Способ очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов. Осуществляют последовательное распыление на загрязненную водную поверхность нефтяного гидрофобного сорбента на основе торфа, затем биопрепарата. Биопрепарат представляет собой консорциум культур микроорганизмов бактерий Rhodococcus equi P-72-00, зеленых микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer, а также дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 М и/или мицелиального гриба Trichoderma lignorum F-98, взятых в эффективном количестве. Способ позволяет снижать содержание нефтеуглеводородов за 90 суток на 56-91% в воде и на 25-49% в сорбенте при загрязнении нефтью, а также на 70-74% в воде и на 91-95% в сорбенте при загрязнении водорастворимыми токсичными нефтеуглеводородами. 3 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано при ликвидации нефтяных загрязнений в местах разливов нефти и нефтепродуктов при добыче, транспортировке и хранении, а также в труднодоступных и заболоченных районах Севера.

Известен способ очистки водоемов от нефти органоминеральным нефтяным сорбентом "СОРБОНАФТ" (ТУ 0392-001-55763877-2003). Сорбент получен способом, описанным в патенте RU 2214859. Основным недостатком этого способа является неполная очистка вод - очищается только поверхность водоемов, но практически не очищается толща воды от растворенных углеводородов и не производится очистка донных отложений, т.к. сорбент, насыщенный нефтью, теряет гидрофобность. Кроме того, существует необходимость утилизации адсорбированной нефти и нефтепродуктов, что приводит к накоплению отходов.

Наиболее близким является способ очистки водоемов биосорбентом (патент RU 2318736), состоящим из гидрофобного сорбента на основе торфа и иммобилизованного в сорбент бактериально-дрожжевого консорциума штаммов микроорганизмов бактерий Rhodococcus erythropolis HK-16, и/или Arthrobacter sp.HK-15, и/или дрожжевого гриба Candida lipolytica КБП-3308, и/или Candida guilliermondii КБП-3175, и/или Pichia guilliermondii КБП-3205. Недостатком данного способа является недостаточная эффективность (утилизация сорбированной нефти на 30-41% при исходном содержании нефтезагрязнения 46%) и снижение гидрофобных свойств сорбента, т.к. из-за обогащения сорбента микроорганизмами общая площадь поверхности контакта сорбента с поллютантом и поглотительная способность снижены.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности способа очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов, в котором наиболее полно использованы поглотительные свойства сорбента и биологическая очистка микроорганизмами. Предлагаемый способ позволяет производить очистку водных сред как от нефти, локализованной на водной поверхности, так и растворенных в воде и осевших на дно нефтяных углеводородов.

Технический результат достигается тем, что способ очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов включает последовательное распыление на загрязненную водную поверхность нефтяного гидрофобного сорбента на основе торфа, затем биопрепарата представляющего собой консорциум штаммов микроорганизмов бактерий Rhodococcus eqvi P-72-00, микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer, а также дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 M и/или мицелиального гриба Trichoderma lignorum F98, взятых в эффективном качестве и количестве.

Способ очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов с применением комплексного биопрепарата в присутствии гидрофобного сорбента на основе торфа отличается от ближайшего аналога составом консорциума микроорганизмов применяемого биопрепарата, а также отсутствием перед применением процесса иммобилизации. Сорбционные свойства применяемого гидрофобного сорбента на основе торфа, не загруженного предварительной иммобилизацией микроорганизмов и не изменившего в процессе дополнительной обработки свои характеристики (нефтеемкость и плавучесть), оказываются выше, чем в биосорбенте-аналоге, по нефтеемкости, гидрофобным свойствам и содержанию поглощенных нефтеуглеводородов.

Способ очистки с применением микроорганизмов, получение биомассы которых пригодно в крупномасштабном производстве, и гидрофобного сорбента на основе торфа может осуществляться как на промышленных, так и на природных объектах в загрязненных труднодоступных и заболоченных районах Крайнего Севера.

Используемые культуры микроорганизмов: бактериальная - штамм Rhodococcus eqvi P-72-00, депонированный в ФГУН ГНЦ ВБ «ВЕКТОР» под регистрационным номером В-1117 (справка о депонировании №2705 от 18.11.2005); дрожжевая - штамм дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 M, депонированный в ФГУН ГНЦ ВБ «Вектор» под регистрационным номером Y-1112 (справка о депонировании №2205 от 18.11.2005); грибная культура - штамм мицеллиального гриба Trichoderma lignorum (синоним Trichoderma viride) ВКПМ F98 с паспортом, зарегистрированным в Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов; культура зеленых микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer находится в лаборатории Радиоэкологии Института биологии Коми научного центра УрО РАН. Микроорганизмы, входящие в биопрепарат, и их консорциумы характеризуются как экологически нетоксичные.

