Способ очистки почвы от углеводородных загрязнений

Изобретение относится к области биотехнологии, а также экологии и рекультивации. Способ включает внесение в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения. Очистку почвы осуществляют поэтапно: на первом этапе в очищаемую почву вносят пероксидное соединение в количестве от 3% до 10% от массы углеводородного загрязнения. На втором этапе очистки в почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с одновременным внесением минеральной питательной среды, причем второй этап очистки осуществляют не ранее, чем через три дня после первого этапа очистки. В качестве углеводородокисляющих микроорганизмов используют консорциум штаммов Candida maltose ВКПМ Y-3446 и Dietzia maris ВКПМ Ac-1824, а в качестве пероксидного соединения используют перекись водорода либо пероксид кальция. Способ позволяет повысить эффективность очистки почвы от углеводородных соединений за счет увеличения скорости и сокращения времени очистки, экологическую безопасность, а также упростить процесс очистки почвы от углеводородных загрязнений. 4 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии и может быть использовано для очистки почвы от широкого спектра нефтепродуктов и газового конденсата.

Очистка почвы от углеводородных загрязнений является актуальной и сложной задачей защиты окружающей среды. Для ликвидации углеводородных загрязнений в настоящее время успешно применяются различные технологии, которые можно условно разделить на механические, физические, химические, биотехнологические и фитомелиоративные. Наиболее перспективным направлением решения этой задачи является очистка загрязненных почв с помощью биологических препаратов (биодеструкторов), при обработке которыми происходит разрушение углеводородов нефти за счет интродукции в загрязненную экосистему нефтеокисляющих микроорганизмов. Известны биопрепараты, состоящие из одной или более культур микроорганизмов, входящих в состав препаратов.

Известен способ рекультивации почв (патент РФ №2077397, B09C 1/10, опубл. 20.04.1997) путем обработки почвы бактериальным препаратом на основе природного штамма бактерий Bacillus species ВНИИСХМ 132.

Известен способ очистки почвы от нефти и нефтепродуктов (патент РФ №2419089, B09C 1/10, опубл. 20.09.2011) аэробными нефтеокисляющими бактериями Mycobacterium sp.5 KB, в котором для интенсификации процесса очистки используют азот-фосфорно-калийное минеральное удобрение и рыбную муку.

Известен способ очистки нефтезагрязненых почв и почвогрунтов (патент РФ №2398640, B09C 1/10, опубл. 10.09.2010), в котором в загрязненную почву вносят избыточный активный ил сооружений биологической очистки нефтесодержащих сточных вод в смеси с биопрепаратом «Дестройл».

Известен способ очистки нефтезагрязненных подземных вод (патент РФ №2312719, B09C 1/10, опубл. 20.12.2007), в котором используют консорциум штаммов углеводородокисляющих бактерий Pseudomonas aeruginosa НД К3-1 и Pseudomonas fluorescens НД К3-2 для деструкции нефти.

Одним из существенных недостатков способов очистки почвы от углеводородных загрязнений с помощью биопрепаратов является длительность процесса очистки от 1 до 5 месяцев, а при больших концентрациях загрязнителя длительность процесса очистки составляет 2-3 летних сезона.

При использовании химических технологий очистки почвы от нефтепродуктов процесс очистки протекает в течение минут, но эти технологии часто сопровождаются повторным загрязнением окружающей среды продуктами химических реакций, которые по своему воздействию на окружающую среду могут оказаться более вредными, чем углеводороды.

Наиболее «безопасными» с этой точки зрения являются технологии с использованием пероксидных соединений, в процессе которых не появляются вредные продукты химических реакций.

