Способ очистки сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств от метанола

Способ очистки сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств от метанола

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения биологическими способами, т.е. способами с использованием ферментов или микроорганизмов.

Известны различные штаммы микроорганизмов, способные разлагать органические соединения [патент РФ №2064017, RU 2157842 С1, RU 2157839 CI, RU 2142997 С1, 2127310 С1], предлагающий штамм бактерии Burkholderia caryophylli Jap-3, обладающий высокой нефтеокисляющей активностью в отношении поликонденсированных ароматических углеводородов.

Известен способ очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, пероксиды и альдегиды, путем аэробной обработки штаммами бактерий Pseudomonas sp.ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp.ВКЛМВ-3892 [патент РФ №2048454 Al, SU 981247, RU 1686799 C1, RU 2084404 C1, RU 833551, WO 0132561].

Известен штамм бактерий Pseudomonas putida ВКМ В-2380Д, продуцирующий поверхностно-активные вещества, для деградации полициклических ароматических углеводородов и углеводородов нефти. Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к очистке объектов окружающей среды от загрязнения полициклическими ароматическими углеводородами и углеводородов нефти [патент РФ №2344170].

Существенным недостатком вышеперечисленных способов является невозможность применения для очистки промышленных сточных вод с высоким содержанием конкретного целевого загрязнителя (в частности, метанола).

Задачей данного изобретения является разработка способа очистки промышленных сточных вод от целевого загрязнителя - метанола.

Поставленная задача решается следующим образом. Преимуществом штамма-деструктора Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 (Всероссийская Коллекция Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ), ФГУП ГосНИИгенетика, дата депонирования: 09 февраля, 2015 г.) является его способность роста на обедненных синтетических питательных средах и высокая степень деградации метанола в сточных водах нефтехимических производств. Изобретение позволяет повысить эффективность деструкции метанола. Полная очистка от загрязнителя осуществляется за 48 часов.

Таксономическая характеристика:

Царство: Firmicutyes

Класс: Bacilli

Отряд: Bacillales

Семейство: Bacellaceae

Род: Bacillus

Вид: Bacillus siamensis

Морфологическая характеристика: грам-положительная, размером 0,3-0,6*1,5-3,5 мкм, образует центральную-субтерминальную, эллипсоидальную эндоспору, превращаясь в спорангии.

Культуральная характеристика: колонии кремово-белого цвета, мукоидного типа, округлые, вогнутой формы, 3-4 мм в диаметре после 2-х дней роста при температуре 37°С на МПА. Аэробная, факультативно анаэробная, растет при темпера турах 4-55°С (оптимальная температура для роста и жизнедеятельности 37°С), pH 4,5-9 (оптимальны и pH 6-7), растет в присутствии NaCl 0-14% (оптимально 0% NaCl).

Биохимическая характеристика:

Каталазоположительная, гидролизует казеин, сахара, дает положительную реакцию Вога-Проскауэра, гидролизует желатин, разлагает до кислоты L-арабинозу, целлобиозу, фруктозу, D-глюкозу, глицерол, гликоген, лактозу, рибозу, сорбитол, салицин, сахара и D-ксилозу.

Экология: выделена из почвы, загрязненной органическими веществами, в том числе метанолом.

Патогенность: не патогенна

Накопительную культуру бактерий получали из почвенных суспензий, которые были приготовлены из образцов грунта согласно таблице 1. Для этого образец массой 1,0-1,5 г помещали в колбу с 50 см³ 0,1 М раствора хлорида натрия и помещали в термостатированный шейкер на 24 часа при температуре 27°C и скорости вращения 170-180 об/мин для культивирования.

Через 24 часа визуально оценивали рост бактерий (при наличии бактерий на внутренней поверхности колбы обнаруживается нарост в виде концентрического ободка).

С целью получения бактерий-деструкторов из исходных почвенных суспензий отбирали по 1 см³ аликвоты и помещали ее в жидкую минеральную среду, содержащую целевой загрязнитель, что позволило выделить только те виды, которые способны выживать в присутствии целевого загрязнителя. Состав минеральной среды представлен в таблице 2.

