация как способ качественной и количественной модификации свойств биологического агента широко используется в практике. Иммобилизованные клетки нефтеокисляющих микроорганизмов более устойчивы, обладают повышенной выживаемостью при неблагоприятных условиях, проявляют большую метаболическую активность при создании должных условий. В частности, использование адсорбента - носителя клеток нефтеокисляющих микроорганизмов в составе препаратов, применяемых при очистке, позволяет увеличить эффективность и расширить область применения микробиологического метода ликвидации углеводородных загрязнений. Комбинация сорбционного и микробиологического методов очистки, основанная на подборе носителя - сорбента, а также условий иммобилизации клеток микроорганизмов - деструкторов нефти, является основой препарата, разработанного в рамках данного изобретения.

Известен сорбент для очистки природных вод и почвы от нефтяных загрязнений "Москат" (патент RU 2143947, МПК В09С 1/10), содержащий алюмосиликатный носитель - термообработанные перлит или вермикулит, микроорганизм Rhodococcus sp. 30, а также аммиачную селитру и суперфосфат.

Известен биопрепарат "Авалон" для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов (патент RU 2181701, МПК В09С 1/10). Биопрепарат содержит пористый носитель - вспененные метафосфаты переменного состава и штаммы нефтеокисляющих микроорганизмов, иммобилизованные в поры носителя и подобранные по типу загрязнения.

Недостатком двух вышеупомянутых биопрепаратов является использование неорганического носителя клеток, химический состав которого определяет невозможность биологического разложения при очистке объектов нефтезагрязнения. Внесенный в почву или грунт носитель становится, таким образом, источником вторичного загрязнения.

Более перспективными являются препараты, в состав которых входят носители на основе природных органических материалов.

Известен биопрепарат для очистки воды, почвы от нефти и нефтепродуктов "Лессорб - био" (патент RU 2193533, МПК В09С 1/10), включающий аэробные нефтеокисляющие бактерии, воду и органический субстрат, в качестве которого использован сорбент "Лессорб", представляющий собой продукт обработки растительного материала, например торфа.

Недостатком данного биопрепарата является нерентабельность его получения в регионах, удаленных от мест расположения залежей торфа, - естественного источника сырья для производства носителя клеток.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является биопрепарат для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов (патент RU 2191753, МПК В09С 1/10), включающий аэробные нефтеокисляющие бактерии, тиомочевину, сахарозу и органический субстрат - сорбент "Фежел", представляющий собой целлюлозный носитель, покрытый слоем сорбирующего вещества.

Применение прототипа in situ ограничено очисткой нефтезагрязненных воды и почвы. Для очистки нефтезагрязненного грунта обработка ведется с использованием дорогостоящей биофлотации в реакторе. Кроме того, прототип не применяется для очистки нефтешламов, т.е. его применение ограничено.

Задачей настоящего изобретения является разработка дешевого препарата, обеспечивающего высокоэффективную микробиологическую очистку нефтяных шламов и загрязненного нефтепродуктами грунта in situ.

Поставленная задача решается с помощью бактериального препарата, включающего носитель клеток, клетки нефтеокисляющих микроорганизмов и минеральное удобрение, причем в качестве носителя клеток использован сорбент "Эколан" (ТУ 2164-001-55959238-01), представляющий собой продукт термообработки древесных опилок, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сорбент "Эколан" - 97-90%;

минеральные удобрения - 0,2-1,6%;

вода - остальное.

нефтеокисляющие микроорганизмы - не менее 10⁹ кл/г препарата.

В качестве нефтеокисляющих микроорганизмов препарат содержит подобранные согласно условиям его применения микроорганизмы Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 или/и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, депонированные во Всероссийской коллекции микроорганизмов. Непатогенность штаммов доказана в остром опыте на белых мышах. Данные микроорганизмы являются высокоактивными деструкторами различных нефтепродуктов в широком диапазоне температур. Они способны к деградации входящих в состав нефтяных шламов тяжелых нефтепродуктов, недоступных для большинства нефтеокисляющих микроорганизмов. Количество жизнеспособных микроорганизмов достаточно для эффективного применения препарата. Отличительным признаком от прототипа является применение сорбента "Эколан". Все используемые нефтеокисляющие микроорганизмы обладают способностью к адгезии на сорбент "Эколан". Эффективность препарата обусловлена входящими в его состав штаммами и использованием нового носителя - сорбента "Эколан", взятых в указанном соотношении. Для обеспечения микроорганизмов биогенными элементами на начальных стадиях очистки заявляемым препаратом использовали минеральные удобрения (аммофос или диаммофоску или нитрофоску или нитроаммофоску). Все перечисленные удобрения могут использоваться входящими в биопрепарат микроорганизмами для наращивания биомассы. Расход биопрепарата - не менее 1 кг на тонну очищаемого грунта. Для очистки в качестве биопрепарата могут быть использованы биопрепараты с микроорганизмами Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 или Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, или взятые в соотношении 1:1 соответственно.