Используемые культуры бактерий Rhodococcus eqvi и дрожжей Rhodotorula glutinis избирательны в отношении биодеградации углеводородов разных классов (Маганов, Маркарова, Муляк и др., 2006: Природоохранные работы на предприятиях нефтегазового комплекса. Часть 1. Рекультивация загрязненных нефтью земель в Усинском районе Республики Коми. - Сыктывкар, 2006. - 208 с.). Бактерии Rhodococcus eqvi относятся к липофильным микроорганизмам, которые за счет вырабатывания биосюрфактантов (поверхностно-активных веществ) способны развиваться непосредственно в нефтяной пленке. Дрожжевой гриб Rhodotorula glutinis имеет отличный от бактериального путь энзиматической биодеградации углеводородов, поэтому в сочетании с бактериальной культурой более полно разлагает нефтяные углеводороды. Штамм Trichoderma lignorum (синоним Trichoderma viride) F98 относится к целлюлозолитическим микромицетам, но при абсорбционном способе питания именно в сочетании с бактериальной культурой проявляет нефтедеструктивную активность, являясь матрицей для бактериальных клеток. Термофильная культура одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris Beijer отличается очень высокой экологической пластичностью к антропогенным факторам (перепадам рН, температуры и содержанию минеральных солей в воде), выполняет функцию ассимиляции кислорода в зону окисления углеводородов, применяется в ассоциации микроорганизмов, т.к. культура наиболее адаптирована к стрессовым условиям водного загрязнения. Концентрация жизнеспособных аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов в биопрепарате не менее 5·10^7-9 кл/мл достаточна для его эффективного применения.

Культуральные, морфологические и физиолого-биохимические характеристики микроорганизмов обоснованы паспортными и идентификационными данными.

Пример 1. Получение биопрепарата.

Монокультуры аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов накапливали глубинным культивированием на индивидуальной питательной среде при контроле и соблюдении оптимальных параметров культивирования.

Среда Чапека (Rhodococcus eqvi P-72-00):10,0 г сахарозы; КН2РO4 - 1,0; NaNO3 - 3,0; KCl - 0,5; MgSO4·7H2O - 0,5; FeSO4.7H2O - 0,01; 0,05% ДТ.

Среда Ридер (Rhodotorula glutinis 2-4 M):10,0 г сахарозы; (NH4)2SO4 - 3,0 г;

MgSO4·7H2O - 0.7 г; NaCl - 0,5 г; КН2РO4 - 1.0 г; К2НРO4 - 0.1 г; Ca(NO3)2 - 0,4 г; 0,05% ДТ.

Среда Кнопа (Trichoderma lignorum F98):10,0 г сахарозы, Ca(NO3)2·4Н2O - 1.44;

KNO3 - 0,25; KCl - 0,12; KH2PO4 - 0,25; MgSO4·7H2O - 0,51; 0,05% ДТ

Среда Тамия (Chlorella vulgaris Beijer) г/л: KNO3 - 5.0; MgSO4×7H2O - 2,5;

KH2PO4×3H2O - 1,25; FeSO4 - 0,003 (при естественном освещении).

Накопительные культуры штаммов микроорганизмов после глубинного культивирования содержат монокультуры бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов в концентрации не менее 1·10^9-10 КОЕ/мл или биомассу микроорганизмов 3-6 г/л. Накопительную культуру зеленых водорослей Chlorella vulgaris Beijer после культивирования концентрировали центрифугированием при 2000 об/мин с показателями по биомассе не менее 3 г/л. Препараты хранятся при температуре не выше 6°С в течение 1,5 месяца либо в замороженном виде. Перед применением штаммы микроорганизмов смешивают в консорциум в зависимости от условий и загрязняющих факторов. Расход смешанного биопрепарата - не менее 10 л на тонну очищаемой воды при нефтезагрязнении сорбента до 75%, а также 1% водорастворимых нефтяных углеводородов (нефтепродуктов) от объема воды.

