Препарат для очистки почвы и водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями объектов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами с использованием грибковых микроорганизмов и может быть использовано, например, при ликвидации последствий нефтяных разливов. Препарат для очистки почвы и водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов включает торфяной наполнитель, нефтеразрушающие микроорганизмы и воду, при этом, он дополнительно содержит сахарозу, в качестве нефтеразрушающих микроорганизмов содержит штамм гриба Aspergillus niger S-1, а в качестве торфяного наполнителя нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф при содержании компонентов, мас.%: нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф - 94,9-95,3, штамм гриба Aspergillus niger S-1 - 0,07-0,08, сахароза - 0,044-0,047, вода - остальное. Изобретение позволяет интенсифицировать процессы микробиологической деградации нефтяных углеводородов. 1 табл.

 

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями объектов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами с использованием грибковых микроорганизмов и может быть использовано, например, при ликвидации последствий нефтяных разливов.

Из уровня техники известен штамм гриба Aspergillus species H1, используемый для очистки воды от плавающей нефти и нефтепродуктов (RU, п.2064500, C 12 N 1/14, C 02 F 3/34).

Данный штамм не токсичен, способен к самопроизводству, развивается из посевного материала на минеральной среде, используя в качестве источников углерода углеводороды нефти и нефтепродукты, долго держится на поверхности воды, образует прочную и легко удаляемую пленку.

Наряду с указанными положительными качествами данный штамм имеет и существенные недостатки. Штамм развивается в зоне «вода-воздух» и поэтому очистка от загрязнений производится лишь на поверхности воды. В то же время в отсутствие адсорбирующего вещества нефтяные углеводороды частично растворяются в воде, а частично оседают на дно.

Известен препарат для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов, содержащий органический субстрат в виде целлюлозного носителя, покрытого слоем сорбирующего вещества, бактерии из рода Mycobacterium или Rhodococcus, тиомочевину и сахарозу (RU, п.2191753, C 02 F 3/34, В 09 С 1/10).

Недостатком данного препарата является то, что сам по себе органический носитель и сорбирующее вещество не обладают сорбирующей способностью по отношению к нефти, а сорбирующее вещество к тому же предназначено только для иммобилизации клеток микроорганизмов. Кроме того, для жизнедеятельности бактерий у них повышена потребность в минеральных добавках.

Известен способ очистки поверхностей от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с использованием термообработанного до насыпной плотности 0,09 г/см³ и содержащего гуминовые кислоты в количестве 20-30 мас.% торфа, нанесенного ровным слоем на загрязненную поверхность с последующим нанесением на торф водной суспензии из угле-водороддеградирующих бактерий из рода Rhodococcus, солей азота, фосфора, калия и воды (RU, п.2104103, В 09 С 1/10, C 02 N 1/20).

Необходимость проведения очистки в два этапа значительно усложняет процесс очистки. Нанесение же составляющих компонентов в один этап невозможно, поскольку не гарантирована длительность выживания бактерий, так как торф обладает антибактериальными свойствами. Кроме того, данный способ позволяет локализовать только очаг загрязнения, не удаляя соединения углеводородов из почвенного слоя, а для водных сред этот способ вообще не приемлем.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является биопрепарат для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов, содержащий консорциум мезофильных бактериальных штаммов из рода Pseudomonas, консорциум психрофильных бактериальных штаммов из рода Pseudomonas, торфяной наполнитель в виде стерильного торфа и питательные минеральные добавки - азот, фосфор, калий (RU, п.2138451, C 02 F 3/34, В 09 С 1/10).

Недостатком данного решения, как и предыдущего по п.2104103, является необходимость операции стерилизации торфа, поскольку в условиях нестерильного торфа нет гарантии в длительности выживания вносимых бактерий из-за его антибактериального действия. При стерилизации торфа аборигенные микроорганизмы погибают, в результате чего в процессе деградации нефти и нефтепродуктов участвуют в основном культурные (аллохтонные) микроорганизмы, для поддержания жизнедеятельности которых требуются разнообразные активирующие добавки в виде солей азота, фосфора, калия, то есть необходимо многообразие компонентов в препарате.

Техническим результатом настоящего изобретения является интенсификация процессов микробиологической деградации нефтяных углеводородов за счет высокой выживаемости внесенной культуры микроорганизмов в условиях нестерильного торфа, участия в процессе деградации аборигенных микроорганизмов, а также действия микромицета, основанного на двух взаимосвязанных процессах - сорбции и биодеструкции нефти и нефтепродуктов.

