Сорбент для очистки природных вод и почвы от нефтяных загрязнений "москат"

 

Изобретение относится к экологии. Предложен сорбент для очистки экосистем от нефтепродуктов, содержащий алюмосиликатный носитель с иммобилизованными микроорганизмами RHODOCOCCUS SP. штамм 30 и фосфор- и азотсодержащие соли. Сорбент обеспечивает высокую степень очистки при полной экологической безопасности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области экологии, в частности к составам сорбентов, используемых для очистки природных сред.

Природные системы сталкивались в ходе эволюции с такими загрязнителями, как нефтяные углеводороды. Несмотря на это, до начала XX века не наблюдалось глобальной деградации природных систем под действием этих загрязнений. Выведение из системы этих полютантов строилось на их сорбции естественными сорбционными материалами и переведением их, например, из водной фазы в осадок, где они и подвергались дальнейшей эволюции. В разложение нефтяных углеводородов принимали также активное участие многочисленные виды бактерий. Эти и некоторые другие особенности природных процессов самоочищения легли в основу технологии, разработанной в объеме данного изобретения.

Из уровня техники известны способы очистки, использующие преимущества, как сорбционной, так и биологической очистки.

Известен, например, способ очистки воды от нефтяных загрязнений с помощью сорбента на основе гидрофобизированного силикогеля, иммобилизированного культурой CANDIDA INTERMEDIA (SU 255138, C 02 F 3/34, 1970).

Известен сорбент для удаления нефтяных пятен с поверхности, в состав которого входят алюмосиликатные носители, выбранные из ряда: каолин, перлит, цеолит и др. , нефтепоглощающие микроорганизмы, выбранные из ряда: PSEUDOMONAS AERGIHOSA, METHANOMONAS METHARIA, BASTERIUM ALIPHATICUM, BASILLUS TOTULICUM, MYCOBOCTERIUM IAGICOLA и другие, и биогенные вещества, выбранные из ряда: NH₄Cl, (NH₄)PO₄, CaCl₂ и др. (US 3843517, C 02 B 9/02, 1974).

Известен также сорбент для поглощения нефтяных загрязнений, содержащий карбоксиметилированные дрожжи, высшие жирные кислоты, соли алюминия, щелочноземельного и переходного металла и носитель (JP 56-9393, C 02 F 1/00, 1981).

Известен сорбент и способ его получения, по которому в расплав полимера вносят активированный уголь, формируют изделие и иммобилизируют его микроорганизмами активного ила (RU 2023685, 1994).

Недостатками вышеуказанных сорбентов является то, что они содержат техногенные компоненты, что усложняет и удорожает процесс очистки, а также то, что появляется опасность вторичного загрязнения.

Более перспективными являются сорбенты, содержащие в основном природные вещества.

Известен сорбент, содержащий нейтральный пористый носитель, нитрат аммония, диаммоний фосфат, хлористый калий, хлористый магний и смесь активных нефтеусваивающих культур микроорганизмов, выделенных из природного сообщества, находящихся в загрязненной среде (RU 2057724, 1996).

Среди различных штаммов микроорганизмов, используемых в технологии очистки почвы, сточных и природных вод от органических, в том числе нефтяных загрязнений, большой популярностью пользуются различные виды штаммов бактериальной культуры RHODOCOCEUS (RU 2019527, 1994), (RU 2039714, 1995), (RU 2090697, 1997).

При этом для повышения эффективности размножения и роста бактерий, а соответственно для ускорения биодеградации нефтяных углеводородов, указанная культура вносится совместно с источниками азота и фосфора.

Известен сорбент, содержащий пористый носитель (тальк, диатомит, каолин), штамм PSEUDOMONAS PUTIDA, KNO₃NH₄Cl, NH₄NO₃, NH₄H₂PO₄ (WO, 87107316, 1987).

Недостатком известного сорбента является высокий расход реагентов. Для сокращения расхода реагентов предложены сорбенты, содержащие различные виды микроорганизмов RHODOCOCCUS на носителях.

Так, например, известен сорбент "Нафтокс", содержащий торф, нормальный парафин C₁₂-C₁₈, аммоний щавелево-кислый, воду и RHODOCOCCUS SP (RU 2053205, 1996).

Однако эффективность данного сорбента невысока. Так за пять суток очистки поверхности составила только около 60%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сорбент для очистки нефтесистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, содержащий инертный пористый носитель на основе алюмосиликатного сырья (глины) 90-99,99% и консорциума микроорганизмов-штаммы RHODOCOCCUS SP 367-2, RHODOCOCCUS MARIS 367-5, RHODOCOCCUS ECUGTHROPOLIS 367-6, PSEUDOMONAS STRUTRERI 367-1, YARROWIAIPOLYTICA 367-3 (RU 2104249, 1998).

Вышеуказанный сорбент обеспечивает высокую степень очистки и хорошую производительность процесса очистки, однако носитель на глинистой основе не обладает развитой поверхностью пор, что снижает его эффективность.

Задачей настоящего изобретения является создание сорбента на основе природных компонентов, обладающего высокой эффективностью биодеградации нефти, в том числе при низких температурах, и полной экологической безопасностью.

Поставленная задача решается описываемым сорбентом следующего состава, мас.%: Микроорганизмы RHODOCOCCUS SP. штамм N 30 - 4-5 Суперфосфат - 0,8-1,2 Аммиачная селитра - 0,8-1,2 Алюмосиликатный носитель, выбранный из ряда: термообработанные перлит или вермикулит - Остальное При этом предпочтительно использовать перлит или вермикулит, содержащие в своем составе, мас.%: Al₂O₃ - 13-14 MgO - 13-14 K₂O + Na₂O - 2-6 CaO - 1-3
H₂O - 2-4
SiO₂ - Остальное
Вышеуказанный состав сорбента подобран экспериментально с учетом максимальной эффективности, прочной иммобилизации микроорганизмов на носителе и низкой стоимости.

