Способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами

 

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями почвы нефтью и нефтепродуктами при помощи микроорганизмов, в особенности при высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов при наличии солей тяжелых металлов. Способ предусматривает введение в загрязненную среду суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие бактерии. Водную суспензию биопрепарата готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1•10⁸-1•10¹² кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м³ на 1 м³ суспензии в течение 1,5-2,5 ч. В качестве биопрепарата используют консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ky-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении от 3-12 мас.% каждого микроорганизма, совместно с суспензией биопрепарата в загрязненную среду вводят ризоторфин в количестве 30-120 г/м². Способ позволяет эффективно уничтожать нефтезагрязнения в присутствии солей тяжелых металлов.

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями почвы нефтью и нефтепродуктами при помощи микроорганизмов, в особенности при высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов при наличии солей тяжелых металлов.

Известен способ очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду микроорганизмов в виде суспензии в питательной среде, содержащей источники азота, фосфора, калия и воду; в качестве микроорганизмов используют консорциум бактериальных штаммов Acenitobacter oleovorum ЦМПМ В-1878 и Acenitobacter oleovorum ВКПМ У-4091 в соотношении 10:1-1:10 по титру клеток, см., патент Российской Федерации 2038333 по кл. С 02 F 3/34, от 04.12.92.

Для адаптации практически всех нефтеокисляющих микроорганизмов после внесения их в очищаемую среду требуется значительное время, как правило 1-2 месяца.

Это обусловлено резким изменением условий их жизнедеятельности, как биотических, так и абиотических. В изменившихся условиях должны адекватно активироваться ферментные системы микроорганизмов, обеспечивающие клетку питанием и энергией. Процесс адаптации микроорганизмов к новым условиям жизнедеятельности существенно увеличивает общее время, необходимое для эффективной очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов.

Эти же недостатки присущи способу очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов, предусматривающему внесение в очищаемую среду микроорганизмов Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ В-6728 и Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ В-6726, или Acenitobacter valentis subspecies paraffinium ВКПМ B-6727 при температуре среды 10-50^oС и рН=5,5-8,5, см. патент РФ 2053204, по кл. С 02 F 3/34 от 12.04.94 г.

Известен также способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду водной суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие бактерии, водную суспензию готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1•10⁸-1•10¹² кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м³ на 1 м³ суспензии в течение 1,5-2,5 часов, см. патент РФ 2108426 от 07.06.96. При барботировании происходит активация ферментных систем микроорганизмов как за счет действия кислорода воздуха, так и вследствие механического воздействия. Благодаря активации нефтеокисляющих микроорганизмов значительно (на 1-2 месяца) сокращается период их адаптации при внесении в очищаемую среду.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения. Недостатком данного способа является низкая эффективность при высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов при наличии солей тяжелых металлов.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания более эффективного способа очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами при высокой концентрации высококонденсированных ароматических углеводородов при наличии солей тяжелых металлов.

Согласно изобретению данная задача решается за счет того, что в способе очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающем введение в загрязненную среду суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие бактерии, при этом водную суспензию биопрепарата готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1•10⁸-1•10¹² кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м³ на 1 м³ суспензии в течение 1,5-2,5 часов, а в качестве биопрепарата используют консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ку-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении от 3-12 мас.% каждого микроорганизма, при этом совместно с суспензией биопрепарата в загрязненную среду вводят ризоторфин в количестве 30-120 г/м².

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения заявленный способ приобретает важное новое свойство, которое состоит в том, что микроорганизмы Pseudomonas putida ПИ Ко-1 и Pseudomonas fluorescens ПИ-896, будучи активными деструкторами углеводородных загрязнений в условиях повышенных концентраций солей тяжелых металлов и поликонденсированных ароматических углеводородов, способствуют активации деструктивной активности других входящих в состав консорциума микроорганизмов; при этом дополнительное введение ризоторфина обогащает природный биоценоз азотофиксирующими микроорганизмами, что обеспечивает существенное повышение биологической активности как природных микроорганизмов-деструкторов, находящихся в загрязненной среде, так и микроорганизмов, входящих в консорциум.

Заявителю неизвестны какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о техническом решении, адекватном заявленным отличиям и предусматривающем достижение описанных выше новых свойств (технического результата). Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Характеристика ризоторфина.

Ризоторфин - землеудобрительный препарат азотфиксирующих микроорганизмов, повышающий содержание азота в почве, предназначенный для замены химических азотных удобрений, повышения болезнеустойчивости и урожайности сельскохозяйственных растений ("Каталог средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторов роста, разрешенных для применения в сельском хозяйстве". М., 2001) Пример 1.

