способ получения бактериального препарата для очистки водной среды от загрязнений нефтепродуктами

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОГО ПРЕПАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНОЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НЕФТЕПРОДУКТАМИ, предусматривающий наращивание биомассы бактерий рода Pseudomonas на среде, содержащей азот, фосфор, калий, и последующее ее высушивание, отличающийся тем, что в качестве бактерий используют штамм бактерий Pseudomonas fluorescens 2-a ЦМПМ В-2256, после наращивания биомассы бактерий в среду дополнительно вносят пероксид водорода и хлорид кальция в количестве 10^-6 моль/л и 0,036 0,046 моль/л соответственно, после чего перед высушиванием биомассу бактерий наносят на сфагновый торф 10%-ной влажности из расчета не менее 10⁹ клеток на 1 г торфа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и очистке водной среды от нефтепродуктов и может быть использовано для ликвидаций аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, а также газового конденсата.

В настоящее время очевидна необходимость получения эффективных препаратов для очистки воды от нефтепродуктов при их аварийных разливах как в местах добычи нефти, так и в местах ее переработки, транспортировки и непосредственного использования. Образующаяся при авариях нефтяная пленка представляет собой серьезную экологическую опасность и борьба с ней микробиологическими методами задача, не имеющая до сих пор однозначно высокоэффективного решения.

Один из наиболее экологически безопасных путей решения этой проблемы это путь использования бактериальных препаратов, использующих углеводороды нефтепродуктов как источник энергии и углерода.

Совершенно очевидны и требования, предъявляемые к таким препаратам с точки зрения экологии. Они не должны негативным образом влиять на экосистему очищаемого водоема, быть высокоэффективными полностью или почти полностью ликвидировать нефтяную пленку на поверхности воды, не быть источником эвтрофирования водоема.

Последнее требование связано с тем, что, как правило, подбор и выделение штамма бактерий деструктора нефти, основано на их способности значительно увеличивать биомассу. В результате чего одновременно с удалением (утилизацией) нефтяного загрязнения происходит значительное увеличение биомассы бактерий в водоеме, которое, как правило, ведет или дает начало процессу эвтрофикации водоема.

Таким образом, перспективная и заманчивая идея очищать загрязненные нефтью и нефтепродуктами естественные водоемы не так проста из-за того, что последствия такой очистки не менее важны, чем сама очистка. Такие жесткие требования к бактериальным препаратам или культурам микроорганизмов неоправданы только в случае очистки сточных нефтесодержащих вод в специальных тэнках или родственных им устройствах.

Известен способ получения бактериального препарата для очистки водной среды от нефтяного загрязнения, предусматривающий наращивание биомассы бактерий Pseudomonas putida 36 ЦМПМ В-2443 и ее последующее высушивание [1]

Однако полученный таким образом бактериальный препарат не дает возможности быстрого удаления нефтяной пленки с поверхности воды, что особенно важно при аварийных разливах нефти. Обязательным условиям максимальной эффективности данного препарата является значительное увеличение плотности бактерий в очищаемой среде (не менее 1,5^.10¹² кг/мл), что достигается не ранее чем на 7 сут. Препарат не плавуч, сразу же оседает на дно и только после постепенного увеличения биомассы бактерий проявляется его деструктивная способность.

Целью изобретения является сокращение сроков очистки водной поверхности от нефтяной пленки, расширение области использования за счет дополнительной очистки водной среды от газового конденсата, а также повышение экологической чистоты препарата.

Способ осуществляют следующим образом.

Культуру бактерий штамма Pseudomonas fluorescens-2а наращивают на питательной среде, содержащей азот, фосфор, калий, натрий, белковый компонент или оксидат торфа, содержащий гуматы, дрожжевой экстракт, при рН 7,0-7,2, температуре 30^оС, аэрации в течение 24-48 ч до достижения плотности культуры не менее 5 г/л по сухой биомассе. После чего в среду последовательно вносят перекись водорода и хлорид кальция в количестве 10^-6 и 0,036-0,046 М/л соответственно для образования биофлоков. Затем культуру переносят в распылитель и равномерно наносят на сфагновый торф 10%-ной влажности так, чтобы в 1 г торфа содержалось не менее 10⁹ клеток Pseudomonas fluorescens.

Увлажненный бактериями торф высушивают при 25-30^оС до влажности не более 10% Препарат готов к употреблению.