Известен способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта (патент РФ №2184626, B09C 1/02, опубл. 10.07.2002), включающий смешивание грунта с подогретой до 70°-75°C водой, введение пероксидного соединения, перемешивание смеси и отделение нефтезагрязнения. В качестве пероксидного соединения используют пероксосольват натрия Na2CO3 1,5 H2O2 в количестве 20-50 г/л. Недостатком известного способа является трудоемкость его осуществления и высокая стоимость, обусловленные необходимостью выемки грунта, его транспортировки, нагрева воды почти до кипения, утилизации нефтезагрязнения и возврата грунта к месту выемки. Кроме того, возникает необходимость использования установки для отмывки нефтезагрязненного грунта.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу (прототипом) является способ рекультивации отбеливающей земли, загрязненной нефтепродуктами (патент РФ №2183142, B09C 1/10, опубл. 10.06.2002), в котором для активации процесса биодеградации нефтепродуктов в почве используют активный ил биологических очистных сооружений с добавками оксигенных соединений: суперфосфата или перекиси водорода, взятых в количестве, масс.%: 6,4 и 11,3 соответственно, по отношению к активному илу. Недостатком указанного способа является низкая эффективность очистки от углеводородов в результате одновременного внесения в почву любых микроорганизмов и перекиси водорода, взятой в указанном количестве, что приводит к резкому уменьшению количества живых клеток. Перекись водорода является очень сильным окислителем и способна разрушать оболочку микроорганизмов, что ведет к гибели клеток и, как следствие, к снижению скорости окисления углеводородов и увеличению времени очитски. Нами проведено исследование влияния количества перекиси водорода на жизнеспособность микроорганизмов, для чего был проведен эксперимент по определению количества жизнеспособных клеток Rhodococcus sp. ВКПМ Ac-1258 в процессе очистки почвы, загрязненной дизельным топливом в количестве 10% от массы почвы. В загрязненную почву внесли суспензию микроорганизмов Rhodococcus sp. ВКПМ Ас-1258 в количестве 0,2% от массы дизельного топлива. Количество живых клеток микроорганизмов в почве составило 2,3×106 кл/г. Затем внесли в почву 30%-ный водный раствор перекиси водорода, содержащего активное вещество (перекись водорода) в количестве 3% от массы загрязнителя. Через три часа после внесения перекиси водорода количество живых клеток микроорганизмов составило 1,7×105 кл/г, а через один, два, три дня 8,4×104 кл/г, 3,5×104 кл/г, 3,7×104 кл/г соответственно.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа очистки почвы от углеводородных загрязнений, сочетающего в себе две технологии очистки: химическую, с применением пероксидальных соединений, и биотехнологическую, с применением углеводородокисляющих микроорганизмов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности очистки почвы от углеводородных загрязнений за счет увеличения скорости и сокращения времени очистки, а также за счет расширения спектра утилизируемых углеводородов. Дополнительный технический результат заключается в повышении экологической безопасности и упрощении процесса очистки почвы от углеводородных загрязнений.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе очистки почвы от углеводородных загрязнений путем внесения в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения очистку почвы осуществляют поэтапно. На первом этапе очистки в очищаемую почву вносят пероксидное соединение в количестве от 3% до 10% от массы углеводородного загрязнения, на втором этапе очистки в очищаемую почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с одновременным внесением минеральной питательной среды, причем второй этап очистки осуществляют не ранее, чем через три дня после первого этапа.

В качестве пероксидного соединения используют или перекись водорода, или пероксид кальция в виде водных растворов. Необходимый объем упомянутых растворов содержит активное вещество (перекись водорода или пероксид кальция) в количестве 3%÷10% от массы загрязнителя. В качестве углеводородокисляющих микроорганизмов используют, например, консорциум штаммов Candida maltose ВКПМ Y-3446 и Dietzia maris ВКПМ Ac-1824. Минеральная питательная среда включает компоненты, содержащие азот, фосфор и калий.

