способ очистки капиллярно-пористой среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами

Формула изобретения

1. Способ очистки капиллярно-пористой среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами путем введения в зону очистки раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, отличающийся тем, что в зоне очистки размещают электроды - анод и катод, пропускают между ними постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, собирают раствор, накапливающийся у катода, и затем снова вводят его в зону очистки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед повторным введением раствора нефтеокисляющих микроорганизмов в зону очистки от него отделяют загрязняющие примеси.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что раствор нефтеокисляющих микроорганизмов периодически обогащают, доводя концентрацию в нем невтеокисляющих микроорганизмов до исходного значения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам борьбы с загрязнениями нефтью и нефтепродуктами почвы, грунтов, шламов и других объектов окружающей среды, имеющих капиллярно-пористую структуру, например промышленных и сельскохозяйственных отходов.

Известен способ очистки капиллярно-пористой среды, в частности почвы, от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий введение в загрязненную среду нефтеокисляющих микроорганизмов в виде суспензии в питательной среде (патент Российской Федерации N 2038333, кл. C 02 F 3/34). Микроорганизмы - деструкторы нефти после внесения их в очищаемую среду проходят период адаптации, что обусловлено резким изменением условий их жизнедеятельности как биотических, так и абиотических. После активации их ферментных систем, обеспечивающих клетку питанием и энергией, микроорганизмы метаболизируют углеводородные соединения нефти и нефтепродуктов, используя их в качестве источника углерода.

Данный способ не обеспечивает эффективной очистки при глубине очищаемой среды свыше 0,3 м, что обусловлено сложностью доставки нефтеразрушающих микроорганизмов на значительную глубину, а также тем, что при его реализации не создаются в достаточной степени условия для эффективной жизнедеятельности микроорганизмов в отношении содержания кислорода в зоне очистки и поддержания требуемой влажности. Кроме того, не решена проблема удержания в зоне очистки раствора, содержащего микроорганизмы, в результате чего происходят потери биопрепарата и имеет место удорожание процесса очистки в целом.

Эти недостатки практически не зависят от используемых штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов. В частности, они также присущи способу очистки объектов окружающей среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, предусматривающему введение в очищаемую среду раствора нефтеокисляющих микроорганизмов при температуре среды 10-15^oC и pH 5,5-8,5 (патент Российской Федерации N 2053204, кл. C 02 F 3/34).

Данное техническое решение признано ближайшим аналогом настоящего изобретения.

Задачей изобретения является создание такого способа очистки капиллярно-пористой среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с использованием нефтеокисляющих микроорганизмов, при реализации которого обеспечиваются: увеличение глубины эффективной очистки, улучшение условий жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов по влажности и содержанию кислорода в зоне очистки, снижение стоимости очистки за счет удержания раствора, содержащего микроорганизмы, в зоне очистки с минимальными потерями.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в предлагаемом способе очистки капиллярно-пористой среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами в зону очистки вводят раствор нефтеокисляющих микроорганизмов и в ней же размещают электроды - анод и катод, пропускают между ними постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, собирают раствор, накапливающийся у катода, и затем снова вводят его в зону очистки; перед повторным введением раствора нефтеокисляющих микроорганизмов в зону очистки от него отделяют загрязняющие примеси, причем периодически раствор нефтеокисляющих микроорганизмов обогащают, доводя концентрацию в нем нефтеокисляющих микроорганизмов до исходного значения.

Реализация данного способа обеспечивает следующий технический эффект:

- обеспечивается транспортирование нефтеокисляющих микроорганизмов электроосмотическим потоком жидкости на заданную глубину по всей зоне очистки;

- увеличивается уровень содержания кислорода в зоне очистки ввиду интенсивной циркуляции раствора, а также в связи с его выделением вследствие электролиза воды;

- поддерживается необходимая влажность в зоне очистки, что также положительно влияет на жизнедеятельность нефтеокисляющих микроорганизмов;

- происходит удержание раствора, содержащего нефтеокисляющие микроорганизмы, в зоне очистки (между анодом и катодом) с минимальными потерями.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема, иллюстрирующая конкретный пример реализации способа.