Применен биопрепарат, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов: Pseudomonas putida ПИ Ko-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ky-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении по 3 мас.% каждого микроорганизма. Указанные штаммы зарегистрированы в коллекции Всероссийского института защиты растений КМЗР ВИЗР-760.

Наполнителем биопрепарата служит стерильный торф. В качестве минеральной добавки использованы диаммофос, 1 мас.%, и карбамид, 0,5 мас.%.

Штамм Pseudomonas putida ПИ Ko-1 - мелкие короткие палочки, размеры (0,2-0,3)•(0,5-0,8) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слабовыпуклые, полупрозрачные, бесцветные, диаметром 3-5 мм.

Штамм Pseudomonas fluorescens ПИ-896 - мелкие короткие палочки, размеры: (0,1-0,4)•(0,6-0,7) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слегка приподнятые в центре, желтоватые, полупрозрачные, диаметром 4-6 мм.

Штамм Micrococcus species ПИ Ky-1 - кокки, диаметром 0,6-1,0 мкм; колонии штамма круглые, с ровным краем, желтого цвета, непрозрачные, гладкие, блестящие, диаметром 2-5 мм.

Штамм Burkholderia caryophylli Jap-3 - подвижные прямые палочки размером 0,8-0,9•0,9-2; 1,5•1,5 мкм, расположенные одиночно и скоплениями. На стандартных питательных средах (МПА, BBL, Becton Dickinson) образует круглые колонии 2 мм в диаметре, выпуклые, гладкие, блестящие, слизистые, края ровные, белые, непрозрачные.

Штамм Serratia odorifera Jap-1 - прямые подвижные с перитрихиальным жгутикованием палочки, споры не образующие, 0,6-0,8•1,5-3,0 мкм. На стандартных питательных средах (МПА, BBL, Becton Dickinson) образует круглые колонии 2 мм в диаметре, выпуклые, гладкие, блестящие, кремовые.

В емкости из нержавеющей стали вместимостью 2 м³, содержащей воду с минеральными добавками, разводят биопрепарат в концентрации 0,5 г/л, при этом получают суспензию с титром 1•10⁸ кл/мл. Затем осуществляют барботирование полученной суспензии путем подачи воздуха от компрессора под давлением 2 атм в течение 1,5 часа. Расход воздуха - 5 м³ на 1 м³ суспензии биопрепарата. При этом поддерживают температуру суспензии 18-22^oС.

После завершения процесса барботирования в емкость вносят биопрепарат ризоторфин из расчета 50 г/л суспензии и перемешивают для получения гомогенной суспензии. Полученный таким образом препарат был внесен в почву на глубину до 20 см, содержащую нефтепродукты в количестве 12 г/кг грунта, включающие значительное количество поликонденсированных ароматических углеводородов. Сумма ароматических соединений составляла 17,9 мас. %, в том числе производных пирена с изомерами - 0,6 мас.%. Содержание растворимых солей свинца составляло 340 мкг/кг (ПДК=6,0 мкг/кг), меди - 240 мкг/кг (ПДК=3,0 мкг/кг). Дополнительно было внесено соответствующее количество минеральных удобрений (источников азота, фосфора и калия), путем пролива водной суспензии при норме расхода 1 л на 1 м² загрязненной почвы, общей площадью 200 м² с рН 7,8. В течение эксперимента дневная температура была 12-24^oС. Через 90 дней суммарная концентрация нефтепродуктов уменьшилась на 82%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 75%, в том числе производных пирена с изомерами - до 0,3 мас.%. На контрольном участке, обработанном при прочих равных условиях тем же количеством биопрепарата, но не содержащих дополнительно штаммов Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 и биопрепарата ризоторфина, концентрация нефтепродуктов снизилась лишь на 56%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 23%, а содержание производных пирена с изомерами не изменилось.

Пример 2.

Применен биопрепарат, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов: Pseudomonas putida ПИ Ko-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ky-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении по 8 мас.% каждого микроорганизма. Наполнителем биопрепарата служил стерильный торф. В качестве минеральной добавки использованы диаммофос, 1,5 мас.%, и карбамид, 1,5 мас.%.

Биопрепарат разводили в содержащей воду с минеральными добавками емкости из нержавеющей стали вместимостью 2 м³, в концентрации 5 г/л, при этом получали суспензию с титром 1•10⁹ кл/мл. Затем осуществляли барботирование полученной суспензии путем подачи воздуха от компрессора под давлением 2 атм в течение 2,5 часа. Расход воздуха - 4 м³ на 1 м³ суспензии биопрепарата. При этом поддерживали температуру суспензии 18-20^oС.

