биосорбент для ликвидации нефти с поверхности водоемов

Формула изобретения

Биосорбент для ликвидации нефти с поверхности водоемов на основе гидрофобного порошкообразного сорбента, отличающийся тем, что биосорбент содержит биодеструктор - штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с наполнителем из отходов обогащения бурого угля, а в качестве сорбента глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глина - 70-80;

отходы обогащения бурого угля - 19,5-28,5;

штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 - 0,5-1,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано в качестве вещества для очистки поверхности водоемов, в частности отстойных амбаров для буровых сточных вод, для очистки поверхности водоемов, загрязненных нефтью и продуктами ее переработки, локализации разливов нефти и нефтепродуктов.

Известен «Экобиопрепарат для очистки воды от нефтепродуктов» [патент на изобретение РФ RU № 2393215 МПК C12N 1/26, C02F 3/34]. Биопрепарат представляет собой культуру клеток биодеструктора, искусственно иммобилизованную на сорбенте-носителе из полых сферических частиц правильной формы диаметром от 30 до 350 мкм с толщиной стенки от 2 до 10 мкм, внутренняя полость которых заполнена азотом и двуокисью углерода, имеющим состав (мас.%): SiQ₂ - 50-60; Al₂ O₂ - 25-30; Fe₂SO₃ - 1,8-2,0; CaO - 1-5; MgO - 0,5-1,5; Na₂O - 0,3-1,5; К₂ О - 0,2-2,9. В качестве биодеструктора нефтепродуктов применяется штамм Pseudomonas fluorescens ВКГМ 68-44.

Недостатком данного препарата является использование для очистки от нефти жидкой культуры Pseudomonas fluorescens ВКГМ 68-44. Известно, что жидкая культура используется сразу после приготовления, т.к. при длительном хранении она портится, т.е. срок годности незначителен. Кроме того, недостатком известного препарата является наличие сферических частиц сорбента для повышения его плавучести и нефтепоглащающей способности, заполненные азотом и двуокисью углерода. Использование азота и двуокиси углерода удорожает стоимость известного препарата для очистки воды от нефтепродуктов, что соответственно удорожает процесс очистки.

К тому же, применение данного препарата позволяет очищать поверхность водоема от нефти и нефтепродуктов в течение не менее 30 суток, что является длительным процессом.

Известно, что для очистки буровых сточных вод используют торф. Перед применением проводят его обработку кислотами и щелочами, подвергают обработке магнитным полем, добавляя хлорид кальция для повышения коэффициента нефтеемкости [Ф.А. Каменщиков, Е.И. Богомольный «Нефтяные сорбенты» Москва-Ижевск, 2005, с.152-156]. Однако добавление хлоридов еще больше увеличит их содержание в буровой жидкости, что нецелесообразно. Кроме того, для увеличения нефтеемкости добавление к торфу органических кислот, таких как гуминовые кислоты с хлористым кальцием (CaCl₂ ), глицерина, растительного масла, значительно удорожает процесс очистки.

Известен состав для биохимической ликвидации нефтяных загрязнений с поверхности водоемов, взятый нами за прототип, на основе азот-фосфор-содержащего минерального удобрения, состоящего из гидрофобного порошкообразного адсорбента, состоящего из гидрофобизованного вспученного перлита, с относительной плотностью меньше единицы и бактериальный препарат, состоящий из жидкой культуры микроорганизмов Pseudomonas putida 36 [а.с. № 1710515 МПК C02F 1/40]. Перлит представляет минеральный материал на основе оксида кремния, содержание которого составляет 75%. Известный состав обеспечивает возможность биодеградации нефти в любых типах водоемов. Однако перлит обладает слабыми водоотталкивающими свойствами, для устранения которых проводят дополнительную технологию обработки перлита различными химическими веществами, например карбоновыми кислотами и их солей, что значительно удорожает процесс.

Задачей изобретения является создание биосорбента, способного быстро локализовать разлив нефти и нефтепродуктов, очистку отстойных амбаров для буровых сточных вод, обладающего высокой углеводородокисляющей активностью и способностью эффективно осуществлять мероприятия по очистке водоемов.

Техническим результатом заявленного решения является эффективная очистка поверхности водоемов от нефти при сокращении времени и затрат с использованием биосорбента с высокой углеводородокисляющей активностью.