На фиг.1 представлено уменьшение концентрации нефтепродуктов в нефтезагрязненном грунте при микробиологической очистке с использованием препарата на основе штамма Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271. На фиг.2 - уменьшение концентрации нефтепродуктов в нефтезагрязненном грунте при микробиологической очистке с использованием препарата на основе двух штаммов - Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, содержащего 0,2 мас.% минеральных удобрений. На фиг.3 представлено уменьшение концентрации нефтепродуктов в нефтезагрязненном грунте при микробиологической очистке с использованием препарата на основе двух штаммов - Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, содержащего 1,6 мас.% минеральных удобрений. На фиг.4 показано уменьшение концентрации нефтепродуктов в нефтешламе с грунтом в результате обработки препаратом на основе двух штаммов - Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, содержащего 0,2 мас.% минеральных удобрений.

Пример 1. Получение препарата. Биомассу клеток каждого микроорганизма - Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017 выращивали отдельно глубинным культивированием на жидкой минеральной среде с дизельным топливом при контроле и соблюдении оптимальных параметров культивирования. В 5 л концентрированной до 10 г/л асв суспензии клеток нефтеокисляющих микроорганизмов вносили минеральное удобрение аммофос в концентрации 0,2% и смешивали с 1 кг сухого сорбента "Эколан". Дополнительно вносили хлорид алюминия трехвалентного 12-водный в концентрации 0,6327 г/литр для обеспечения адгезии большего количества клеток на носителе.

Или, в относительных единицах измерения (мас.%), исходные компоненты были взяты в следующем соотношении:

сорбент "Эколан" - 97%;

минеральное удобрение аммофос - 0,2%;

хлорид алюминия трехвалентного 12-водный - 0,013%;

вода - остальное.

По истечении одного часа иммобилизации каждую смесь отбрасывали на сито (металлическая сетка с диаметром отверстий 1 мм). Влажные сорбенты размещали тонким слоем на полиэтиленовой пленке и сушили при нормальных условиях до воздушно-сухого состояния. Полученные сухие препараты содержат более 10⁹ кл/г нефтеокисляющих микроорганизмов и готовы к использованию для очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами и нефтяных шламов.

Пример 2. Получение препарата. Нефтеокисляющие микроорганизмы каждого из штаммов выращивали, как описано в примере 1. Затем в концентрированную до 10 г/л асв суспензию клеток вносили минеральное удобрение аммофос в концентрации 1,6% - для обеспечения микроорганизмов биогенными элементами на начальных стадиях очистки, а также хлорид алюминия трехвалентного 12-водный в концентрации 1,23 г/л для обеспечения адгезии большего количества клеток на носителе. Концентрированную суспензию смешивали с сорбентом «Эколан» в соотношении 5:1 по массе, перемешивали, инкубировали 1 ч и отбрасывали на сито с диаметром отверстий 1 мм.

Или, в относительных единицах измерения (мас.%), исходные компоненты были взяты в соотношении:

сорбент "Эколан" - 90%;

минеральное удобрение аммофос - 1,6%;

хлорид алюминия трехвалентного 12-водный - 0,025%;

вода - остальное.

Влажные сорбенты сушили до влажности менее 10% и использовали для очистки нефтяных шламов и грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

Пример 3. В 1 т загрязненного нефтепродуктами грунта, размещенного на бетонной поверхности слоем 0,3 м, вносили 1 кг препарата, приготовленного в примере 1. В качестве нефтеокисляющего микроорганизма использовали Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271. Перемешивали, грунт увлажняли до 60% от предельной влагоемкости, вносили аммофос в количестве 500 г. Очищаемый грунт регулярно (1 раз в 2 недели) перемешивали, влажность и концентрацию биогенных элементов измеряли и поддерживали на начальном уровне. Измеряли концентрацию остаточных нефтепродуктов по истечении полутора и трех месяцев эксперимента. Результаты испытаний приведены на фиг.1. За 3 месяца эксперимента концентрация нефтепродуктов при обработке препаратом снизилась с 23,7 до 4,71 г/кг, степень очистки составила 80,1%.