Штамм дрожжей Candida maltosa ВКПМ Y-3446 выделен из образцов загрязненного углеводородами грунта селекционным путем. Способ размножения штамма - ферментация. Оптимальный состав минеральной среды для размножения штамма: H3PO4 (70%) - 2,6 г/л, KCl - 1,14 г/л, MgSO4 - 0,55 г/л, FeSO4×7H2O - 0,045 г/л, ZnSO4×7H2O - 0,031 г/л, MnSO4×7H2O - 0,031 г/л, CuSO4 - 0,004 г/л; при pH 4,0-4,2. В качестве источника углерода использовали парафин C13÷C17. Культивирование данного штамма проводили в колбах на круговых качалках при скорости вращения 220 об/мин и температуре окружающей среды 30°C.

Морфологические особенности штамма оценивали с помощью фазово-контрастной микроскопии.

Клетки данного штамма имеют форму от удлиненно-овальной до сильно вытянутой. Выделенный штамм образует колонии кремового цвета, матовые, шероховатые, с приподнятой серединой и неровными краями (на седьмые сутки культивирования на сусле агара).

Штамм непатогенный и нетоксичный. Культуру хранят в пробирках на скошенном агаризованном сусле при температуре 4°C. Жизнеспособность штамма поддерживается регулярным пересевом (2-3 раза в год) на среде сусла агара и жидкой минеральной среде, содержащей азот, фосфор, калий, магний, микроэлементы и н-парафины в качестве источника углерода и энергии.

Штамм бактерий Dietzia maris ВКПМ Ac-1824 получен автоселекционным путем в условиях длительной непрерывной ферментации в стерильных условиях штамма Rhodococcus sp. ВКПМ Ac-1258. Способ размножения штамма - ферментация. Оптимальный состав минеральной среды для размножения штамма: KNO3 - 4,0 г/л, KH2PO4 - 0,4 г/л, Na2HPO4×12H2O - 1,4 г/л, MgSO4 - 0,8 г/л, FeSO4×7H2O - 0,045 г/л, ZnSO4×7H2O - 0,031 г/л, MnSO4×7H2O - 0,031 г/л, CuSO4 - 0,004 г/л; при pH 7,0. В качестве источника углерода использовали парафин C13÷C17. Культивирование данного штамма проводили в колбах на круговых качалках при скорости вращения 220 об/мин и температуре окружающей среды 30°C.

Морфологические особенности штамма оценивали с помощью фазово-контрастной микроскопии.

Клетки данного штамма имеют коротко-овальную форму. Штамм образует колонии клеток розоватого цвета, гладкие, выпуклые, с ровным краем, диаметром 3 мк (на третьи сутки культивирования на L-агаре).

Штамм непатогенный и нетоксичный. Культура хранится в пробирках на скошенной агаризованной среде при температуре 4°C. Жизнеспособность штамма поддерживается регулярным пересевом (2-3 раза в год) на среде L-arapa и жидкой минеральной среде, содержащей азот, фосфор, калий, магний, микроэлементы и н-парафины.

Способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе очистки в очищаемую почву вносят пероксидное соединение, в качестве которого используют, например, перекись водорода либо пероксид кальция, для чего готовят 30%-ный водный раствор перекиси водорода либо 20%-ный водный раствор пероксида кальция, расчитанные объемы которых содержат активное вещество в количестве 3%-10% от массы углеводородного загрязнения. Затем очищаемую почву перемешивают. Далее, не ранее, чем через три дня, в очищаемую почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с одновременным внесением минеральной питательной среды. Культуры штаммов Candida maltosa ВКПМ Y-3446 и Dietzia maris ВКПМ Ac-1824, входящих в состав консорциума микроорганизмов, выращивают раздельно на жидкой питательной среде. При необходимости полученную биомассу высушивают, например в сушилке, для получения порошковой формы каждой из культур. Далее, в зависимости от вида загрязнений и условий применения биопрепарата (температура окружающей среды, pH очищаемой среды, источник азота), составляют консорциум из штаммов микроорганизмов. Перед применением порошковую форму биопрепарата разводят водным раствором минеральной питательной среды, включающей азот, фосфор, калий, после чего биопрепарат вносят в очищаемую почву в количестве 0,5%÷1% (сухого вещества) от массы загрязнителя.