Для достижения указанного технического результата биосорбент для ликвидации нефтяных загрязнений с поверхности водоемов, на основе гидрофобного порошкообразного сорбента, согласно изобретению он содержит биодеструктор штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с наполнителем из отходов обогащения бурого угля, а в качестве сорбента наполнителя содержит глину, при следующем соотношении компонентов, масс.%: глина - 70-80; отходы обогащения бурого угля - 19,5-28,5; штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 - 0,5-1,5.

Заявленная совокупность признаков позволяет получить биосорбент, обладающий высокой углеводородокисляющей активностью. Совместное использование глины, штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и отходов обогащения бурового угля позволяет локализовать разлив за счет активно связываемых нефтяных загрязнений сорбентом носителем (в качестве которого используется глина), активно утилизировать их при помощи микроорганизма-биодеструктора, находясь на поверхности воды, что обеспечивает заявленному биосорбенту высокую углеводородокисляющую активность, и позволяет повысить экологическую чистоту последствий очистки.

Глина, попадая на поверхность воды, растекается, вместе со шламом обогащения бурого угля - наполнителем для штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538, обладая нефтепоглащающей способностью, и одновременно за счет микроорганизмов штамма происходит разложение от нефти. Кроме того, глина обесцвечивает воду, удаляет нефтяные примеси, особо токсичные хлорорганические соединения, различные ПАВ и органические соединения.

Стоимость глины в десятки раз ниже искусственных сорбентов, что значительно снижает затраты на производство предлагаемого биосорбента, а это в свою очередь снижает себестоимость очистки отстойных амбаров для буровых сточных вод (БСВ), водоемов, загрязненных нефтью и продуктами ее переработки, локализации разливов нефти и нефтепродуктов.

Заявляемый сорбент соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень», т.к. технический результат достигается совокупностью характеризующих его признаков.

Культура микроорганизмов Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 выделена из почвогрунтов Пермского края, загрязненных нефтепродуктами. Штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ депонирован 05.07.2011 под регистрационным номером RCAM00538 в коллекции ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург).

Штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 представляет собой строгие аэробные грамотрицательные прямые палочки с закругленными концами, расположенными одиночно. Размер клетки - ширина от 0,7 мкм до 1,7 мкм, длина - от 17 мкм до 2,6 мкм. Клетки не образуют капсул и спор. На МПА рост по штриху обильный, налет сплошной с волнистым краем, поверхность блестящая, пленчатая консистенция, желтовато-зеленоватого тона; рост на МПА в чашках Петри умеренный, колонии мелкие округлой формы. На МПБ образуют мутную среду и хлопьевидный осадок. Клетки - грамотрицательные, подвижные, политрихи.

При использовании галактозы, глюкозы, сахарозы, арабинозы - сильное подкисление питательной среды и выделение газа. При использовании лактозы, глицерина, ксилозы, мальтозы, манита - кроме указанных выше свойств - образование пленки. Гидролиз крахмала на 3-4 день. Используют азот. Клетки кислотоустойчивые, окрашиваются в красный цвет по Циль-Нильсену, полностью разжижают желатину на 3-4 день, пептонизируют молоко, коагулируют казеин. На среде с 2,5% хлористого натрия - мутная среда, осадок; на среде 6,5% хлористого натрия - мутная среда, осадок.

Культура проявляет галофильные свойства.

Культура сероводород не образует; образует аммиак, индол. Нитраты восстанавливает до нитритов, нитриты до N₂.

На агаризованной среде Эшби образуется умеренный прозрачный налет. Относится к олигонитрофилам. Рост на синтетической среде - налет умеренный, прозрачный с точечными колониями.

Культивирование штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 проводится на питательной среде при температуре 28°C и значении рН=7,2.

Микроорганизмы адаптированы к нефтесоединениям в природных условиях.

Штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 выращивают на минеральной среде следующего состава, масс., г/л:

В приготовленную и простерилизованную в автоклаве при 1 атмосфере в течение 30 минут питательную среду добавляют 1 мл стерильной смеси микроэлементов. Смесь микроэлементов содержит в 1 л воды (r): Н₃ВО₃ - 5; (NH ₄)₂MoO₄ - 5; KJ - 0,5; NaBr - 0,5; ZnSO₄·7Н₂О - 0,2; Al₂(SO ₄)₃ - 0,3. Указанную смесь микроэлементов предварительно стерилизуют в автоклаве при давлении 0,5 атм в течение 15 минут. В стерильную питательную среду вышеуказанного состава инокулировали бактериальный штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в количестве 1 мл с титром 10^-13 и ставили в термостат при температуре 28°C. Штамм в термостате подвергали аэрированию с помощью аэратора FAT-mini в течение 2-х суток. Через 2 суток жидкая бактериальная культура штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с титром 10^-13 готова для дальнейшего использования, а именно, проводили иммобилизацию бактериальных клеток штамма Pseudomonas fluorescens на наполнитель - отходы обогащения бурого угля.

Химический состав отходов обогащения бурового угля представляет смесь оксидов следующего состава (%): марганца (IV) - 0,01; железа (III) - 0,82; калия - 0,06; натрия - 0,02; серы - 0,36. Массовая доля влаги в отходах соответственно составила - 73,7% и содержание органического вещества - 5,93%.

Заявленный биосорбент готовят следующим образом.

Отходы обогащения бурого угля смешивают с жидким бактериальным препаратом, содержащим бактериальную культуру Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с титром 10^-13 в количестве 50:50, полученную смесь перемешивают, раскладывают на горизонтальной поверхности и сушат при комнатной температуре в течение 2-х суток. Просушенную смесь растирают металлическим катком с диаметром 10 см таким образом, чтобы не оставалось крупных кусков, в результате получили биодекструктор с фракционным составом:

содержащий штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с титром 10^-13.

В качестве сорбента носителя взята глина из карьера Березниковского района Пермского края следующего состава (масс., %): SiO₂ - 54,7; Al₂О₃ - 35,5; Fe₂О ₃ - 1,9; СаО - 1,2; MgO - 0,8; Na₂O - 0,5; K ₂О - 0,2; вода - 5,2.

Физические свойства глины, используемой для приготовления предлагаемого биосорбента, представлены в таблице 1 по номенклатуре грунтов ГОСТ 25100-95.

Глину для получения сорбента носителя сушили при комнатной температуре 20-22°C, затем подвергали дроблению на дробилке Лабораторная стержневая мельница - дробилка - ЛСМД - 50 , после чего получили следующий фракционный состав (масс.%):

Затем сорбент носитель, в качестве которого берут глину, подготовленную как вышеописано, смешивают с биодекструктором в виде штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с наполнителем из отходов обогащения бурого угля в заданном соотношении и заявленный биосорбент готов для использования. Технология обработки поверхности водоема заключается в распылении приготовленного биосорбента на поверхность воды с углеводородным нефтяным загрязнением, например нефть, нефтепродуктами. С этой целью используется распылитель сорбента РАС-1 (производство ООО Лесорб г. Брянск).

Пример 1. Готовят предлагаемый биосорбент, включающий, масс.%: глину - 80; отходы обогащения бурого угля - 19,5; бактериальный препарат штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 - 0,5.

Для этого глину в количестве 16 г смешивают с биодекструктором, содержащим отходы обогащения бурого угля в количестве 3,9 г и 0,1 г штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в сухом виде.

Полученный биосорбент, путем распыления, вносили в сосуд емкостью 5 л с водой площадью 0,02 м², содержащей 0,14 г нефти, что адекватно 68,5 г нефти на 1 л воды на площади 10000 м² . Через 7, 14, 20, 27, 28 суток определяют остаточное содержание нефти. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 2. Готовят предлагаемый биосорбент, включающий, масс.%: глину 75; отходы обогащения бурого угля 24,0; и бактериальный препарат штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в количестве 1,0.

Для этого глину в количестве 15 г смешивают с биодекструктором, содержащим отходы обогащения бурого угля в количестве 4,8 г и 0,2 г штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в сухом виде.