Пример 4. В мае 2005 г. на бетонированных площадках было размещено 11 т нефтезагрязненного грунта с территории ЗАО КНПЗ "КЭН". В грунт вносили препарат, состоящий из приготовленных в примере 1 препаратов с нефтеокисляющими микроорганизмами Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, взятых в соотношении 1:1, из расчета 1 кг/т грунта. Перемешивали, поддерживали влажность на уровне 60% от предельной влагоемкости, при обработках вносили удобрение из ряда - аммофос, нитроаммофоска, диаммофоска - из расчета 100 г/т загрязненного грунта. Обработки удобрениями, увлажнение, рыхление проводили 3 раза в месяц. Снижение концентрации нефтепродуктов в нефтезагрязненном грунте показано на фиг.2. Конечная концентрация нефтепродуктов не превышала 2,00 г/кг, в то время как на необработанном участке концентрация оставалась равной 37 г/кг. Таким образом, в результате обработки эффективность очистки за 2,5 месяца составила более 94%. Эффективность предлагаемого препарата при очистке нефтезагрязненного грунта оказалась не менее чем у прототипа и при этом не требовала обработки очищаемой массы во флотационной установке, что удешевляло процесс биоремедиации.

Пример 5. В сентябре 2005 г. на бетонированных площадках было размещено 14 т нефтезагрязненного грунта с территории ЗАО КНПЗ "КЭН". В грунт вносили препарат, состоящий из приготовленных в примере 2 препаратов с нефтеокисляющими микроорганизмами Rhodococcus erythropolis ВКМ Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, взятых в соотношении 1:1, из расчета 1 кг/т грунта. Перемешивали, поддерживали влажность на уровне 60% от предельной влагоемкости, при каждой обработке вносили удобрение из ряда - аммофос, нитроаммофоска, диаммофоска - из расчета 100 г/т загрязненного грунта. Обработки удобрениями, увлажнение, рыхление проводили 3 раза в месяц. Снижение концентрации нефтепродуктов в нефтезагрязненном грунте показано на фиг.3. Конечная концентрация нефтепродуктов в грунте составила 2,97 г/кг. Таким образом, эффективность очистки составила 89%.

Пример 6. Испытания препарата проводили с марта по сентябрь 2005 г. на базе ООО "Экобио". На бетонированной площадке были размещены нефтешламы в смеси с грунтом. В 8 т нефтешлама внесли препарат, состоящий из приготовленных в примере 1 препаратов с нефтеокисляющими микроорганизмами Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271 и Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2017, взятых в соотношении 1:1, из расчета 1 кг/т грунта, а также аммофос из расчета 500 г/т, проводили увлажнение и перемешивание. Обработки аммофосом, увлажнение и рыхление повторяли 3 раза в месяц. На фиг.4 показано уменьшение концентрации нефтепродуктов в очищаемом грунте. В результате обработки препаратом концентрация нефтепродуктов снизилась с 318,6 до 47,3 г/кг, что показывает возможность и эффективность использования препарата для очистки нефтяных шламов.

Пример 7. В 2 стакана на 400 мл вносили по 200 г смеси нефтешлама с грунтом, при содержании нефтепродуктов 98 г/кг, в один добавили 0,2 г препарата, приготовленного в примере 1 с нефтеокисляющим микроорганизмом Rhodococcus erythropolis BKM Ac-2271. Во второй стакан нефтеокисляющие микроорганизмы не вносили. В оба стакана вносили воду до 60% полной влагоемкости и аммофос в количестве 0,1 г. Очищаемый грунт регулярно перемешивали, влажность и концентрацию биогенных элементов измеряли и поддерживали на начальном уровне. После 6 месяцев очистки степень деструкции углеводородов при их начальной концентрации 98 г/кг составила 55%. В стакане, куда нефтеокисляющие микроорганизмы не вносили, снижение концентрации не превышало 3%.

Применение препарата согласно изобретению позволяет осуществлять дешевую высокоэффективную микробиологическую очистку in situ нефтяных шламов и загрязненных нефтепродуктами грунтов, образующихся как в результате аварийных разливов, так и в результате производственной деятельности нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий.

1. Препарат для микробиологической очистки нефтяных шламов и загрязненных нефтепродуктами грунтов, включающий носитель клеток, клетки нефтеокисляющих микроорганизмов и минеральное удобрение, отличающийся тем, что в качестве носителя использован сорбент "Эколан", представляющий собой продукт термообработки древесных опилок, а в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов взяты Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2271 D и/или Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2017 Д, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сорбент "Эколан"	90-97%
минеральные удобрения	0,2-1,6%
вода	остальное
нефтеокисляющие микроорганизмы	не менее 109 кл/г препарата

2. Препарат по п.1, отличающийся тем, что нефтеокисляющие микроорганизмы взяты в соотношении 1:1.