После завершения процесса барботирования в емкость вносили биопрепарат ризоторфин из расчета 90 г/л суспензии и перемешивали для получения гомогенной суспензии. Полученный таким образом препарат был внесен в почву на глубину до 30 см, содержащую нефтепродукты в количестве 18 г/кг грунта. Сумма ароматических соединений составляла 17,9 мас. %, в том числе производных антрацена и фенантрена - 1,86 мас.%. Содержание растворимых солей марганца составляло 410 мкг/кг (ПДК=100 мкг/кг), меди - 250 мкг/кг (ПДК=3 мкг/кг). Дополнительно было внесено соответствующее количество минеральных удобрений (источников азота, фосфора и калия), путем пролива водной суспензии при норме расхода 1 л на 1 м² загрязненной почвы, общей площадью 200 м² с рН 7,0. В течение эксперимента дневная температура была 15-24^oС. Через 90 дней суммарная концентрация нефтепродуктов уменьшилась на 87%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 70%, в том числе производных антрацена и фенантрена - до 0,95 мас.%. На контрольном участке, обработанном при прочих равных условиях тем же количеством биопрепарата, но не содержащих дополнительно штаммов Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 и биопрепарата ризоторфина, концентрация нефтепродуктов снизилась лишь на 40%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 13%, а содержание производных антрацена и фенантрена не изменилось.

Пример 3.

Применен биопрепарат, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов: Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ку-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении по 12 мас.% каждого микроорганизма. Наполнителем биопрепарата служил стерильный аэросил. В качестве минеральной добавки использованы диаммофос, 1,0 мас.%, и карбамид, 2,0 мас.%.

Биопрепарат разводили в содержащей воду с минеральными добавками емкости из нержавеющей стали вместимостью 2 м³, в концентрации 10 г/л, при этом получали суспензию с титром 5•10⁹ кл/мл. Затем осуществляли барботирование полученной суспензии путем подачи воздуха от компрессора под давлением 2 атм в течение 2,0 часа. Расход воздуха - 5 м³ на 1 м³ суспензии биопрепарата. При этом поддерживали температуру суспензии 18-22^oС.

После завершения процесса барботирования в емкость вносили биопрепарат ризоторфин из расчета 120 г/л суспензии и перемешивали для получения гомогенной суспензии. Полученный таким образом препарат был внесен в почву на глубину до 20 см, содержащую нефтепродукты в количестве 25 г/кг грунта. Сумма ароматических соединений составляла 16,9 мас.%, в том числе производных антрацена и фенантрена - 2,0 мас.%. Содержание растворимых солей свинца составляло 300 мкг/г (ПДК=6 мкг/кг), марганца - 400 мкг/кг (ПДК=100 мкг/кг), меди - 220 мкг/кг (ПДК=3 мкг/кг). Дополнительно было внесено соответствующее количество минеральных удобрений (источников азота, фосфора и калия), путем пролива водной суспензии при норме расхода 1 л на 1 м² загрязненной почвы, общей площадью 300 м² с рН 7,8. В течение эксперимента дневная температура была 15-22^oС. Через 90 дней суммарная концентрация нефтепродуктов уменьшилась на 90%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 76%, в том числе производных антрацена и фенантрена - до 0,85 мас.%. На контрольном участке, обработанном при прочих равных условиях тем же количеством биопрепарата, но не содержащих дополнительно штаммов Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 и биопрепарата ризоторфина, концентрация нефтепродуктов снизилась лишь на 34%, поликонденсированных ароматических углеводородов - на 11,3%, а содержание производных антрацена и фенантрена не изменилось.

Предложенный способ позволяет значительно сократить общее время, необходимое для очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами за счет уменьшения времени адаптации нефтеокисляющих микроорганизмов после внесения их в очищаемую среду. Для реализации способа использовано обычное оборудование, удобрения, которые производятся промышленным путем.

Формула изобретения

Способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду суспензии биопрепарата, содержащего нефтеокисляющие бактерии, при этом водную суспензию биопрепарата готовят в концентрации 0,5-10,0 г/л с титром 1•10⁸-1•10¹² кл/мл, после чего активируют нефтеокисляющие микроорганизмы путем барботирования водной суспензии биопрепарата воздухом с расходом 3-5 м³ на 1 м³ суспензии в течение 1,5-2,5 ч, отличающийся тем, что в качестве биопрепарата используют консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896, Micrococcus sp. ПИ Ку-1, Burkholderia caryophylli Jap-3, Serratia odorifera Jap-1 при весовом соотношении от 3-12 мас.% каждого микроорганизма, при этом совместно с суспензией биопрепарата в загрязненную среду вводят ризоторфин в количестве 30-120 г/м².