Ниже приводятся примеры, подтверждающие высокую эффективность предлагаемого способа.

Пример 1. В качестве пероксидного соединения использовали 30%-ную перекись водорода.

В три прямоугольных лотка, каждый объемом 5 дм3, вносили по 4 кг субпесчаной почвы и по 400 г углеводородов (УГВ), после чего почву перемешивали. Далее вносили в очищаемую почву 40 г 30%-ного водного раствора перекиси водорода, который содержит 12 г активного вещества (3% от массы загрязнителя). Перемешивали почву. Затем вносили через один день в первый лоток, через два дня - во второй лоток, через три дня - в третий лоток суспензию биопрепарата в количестве 2 г сухого вещества и минеральное питание в количестве: [(NH4)++(NO3)-] - 200 мг/кг, P2O5 - 300 мг/кг, K2O - 350 мг/кг, с последующим перемешиванием почвы. Влажность почвы поддерживали периодическим орошением на уровне 60% от влагоемкости почвы. Аэрацию осуществляли путем периодического перемешивания почвы, при этом поддерживали температуру 18°÷22°C. Содержание углеводородов в очищаемой почве определяли методом ИК спектрометрического определения.

Пример 2. Осуществляли так же, как пример 1, но перекись водорода в очищаемую почву вносили в количестве 10% от массы углеводородов.

Сравнительные данные по очистке почвы с использованием перекиси водорода приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Тип загрязнителя Начальная конценрт. загрязнителя Количество H2O2 Время внесения м/о Продолжительность опыта, сут Степень очистки, %
Газовый конденсат 10% 3% от УГВ через 24 часа 24 75
через 48 часов 24 89
через 72 часа 24 93
Сырая нефть 10% 3% от УГВ через 24 часа 24 63
через 48 часов 24 71
через 72 часа 24 74
Таблица 2
Тип загрязнителя Начальная конценрт. загрязнителя Количество H2O2 Время внесения м/о Продолжительность опыта, сут Степень очистки, %
Газовый конденсат 10% 10% от УГВ через 24 часа 24 70
через 48 часов 24 86
через 72 часа 24 95
Сырая нефть 10% 10% от УГВ через 24 часа 24 48
через 48 часов 24 67
через 72 часа 24 78

Пример 3. В качестве пероксидного соединения использовали 20%-ный пероксид кальция.

В три прямоугольных лотка, каждый объемом 5 дм3, вносили по 4 кг субпесчаной почвы и по 400 г углеводородов, после чего почву тщательно перемешивали. Далее вносили в очищаемую почву 60 г 20%-ного водного раствора пероксида кальция, который содержит 12 г активного вещества (10% от массы углеводородного загрязнения), с последующим перемешиванием почвы. Затем вносили через один день в первый лоток, через два дня - во второй лоток, через три дня - в третий лоток суспензию биопрепарата в количестве 2 г сухого вещества и минеральное питание в количестве: [(NH4)++(NO3)-] - 200 мг/кг, P2O5 - 300 мг/кг, K2O - 350 мг/кг, с последующим перемешиванием почвы. Влажность почвы поддерживали периодическим орошением на уровне 60% от влагоемкости почвы. Аэрацию осуществляли путем периодического перемешивания почвы, при этом поддерживали температуру 18°÷22°C. Содержание углеводородов в очищаемой почве определяли методом ИК спектрометрического определения.

Пример 4. Осуществляли так же, как пример 3, но пероксид кальция в очищаемую почву вносили в количестве 10% от массы углеводородов.