Выбор указанных выше концентраций перекиси водорода и хлорида кальция обусловлен необходимостью быстрой флокуляции бактерий в ферментере, что в свою очередь является фактически иммобилизацией бактерий. Образующиеся при этом агрегаты значительно легче впоследствии вносить на сфагновый торф. При иных количествах перекиси водорода и хлорида кальция эффект быстрой флокуляции бактерий не наблюдается. Следует отметить, что кальций, входящий в состав хлорида кальция, активизирует метаболизм бактерий.

Указанное минимальное количество бактерий, содержащееся в 1 г торфа, обусловлено тем, что при таком их содержании (10⁹ клеток на 1 г торфа) адсорбция нефтяной пленки на препарате происходит практически сразу после внесения препарата в воду. При меньшем содержании бактерий эффективность действия препарата снижается, при большем же только увеличивает расход культуры бактерий, но никак не отражается на эффективности препарата.

Принцип действия бактериального препарата следующий.

После внесения препарата на поверхность водной среды препарат не тонет, в течение нескольких минут адсорбирует на себе нефтяную пленку, но не насыщается при этом водой. При локализованном внесении препарата в воду и толщине нефтяной пленки не менее 1 мм эффект адсорбции происходит практически сразу.

При меньшей толщине пленки нефтепродуктов адсорбция происходит несколько медленнее 1 сут. Ввиду структурированности бактериального препарата есть возможность его легкого изъятия из воды. Изъятый из воды препарат подлежит вторичному использованию как высококалорийное топливо.

Использование же параллельно для адсорбции нефтяной пленки обычного торфа без бактерий не дает такого результата. Из-за медленной адсорбции пленки на нем, а также возможной ресорбции нефтепродуктов обратно в воду необходимо строго контролировать динамику адсорбции. Это приводит к неоправданным потерям времени и лишним трудозатратам.

Необходимо подчеркнуть, что адсорбционной активностью не ограничивается действие препарата. После внесения его в воду часть препарата оседает на дно и функционирует как деструктор нефтяного загрязнения, эмульгированного в водной толще. Иммобилизованные клетки не требуют значительного увеличения своей биомассы при утилизации углеводородов нефти. Происходящая при этом доочистка воды не дает оснований считать, что такое внедрение в экосистему водоема может привести или дать начало процессу эвтрофикации.

П р и м е р. В ферментер объемом 1 л вносят 6 г Na₂HPO₄; 3 г KH₂PO₄; 1 г NH₄Cl; 5 г NaCl, 5 г дрожжевого экстракта; 10 г гидролизата рыбной муки и 1 л дистиллированной воды. Начальный засев 200 мг лиофильно высушенной структуры Pseudomonas fluorescens ЦМПМ В-2256.

За 48 ч при 30^оС и умеренной аэрации получают плотность культуры 5,0 г/л по сухой биомассе.

Затем в среду последовательно вносят 1 мл 3%-ного раствора перекиси водорода и 50 мл 10%-ного раствора хлорида кальция. После образования биотоков культуру вносят в распылитель и равномерно распределяют на сфагновом торфе, влажность которого до этого составляет не более 10% с таким расчетом, чтобы на 1 г торфа попало не менее 10⁹ клеток Pseudomonas fluorescens.

После этого препарат сушат при 28-30^оС до исходной влажности.

Действие препарата было проверено на нескольких видах нефтепродуктов: мазуте, дизельном топливе и газовом конденсате. При этом установлена норма внесения препарата на единицу нефтяного загрязнения. В зависимости от толщины нефтяной пленки в воду вносят от 0,1 до 0,24 г препарата на 1 мл нефтепродукта.

Результаты опытов приведены в таблицу, из которой видно, что независимо от температуры адсорбция нефтяной пленки происходит практически сразу после внесения препарата, эффект доочистки воды за 6 сут экспозиции не опускался ниже.

Сопоставительный анализ двух технических решений (авт. св. СССР N 1076446, кл. C 02 F 3/34, 1982) показал, что при использовании предлагаемого способа, несмотря на наличие дополнительных приемов, значительно повышается эффективность очистки воды от нефтяной пленки, которая ликвидируется практически сразу. При доочистке не происходит значительное увеличение биомассы бактерий деструктора нефти, нет оснований считать, что с внесением препарата дается начало процессу эвтрофикации водоема.

Предлагаемый способ позволяет получать в любых водоемах высокоэффективный бактериальный препарат для очистки водной среды от нефтяного загрязнения как при аварийных ситуациях, так и для доочистки воды от эмульгированных нефтепродуктов.