Технический результат достигается тем, что препарат для очистки почвы и водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов включает торфяной наполнитель, нефтеразрушающие микроорганизмы и воду, при этом он дополнительно содержит сахарозу, в качестве нефтеразрушающих микроорганизмов содержит штамм гриба Aspergillus niger S-1, a в качестве торфяного наполнителя нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф при содержании компонентов, мас.%:

Нестерильные верховой сфагновый мох
или верховой слаборазложившийся сфагновый торф	94,9-95,3
Штамм гриба Aspergillus niger S-1	0,07-0,08
Сахароза	0,044-0,047
Вода	Остальное

Согласно изобретению в состав препарата входит штамм гриба Aspergillus niger S-1, выделенный из воды, отобранной в районе поселка Пригородное Корсаковского района Сахалинской области (р-н с хроническим загрязнением воды нефтью).

Метод выделения: метод накопительной культуры с нефтью и дальнейшие пассажи на агаризованной среде Раймонда с нефтью.

Морфологические признаки: на среде № 1 и агаре Чапека-Докса образует быстрорастущие колонии с обильным белым мицелием, обратная сторона колонии неокрашенная. Мицелий разветвленный, септированный. Спороношение обильное, черное. Конидии шаровидные. Конидиеносцы толстостенные, гладкие с шаровидным вздутием.

Физиологические признаки: в качестве источника углерода утилизирует сахарозу, глюкозу, фруктозу, слабо расщепляет крахмал; обладает каталозной и полифенолоксидазной активностью; не сбраживает лактозу, раммозу, аробинозу.

Потребность в кислороде - аэробная культура.

Отношение к температуре - мезофильная культура (20-27°С).

Отношение к рН среды - активно развивается в периодической культуре в диапазоне рН 4-7.

Среды, обеспечивающие рост культуры - среда Чапека-Докса, крахмало-аммиачный агар, среда № 2 (агар Сабуро).

Характер рост - при развитии в стационарных условиях образует полверхностную пленку с активным спороношением, при глубинном культивировании образует шарообразные колонии.

Условия культивирования для получения препарата: среда Чапека-Докса; концентрация растворенного кислорода 8,5-10 мг/дм³ (или скорость перемешивания на качалке 160 об/мин); температура 24-27°С; рН среды от 6 до 7; хранение маточной культуры на среде №2 на скошенном агаре.

Уровень активности: утилизирует (в составе препарата) 25-30% нефти при концентрации нефти 4 мм/л в течение 7 суток в стационарных условиях; концентрирует мицелий от 50 до 70% нефти. Способен расти на водной минеральной среде в присутствии нефти, образует пленку на поверхности водной среды, развивается 3 мин. в среде с углеводородами при содержании NaCl 2-5%.

Хранится в коллекции лаборатории экологической биотехнологии Института Водных и Экологических Проблем ДВО РАН.

Идентификацию проводили по Егоровой Л.Н. Почвенные грибы Дальнего Востока. Гифомицеты. - Л.: Наука, 1986, 192 с.

Штамм гриба Aspergillus niger S-1 не является антагонистом для нефтеразрушающих бактерий, присутствующих в природных водах и почвах, то есть не препятствует процессу деградации нефти с участием аборигенных микроорганизмов, обитающих в загрязненных водах или почве. Штамм выживает в условиях нестерильного торфа, имеющего высокую степень обсемененности аборигенными бактериями и грибами за счет мощного ферментного аппарата.

Нестерильные верховой сфагновый мох и верховой слаборазложившийся сфагновый торф, используемые в качестве наполнителя, имея свойства и волокнисто-пористую структуру, идентичные свойствам и структуре мха и торфа в живом виде, играют роль не только сорбента для нефти и нефтепродуктов, но и являются основой для прикрепления и иммобилизации клеток микроорганизмов, как аборигенных (грибов и бактерий), так и внесенных культурных микроорганизмов. Процессы сорбции при этом препятствуют проникновению нефти в глубинные слои почвы или воды и «сближают» микромицет и нефтепродукты с образованием устойчивого конгломерата «нефть-сорбент», подлежащего извлечению из места разлива и утилизации.

Кроме того, волокнисто-пористая структура используемого наполнителя аккумулирует в своих порах влагу и кислород, что улучшает аэрацию очищаемой загрязненной поверхности и создает благоприятные условия для деструктивной деятельности всех присутствующих микроорганизмов.

Именно в этом классе мхов и торфов имеется наибольшее количество биологически активных веществ, среди которых важное значение имеют аминокислоты, представленные в разнообразии, - это аргинин, гистидин, лизин, глютаминовая кислота, аланин, триптофан. Указанных биологических активных веществ и введенного количества стабилизирующей добавки для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов сахарозы достаточно для выживаемости действующих микроорганизмов, как внесенных, так и аборигенных, способных активизировать процесс разрушения нефтяных углеводородов до полной их деградации.