Как в примере 1, обрабатывали полученным биосорбентом водную поверхность, площадью 0,02 м², содержащей нефть в количестве 0,14 г, что адекватно 68,5 г нефти на 1 л воды на площади 10000 м². Через 7, 14, 20, 27, 28 суток определяют остаточное содержание нефти. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 3. Готовят биосорбент, включающий, масс.%: глину в количестве 70; отходы обогащения бурого угля в количестве 28,5; бактериальный препарат штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в количестве 1,5.

Для этого глину в количестве 14 г смешивают с биодекструктором, содержащим отходы обогащения бурого угля в количестве 5,7 г и 0,3 г штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в сухом виде.

Аналогично примеру 1 и 2 обрабатывают такую же водную поверхность приготовленным биосорбентом. Через 7, 14, 20, 27, 28 суток определяют остаточное содержание нефти. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 4. Готовят биосорбент, включающий, масс.%: глину в количестве 85%; отходы обогащения бурого угля - 14,5; бактериальный препарат штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в количестве - 0,5.

Для этого глину в количестве 17 г смешивают с биодеструктором, содержащим отходы обогащения бурого угля в количестве 2,9 г и штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в сухом виде - 0,1 г.

Аналогично примерам 1, 2 и 3 обрабатывают такую же водную поверхность приготовленным биосорбентом. Через 7, 14, 20, 27, 28 суток определяют остаточное содержание нефти. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 5. Готовили биосорбент, включающий, масс.%: глину в количестве 65%; отходы обогащения бурого угля - 34,5; штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538-0,5.

Для этого глину в количестве 13 г смешивают с биодекструктором, содержащим отходы обогащения бурого угля в количестве 6,9 г и 0,1 г штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 в сухом виде.

Аналогично примерам 1-4 обрабатывают такую же водную поверхность приготовленным биосорбентом. Через 7, 14, 20, 27, 28 суток определяют остаточное содержание нефти. Результаты представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, проведенные испытания показали, что использование предлагаемого биосорбента, содержащего 70-80% глины, отходов обогащения бурого угля 19,5-28,5% и штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 0,5-1,5%, очистка от нефти происходила на 20-й день и составила 93,7-98,8%, при остаточном содержании нефти 0,3-3,3 г.

Предлагаемый биосорбент, содержащий заявленное количественное содержание компонентов глину 70-80%, отходы обогащения бурого угля 19,5-28,5% и штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 0,5-1,5%, более эффективен, чем при содержании этих компонентов, приведенных в примерах 4 и 5.

Так, в примере 4 с использованием предлагаемого биосорбента, содержащим 85% глины, отходов обогащения угля - 14,5% и штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 -0,5%, очистка от нефти произошла на 20-й день, степень очистки составила 93,2%, при содержании остаточной нефти 4,7 г.

В примере 5 с использованием предлагаемого биосорбента, содержащим 65% глины, отходов обогащения угля - 34,5% и штамма Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 -0,5%, очистка от нефти произошла на 20-й день, но степень очистки составила 85,4%, при содержании остаточной нефти 5,4 г.

При использовании известного способа очистка от нефти с первоначальным ее содержанием на поверхности водоема 40 г происходила только на 28-й день и степень очистки составляла 80,0-83,7%, а содержание остаточной нефти было 6,5-8,0 г.

Таким образом, проведенные испытания показали, что с использованием предлагаемого биосорбента очистка воды от нефти с ее содержанием в воде 68,5 г/л осуществляется на 20-й день на 93,7-98,8%. Тогда как, по сравнению с аналогом, очистка от нефти с содержанием ее в воде в количестве 40 г/л происходит на 28 день на 80,0-83,7%.

Кроме того, предлагаемый биосорбент способствует интенсификации использования промышленных отходов с целью охраны окружающей среды и уменьшению загрязненности экологической обстановки.

Таким образом, заявленный биосорбент обеспечивает ликвидацию нефти с поверхности водоемов с минимальными затратами и за более короткий срок, чем известные. Биосорбент позволяет локализовать разлив за счет активных связываемых нефтепродуктов сорбентом-носителем, активно утилизировать их при помощи микроорганизма-биодеструктора, находясь на поверхности воды, что позволяет повысить экологическую чистоту последствий очистки.

Стоимость глины в десятки раз ниже, чем искусственных сорбентов. Глину добывают во многих районах России, в непосредственной близости от места потребления ее для очистки воды, что расширяет масштабы ее применения.