Характеристика иммобилизованной культуры следующая:
Штамм, именуемый N30 (Гигиенический сертификат N150 от 16.02.96).

Источники выделения - акватория Баренцева моря. Координаты: 74^o20' северной широты, 20^o30' восточной долготы; Горизонт - 1 м.

Морфолого-культуральные особенности: колонии ярко-желтые, блестящие, слизистые, однородные
Температура роста 20-24^oC
Время роста - 3 суток.

По токсикологическим показателям штамм не обладает местным раздражающим действием в дозе 10¹¹ микробных тел, кожно-резоративным и аллергическим действием в дозе 10⁷ микробных тел.

Сорбент получают следующим образом. Перлит или вермикулит дробится до гранул дисперсностью 3-7 мм, вспучивают в термопечи, охлаждают до комнатной температуры, затем на поверхность иммобилизуют микроорганизмы в присутствии аммонийной селитры и суперфосфата. Процесс ведут в обычном смесителе для сыпучих материалов с вращающимся корпусом, типа бетономешалки. Способ прост в исполнении.

Изобретение иллюстрируют примерами.

Пример 1
Берут сорбент с содержанием, мас.% - состав A:
Микроорганизмы - 5
Суперфосфат - 0,8
Аммиачная селитра - 1,2
Алюмосиликатный носитель (1)-перлит - остальное
состава
Al₂O₃ - 12
MgO - 13
K₂O + Na₂O - 2
CaO - 1
H₂O - 2
SiO₂ - Остальное
В емкость диаметром 1 м и высотой 1,5 м, заполненную водой, наливают 1 кг нефти. Затем в емкость добавляют 1 кг сорбента. Температура воды в емкости 20^oC. Замеряют время разрушения пленки нефти. Для сравнения одновременно проводят в тех же условиях испытание известного сорбента, изготовленного согласно изобретения-прототипа. Составы по примерам 1-6 приведены в таблице 1, 2. Результаты сравнительных испытаний даны в таблице 3.

Из представленных в таблице 3 результатов видно, что сорбент, согласно данному изобретению в 3-5 раз более эффективен, чем известный. Причем эффективность сорбента возрастает по мере снижения температуры среды, в которой он эксплуатируется, поскольку его показатели эффективности практически не зависят от этой температуры, а у известного - ухудшаются.

Характеристики полученного сорбента, названного "Маскат", следующие: внешний вид - твердые гранулы 3-5 мм в диаметре, цвет - серый, водородный показатель 1% водной суспензии 6-8;
Флотационная способность 60-90% массы;
Объемный вес (кг/куб.м) - 140-160;
Снижение межфазного натяжения вода-нефть (эрг/см) - 1,5-2
Поглощение нефти с поверхности воды (кг нефти/кг сорбента) - 1,8-3,4
Относительная гидрофобность (%) - 30-90
Плавательная способность - 25-75
Биодиструктивная способность в морской воде (кг нефти/кг сорбента за 5-7 суток) - 1,5-3,2
Таким образом удалось получить сорбент, после применения которого в природной системе не остается чужеродных ингредиентов антропогенного происхождения.

Практическая апробация полученного сорбента проведена при ликвидации результатов разлива дизтоплива и мазута на почве, ликвидации аварийного разлива нефти в Финском заливе и Ладожском озере, и т.д. Как показали результаты апробации, описываемый биосорбент имеет каскадный эффект действия.

1. Освобождение 80-90% поверхности воды от нефти, удержание нефти от растекания, восстановление кислородного баланса. Это достигается в первые 10-30 мин применения, что дает возможность запустить основные природные механизмы очистки, в существенной степени зависящие от восстановления кислородного баланса, блокируемого слоем нефти.

2. Сорбция нефтепродуктов за 1-6 часов в зависимости от количества и типа нефти.

3. Активация природных биологических и физико-химических механизмов самоочищения и микробиологическое разрушение углеводородов нефтяного происхождения. При этом более 85% основных фракций нефти выводятся из экосистемы при температурах от -1 до +50^oC за время от 2 суток до 4 недель.

Количество применяемого сорбента зависит от характера загрязнения и температуры; в среднем используются от 50 до 150 г на 1 м² загрязненной поверхности. Одной тонны сорбента достаточно для очистки системы от 8-12 т нефтепродуктов.

Применение сорбента согласно изобретения позволит значительно повысить эффективность очистки окружающей среды от неожиданных разливов нефтепродуктов и улучшить экологическую обстановку в целом.

Формула изобретения

1. Сорбент для очистки природных вод и почвы от нефтяных загрязнений "Москат", содержащий алюмосиликатный носитель и микроорганизмы рода RHODOCOCCUS SP. , отличающийся тем, что в качестве носителя он содержит термообработанные перлит или вермикулит, дополнительно содержит аммиачную селитру и суперфосфат, в качестве микроорганизмов RHODOCOCCUS SP. штамм N 30 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Микроорганизмы RHODOCOCCUS SP. штамм N 30 - 4 - 5
Суперфосфат - 0,8 - 1,2
Аммиачная селитра - 0,8 - 1,2
Термообработанные перлит или вермикулит - Остальное
2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что он содержит перлит или вермикулит, имеющие в составе, мас.%:
Al₂O₃ - 12 - 15
MgO - 13 - 14
K₂O + Na₂O - 2 - 6
CaO - 1 - 3
H₂O - 2 - 4
SiO₂ - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1