Пример 2. Очистку воды от нефтеуглеводородов (НУГВ) в присутствии гидрофобного сорбента на основе торфа осуществляли тремя составами комплексного биопрепарата. Биопрепарат 1 представляет собой консорциум культур микроорганизмов бактерий Rhodococcus eqvi Р-72-00, дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 М и микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer при соотношении биомасс 1:1:1. Биопрепат 2 - консорциум культур микроорганизмов бактерий Rhodococcus eqvi Р-72-00, мицелиального гриба Trichoderma lignorum F98 и микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer при соотношении биомасс 1:1:1. Биопрепат 3 - консорциум культур микроорганизмов бактерий Rhodococcus eqvi Р-72-00, дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 М, мицелиального гриба Trichoderma lignorum F98 и микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer при соотношении биомасс 1:1:1:1. Для получения микробной массы штаммы культур бактерий и грибов отбирали на ранней стационарной фазе с титром: бактерии - 1,2·10¹⁰, дрожжи - 1·10⁹, мицелиальный гриб с биомассой 5,6 г/л, водоросли - с биомассой 3,5 г/л. В качестве гидрофобного нефтяного сорбента на основе торфа использовали сорбент с торговым названием «Сорбонафт».

В емкости с водной минеральной средой (состав г/л: NaH2PO4 - 10; К2НРO4 - 10; MgSO4×7H2O - 0,7; FeSO4×7H2O - 0,013, ZnSO4 - 0,012; MnSO4×7H2O - 0,012) добавляют нефть (1% от объема), в опыте использовалась тяжелая нефть Возейского месторождения Усинского района Республики Коми с высоким содержанием тяжелых парафинов и смолисто-асфальтовых веществ. В загрязненную водную среду вносят сорбент «Сорбонафт» в соотношении к загрязнителю 1 мл нефти: 2 г сорбента, что соответствует содержанию нефтеуглеродов в сорбенте 38%, далее на водную поверхность распыляют Биопрепарат 1 или Биопрепарат 2 или Биопрепарат 3 в количестве 1% от общего объема. Опыт длился 90 суток при комнатной температуре и естественном освещении. Далее определили остаточное содержание нефтепродуктов (ОСНП) в воде после фильтрования и в сорбенте. Результаты очистки приведены в таблице 1.

Пример 3. В емкости с водной минеральной средой добавляют нефть (2% от объема воды). Очистку воды от нефтеуглеводородов осуществляли по примеру 2. Соотношение внесенного сорбента «Сорбонафт» к нефти - 2 г сорбента: 2 мл нефти, что соответствует содержанию нефтеуглеродов в сорбенте 75%. Результаты очистки воды приведены в таблице 2.

Пример 4. В емкости с водной минеральной средой добавляют дизельное топливо (ГОСТ Р 52368-2005 (EH 590:2004) 1% от объема. Очистку воды от нефтеуглеводородов (НУГВ) осуществляли по примеру 2. Результаты очистки приведены в таблице 3.

Из примеров видно, что способ очистки водных сред с помощью биопрепарата в присутствии сорбента на основе торфа может эффективно осуществлять и совмещать в одном материале процесс сорбции и процесс разложения нефтеуглеводородов в водной толще и в массе сорбента за счет процессов сорбции - десорбции - диффузии нефтяных углеводородов в порах сорбента, сохраняющего при этом положительную плавучесть. Гидрофобный сорбент на основе торфа одновременно обеспечивает сорбцию нефтеуглеводородов (НУГВ) и стимулирует микробный метаболизм за счет свободных клеток микроорганизмов в приповерхностном слое воды. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы оседают-прикрепляются (иммобилизируются) на сорбенте, который является «базой» - матрицей для них, активность их в присутствии сорбента возрастает, тем самым повышается эффективность способа очистки. Способ эффективен при загрязнении водной среды 1% - 2 об.% нефтью и нефтепродуктами с их содержанием от 35% и более 75% в массе сорбента. Способ позволяет снижать содержание нефтеуглеводородов за 90 суток на 56-91% в воде и на 25-49% в сорбенте при загрязнении нефтью, а также на 70-74% в воде и на 91-95% в сорбенте при загрязнении водорастворимыми токсичными нефтеуглеводородами дизтоплива (Таблицы 1-3). Новый способ имеет большую скорость и полноту биодеградации наиболее токсичных для гидробионтов нефти и нефтепродуктов по сравнению с прототипом (биосорбентом) за счет совместного применения гидрофобного сорбента на основе торфа и нового консорциума культур микроорганизмов.

Способ очистки водных сред от нефти и нефтепродуктов, включающий последовательное распыление на загрязненную водную поверхность нефтяного гидрофобного сорбента на основе торфа, затем биопрепарата, представляющего собой консорциум культур микроорганизмов бактерий Rhodococcus equi P-72-00, микроводорослей Chlorella vulgaris Beijer, a также дрожжевого гриба Rhodotorula glutinis 2-4 М и/или мицелиального гриба Trichoderma lignorum ВКПМ F-98, взятых в эффективном количестве.