После культивирования в течение 24 часов в жидкой минеральной среде с добавлением загрязнителя снова производились визуальная оценка роста бактерий и пересев полученной культуры на твердую минеральную среду того же состава, что и жидкая, но с добавлением (2 об.%) агара.

В результате инкубации в течение 48-72 часов в зависимости от скорости роста бактерий на твердой питательной среде обнаруживался рост колоний.

В ходе предварительных испытаний оценка деструктирующей способности выделенных микроорганизмов проводилась на модельных смесях, приготовленных с соответствующей концентрацией целевого загрязнителя в аналогичных технологических стоках.

В колбы объемом 500 см³ помещали по 200 см³ очищаемых стоков, содержащих различные загрязнения. Туда же добавляли 50 см³ суточной бактериальной суспензии соответствующего изолята. Для обеспечения аэрации в водную среду подавался воздух с расходом 0,04 л/мин. Процесс проводился при температуре 27°С и скорости вращения 120 об/мин (данные параметры оптимальны для поддержания жизнеспособности микроорганизмов).

Для достоверности результатов эксперимента опыты двукратно дублировались, с применением носителя (эксперимент №1) и без носителя (эксперимент №2). Иммобилизацию бактериальных клеток проводили на нефтяной кокс (в каждую колбу загружали по 65-70 г кокса), который предварительно прокаливали при температуре 250-300°C с целью исключения возможности развития посторонней микрофлоры. Иммобилизацию проводили в течение суток при условиях постоянного перемешивания кокса с бактериальной суспензией при 27°C и 100-120 об/мин.

Пример 1. Очистки сточной воды производства 2-этилгекснола в условиях иммобилизованных бактериальных клеток на твердый носитель в виде кокса (эксперимент №1) и в условиях неиммобилизованных клеток. Концентрации бактериальной суспензии Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 составила 10⁶ кл/см³, содержание загрязнителя составило 2200 мг/дм³.

Результаты проведенных экспериментов представлены на фигуре 1.

Как видно на фигуре 1, снижение содержания метанола происходит как в условиях иммобилизации бактериальных клеток, так и без нее. Однако во втором варианте наблюдается очевидное снижение содержания целевого загрязнителя с 2200 до 90 мг/дм³. Данный факт можно объяснить хорошей растворимостью метанола в воде (метиловый спирт легко смешивается с водой в любом соотношении), и большей доступностью для бактерий в растворенном виде. При иммобилизации же часть бактериальных клеток остается на носителе, поэтому для деструкции необходимо, чтобы молекула метанола попала на носитель, где есть бактериальные клетки.

Пример 2. Деструктирующая способность штамма Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 при различных температурах

Для эффективной деструкции метанола штаммом Bacillus siamensis, ВКПМ В-11716 был проведен эксперимент по подбору оптимальной температуры, при которой превращение целевого загрязнителя была бы максимальной. Результаты эксперимента представлены на фигуре 2.

Как видно на фигуре 2, максимальная деструкция загрязнителя при концентрации его в стоке, равной 2200 мг/дм³, наблюдалась при температуре 27°C.

Согласно представленным в таблице 3 данным, содержание метанола в сточной воде после биологической очистки в условиях иммобилизации бактериальных клеток Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 снизилось на 38% масс, тогда как в условиях отсутствия иммобилизации данный показатель составил 95% масс. Исходя из полученных результатов рекомендуется проводить биологическую очистку метанолсодержащих стоков в условиях не иммобилизованных бактериальных клеток Bacillus siamensis ВКПМ В-11716.

Способ очистки сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств от метанола, характеризующийся тем, что деструкцию метанола осуществляют с использованием штамма микроорганизма Bacillus siamensis ВКПМ В-11716 при концентрации метанола не более 2200 мг/дм³ в случае иммобилизации клеток штамма или без иммобилизации клеток.