Сравнительные данные по очистке почвы с использованием пероксида кальция приведены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3
Тип загрязнителя Начальная конценрт. загрязнителя Количество CaO2 Время внесения м/о Продолжительность опыта, сут Степень очистки, %
Газовый конденсат 10% 3% от УГВ через 24 часа 24 78
через 48 часов 24 91
через 72 часа 24 92
Сырая нефть 10% 3% от УГВ через 24 часа 24 65
через 48 часов 24 69
через 72 часа 24 73
Таблица 4
Тип загрязнителя Начальная конценрт. загрязнителя Количество CaO2 Время внесения м/о Продолжительность опыта, сут Степень очистки, %
Газовый конденсат 10% 10% от УГВ через 24 часа 24 72
через 48 часов 24 87
через 72 часа 24 94
Сырая нефть 10% 10% от УГВ через 24 часа 24 59
через 48 часов 24 65
через 72 часа 24 77

Преимуществами предлагаемого способа являются:

- быстрое окисление на первом этапе очистки части углеводородов и разрушение сложноокисляемых микробиологическим путем полициклических ароматических углеводородов на более простые формы ароматических соединений, которые легче утилизируются микробиологическим путем, что позволяет расширить спектр утилизируемых углеводородов;

- внесение суспензии углеводородокисляющих микроорганизмов через три дня после внесения оксигенных соединений, что позволяет предотвратить губительное воздействие оксигенных соединений на живые клетки микроорганизмов и сократить уменьшение численности микробной популяции в начале процесса очистки и в результате увеличить скорость процессов биоокисления, т.е. скорость очистки почвы;

- возможность проводить очистку без выемки почвы «in suit», что позволяет существенно сократить время на очистку почвы.

Таким образом, предлагаемый способ сочетает в себе две технологии очистки: химическую, с применением пероксидальных соединений, и биотехнологическую, с применением углеводородокисляющих микроорганизмов и позволяет повысить эффективность очистки почвы за счет расширения спектра трудноутилизируемых углеводородов, увеличения скорости и сокращения времени очистки.

Способ очистки почвы от углеводородных загрязнений, включающий внесение в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения, отличающийся тем, что очистку почвы осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе очистки в очищаемую почву вносят пероксидное соединение в количестве от 3% до 10% от массы углеводородного загрязнения, на втором этапе очистки в очищаемую почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с одновременным внесением минеральной питательной среды, причем второй этап очистки осуществляют не ранее чем через три дня после первого этапа очистки, при этом в качестве углеводородокисляющих микроорганизмов используют консорциум штаммов Candida maltose ВКПМ Y-3446 и Dietzia maris ВКПМ Ac-1824, а в качестве пероксидного соединения используют перекись водорода либо пероксид кальция.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области биотехнологии ремедиации загрязненных земель и предназначено для восстановления почв, загрязненных сырой нефтью и нефтепродуктами.