Препарат изготавливают следующим образом.

Пример 1.

Выращивают чистую культуру микроорганизма на скошенном агаре (среда № 2). Делают смыв спор со скошенного агара в жидкую среду Чапека-Докса (объем среды 500-1000 мл), содержащую 1% сахарозы. Инкубируют микромицет с поддержанием основных параметров культивирования (температура 24-28°, рН 6-7 и скорость перемешивания 160 об/мин) в течение 3-4-х суток. Получают посевной материал.

С целью увеличения количества посевного материала полученную суспензию 50 л переносят в ферментер, 50 л среды Чапека-Докса, содержащей 1% сахарозы, инкубируют в течение 3-4-х суток с поддержанием тех же условий инкубирования.

Содержание микромицета в полученной суспензии не менее 16 млг/мл из расчета по сухому весу.

В полученную концентрированную суспензию микромицета 50 л вносят 1% сахарозы (0,047 мас.%) и смешивают с 1 т (95,1 мас.%) верхового слаборазложившегося сфагнового торфа со степенью разложения 5-10% и влажностью 15-20%, выдерживают в герметичных емкостях, например в пластиковых пакетах, двое суток. По истечении этого срока количество микромицета в полученном объеме препарата не менее 850 г (0,08 мас.%) сухого веса плюс аборигенные грибы и бактерии торфяного наполнителя. Далее готовый продукт закладывают в полиэтиленовые пакеты весом 30-50 кг.

Пример 2.

Препарат готовят по примеру 1, только в качестве торфяного наполнителя используют нестерильный верховой сфагновый мох в количестве 94,9 мас.%, сахарозу - 0,045 мас.%, штамм гриба Aspergillus niger S-1 - 0,079 мас.%, вода - остальное.

Пример 3.

Препарат готовят по примеру 1 с использованием исходных компонентов при следующем их соотношении, мас.%:

Нестерильный верховой сфагновый мох	95,32
Сахароза	0,045
Штамм гриба Aspergillus niger S-1	0,08
Вода	Остальное

Результаты испытаний полученных препаратов даны в таблице.

Все компоненты препарата легко перемешиваются, поэтому его можно приготовить как в условиях промышленного производства с последующей транспортировкой к месту назначения, так и непосредственно перед применением.

Готовый препарат может быть использован как для очистки загрязненных водоемов, так и загрязненных почв. При этом, в сточных водах и на загрязненных почвах можно собрать очищенный слой с помощью различных сборочных средств с целью утилизации его для изготовления, например, пористого асфальта и топливных брикетов.

В проточных водах при отсутствии возможности сбора можно оставить очищенный слой, не нарушая при этом экологическую обстановку, поскольку процесс жизнедеятельности культурных и аборигенных микроорганизмов продолжается до полной деградации нефти за счет продуктов биоразложения нефтяных загрязнений, использующихся в качестве углеводородного питания.

Заявляемый препарат, в состав которого входит штамм гриба Aspergillus niger S-1, способный выживать в условиях нестерильного торфа и не являющийся антагонистом для аборигенных микроорганизмов, в результате чего при очистке загрязненных нефтью и нефтепродуктами почвы и воды работают жизнедеятельные как внесенные микроорганизмы, так и аборигенные, осуществляющие интенсивную и полную микробиологическую деградацию нефти и нефтепродуктов, обеспечит, по мнению автора, успешное промышленное применение препарата.

Таблица Количество нефти, выделенной в ходе экстракции гексаном, после 14 суток культивирования микромицета Aspergillus niger S-1
Начальная концентрация нефти 0,4 мл/100 мл (0,4%); торфа 0,1 г
Вариант	Количество нефти, (% от исходного)
Стерильный торф	Нестерильный торф
Торф без Aspergillus niger S-1	49	41
Торф + Aspergillus niger S-1 + сахароза
Соотношение компонентов по:
Примеру 1	23	14
Примеру 2	23	14,1
Примеру 3	22	14

Препарат для очистки почвы и водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов, включающий торфяной наполнитель, нефтеразрушающие микроорганизмы и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сахарозу, в качестве нефтеразрушающих микроорганизмов содержит штамм гриба Aspergillus niger S-1, а в качестве торфяного наполнителя нестерильные верховой сфагновый мох или верховой слаборазложившийся сфагновый торф при содержании компонентов, мас.%:

Нестерильные верховой сфагновый мох
или верховой слаборазложившийся сфагновый торф	94,9-95,3
Штамм гриба Aspergillus niger S-1	0,07-0,08
Сахароза	0,044-0,047
Вода	Остальное