Изобретение относится к области рекультивации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Способ включает сбор разлитой нефти, механическую обработку загрязненного участка, бактериальную обработку и внесение минеральных удобрений.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается новой культуры микроорганизмов, разрушающих нефть. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается новой культуры микроорганизмов, разрушающих нефть. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается использования культуры рода Micrococcus вида Micrococcus luteus для получения нового штамма Micrococcus luteus, который обладает высокой каталазной активностью и способствует повышению продуктивности агроэкосистемы, участвуя в процессах трансформации органических остатков природного происхождения.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается использования культуры рода Penicillium вида Penicillium sp.для получения нового штамма Penicillium sp., который обладает полифункциональными свойствами и способствует повышению продуктивности агро-экосистемы, участвуя в процессах трансформации органических остатков природного происхождения.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при получении нового биопрепарата для очистки воды, почвы, промышленных стоков от устойчивых к разложению пестицидов, выбранных из хлорфеноксиуксусных кислот, таких как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д), трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т), хлорфеноксиуксусная кислота (ХФУК), феноксиуксусная кислота (ФУК), -2,4-дихлорфенокси- -пропионовой кислоты, 2-метил-4-хлорфенокси- -пропионовой кислоты, 2,4,5-трихлорфенокси- -пропионовой кислоты, 2,4-дихлорфенокси- -масляной кислоты, метил-[1-(бутиламино)карбонил]-1Н-бензимидазол-2-илкарбамата, 2,4-дихлорфенола, имидоклаприда, гексахлоргексана, а также фенола.
Изобретение относится к области микробиологии. .
Изобретение относится к биотехнологии. .
Изобретение относится к области рекультивации грунтов, загрязненных нефтепродуктами. В способе вносят природный сорбент в грунт, загрязненный нефтепродуктами, до достижения в грунте заданной концентрации загрязняющего вещества.
Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации почв, загрязненных нефтью. Для снижения токсичности почв и затрат на мелиорацию используют 3 вида глин различного химического состава с добавлением мелассы и биопрепарата Линекс в следующих соотношениях, масс.%: глина диалбекулит - 38-40; глина ирлит 1 - 28-32; глина ирлит 7 - 16-20; меласса - 8-12; биопрепарат Линекс - 2-4.
Изобретение относится к области рекультивации, биотехнологии и утилизации отходов пивоваренной промышленности. .
Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к способам обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты, включающий обезвоживание осадков сточных вод и обработку их реагентами, и может быть использовано в химической и сельскохозяйственной промышленности для обезвреживания, обеззараживания и восстановления плодородности грунтов, производства гуминовых удобрений, получения искусственной биологической почвы и искусственного дисперсного почвогрунта.
Изобретение относится к области восстановления грунтов, загрязненных в процессе нефтегазодобычи, конкретно, к способу восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, образованными в результате нефтегазодобычи, при котором в отходы нефтегазодобычи вносят загуститель, а загуститель размешивают по всему объему жидких отходов до гомогенного состояния содержимого амбара.

Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, в частности к детоксикации отходов строительных материалов, загрязненных люизитом, в том числе -люизитом и продуктами его превращений.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для реагентной детоксикации и рекультивации почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями в местах прошлого уничтожения химического оружия.
Изобретение относится к сорбентам нефти. .
Изобретение относится к сорбционным технологиям. .
Изобретение может быть использовано при переработке осадков сточных вод, в частности городских сточных вод, и их утилизации в качестве средства для повышения плодородия почвы. Для осуществления способа отферментированные в естественных условиях в течение не менее трех месяцев осадки с влажностью 20-40% смешивают со связующей добавкой и минеральными компонентами, гранулируют при температуре 45-95°С, затем гранулы сушат до влажности 8-16%. Связующую добавку - гумат натрия применяют в количестве 2-3% от сухой массы осадков, а минеральные компоненты источник азота - карбамид и источник калия - хлористый калий - в количестве 5-7% и 5-6% от сухой массы осадков соответственно. Полученные гранулы содержат сбалансированный набор питательных элементов в легкоусвояемой форме для широкого ряда сельскохозяйственных культур. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области биотехнологии, а также экологии и рекультивации. Способ включает внесение в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения. Очистку почвы осуществляют поэтапно: на первом этапе в очищаемую почву вносят пероксидное соединение в количестве от 3 до 10 от массы углеводородного загрязнения. На втором этапе очистки в почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с одновременным внесением минеральной питательной среды, причем второй этап очистки осуществляют не ранее, чем через три дня после первого этапа очистки. В качестве углеводородокисляющих микроорганизмов используют консорциум штаммов Candida maltose ВКПМ Y-3446 и Dietzia maris ВКПМ Ac-1824, а в качестве пероксидного соединения используют перекись водорода либо пероксид кальция. Способ позволяет повысить эффективность очистки почвы от углеводородных соединений за счет увеличения скорости и сокращения времени очистки, экологическую безопасность, а также упростить процесс очистки почвы от углеводородных загрязнений. 4 табл., 4 пр.

Наверх