В зону очистки почвы, загрязненной нефтью на глубину 1,2 м, вводят электроды - аноды 1 и катоды 2. Расстояние между анодами - 1,0 м. Аноды и катоды представляют собой полые трубы диаметром 60 мм. Заглубленные в грунт участки труб имеют перфорацию, а участки труб, находящиеся выше дневной поверхности грунта, выполнены сплошными. Источник 3 постоянного тока состоит из силового трансформатора и управляемого тиристорного выпрямителя. Выходное напряжение - 200 В. Над анодами 1 размещена распределительная магистраль 4 с патрубками 5, введенными в полость анодов 1. Магистраль 4 соединена с емкостью 6 для раствора нефтеокисляющих микроорганизмов. Над катодами 2 находится коллекторная магистраль 7 с патрубками 8, введенными в полости катодов 2. Магистраль 7 сообщается с емкостью 9 для собирания накапливающегося у катодов 2 раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, который закачивается в емкость 9 с помощью центробежного насоса 10. На выходе из емкости 9 имеется магистраль 11. В случае необходимости очистки раствора перед его повторным введением в зону очистки от загрязнений в магистраль 7 между насосом 10 и емкостью 9 включают центрифугу 12. Для транспортировки собираемого в емкости 9 раствора с целью его повторного введения в зону очистки применены автоцистерны 13.

Положительный полюс источника 3 постоянного тока соединен с анодами 1 токопроводом 14, а его отрицательный полюс соединен с катодами 2 токопроводом 15.

Описываемый способ осуществляется следующим образом. В аноды 1 заливают из емкости 6 через магистраль 4 раствор нефтеокисляющих микроорганизмов, в данном конкретном примере содержащий консорциум аэробных бактерий: Pseudomonas putida ПИ Ко-1, Pseudomonas fluorescens ПИ-896 и Micrococcus species ПИ Ку-1 при весовом соотношении по 7 мас.% каждого микроорганизма. Указанные штаммы зарегистрированы в коллекции микроорганизмов Всероссийского института защиты растений КМЗР ВИЗР-760. Наполнителем биопрепарата служит стерильный торф, минеральной добавкой является диаммофос 1 мас.% и карбамид 0,5 мас.%.

Штамм Pseudomonas putida ПИ Ко-1 - мелкие короткие палочки, размеры: (0,2-0,3) (0,5-0,8) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слабовыпуклые, полупрозрачные, бесцветные, диаметром 3-5 мм.

Штамм Pseudomonas fluorescens ПИ-896 - мелкие короткие палочки, размеры: (0,1-0,4) (0,6-0,7) мкм; колонии штамма круглые, гладкие, с блестящей поверхностью, слегка приподнятые в центре, желтоватые, полупрозрачные, бесцветные, диаметром 4-6 мм.

Штамм Micrococcus species ПИ Ку-1 - кокки, диаметром 0,6-1,0 мкм; колонии штамма круглые с ровным краем, желтого цвета, непрозрачные, гладкие, блестящие, диаметром 2-5 мм.

Температура заливаемого раствора 20-24^oC. При подключении к анодам и катодам источника 3 постоянного тока создается электрическое поле с напряженностью 200 В/м. В почве, загрязненной нефтью, в данном случае имеются несмешивающиеся жидкости - вода (как поровая влага, так и вода введенного раствора нефтеокисляющих микроорганизмов) и нефть. На границах раздела "частицы грунта - вода", "вода - нефть" образуются двойные электрические слои. Движение ионов двойных электрических слоев приводит к перемещению границы раздела двух жидкостей. Ионы, движущиеся в воде, вовлекают в движение поровую влагу, раствор с нефтеокисляющими микроорганизмами, а также и частично нефть.

Таким образом, создается упорядоченное электроосмотическое движение раствора с микроорганизмами и нефти от анода к катоду. На первом этапе в катодах 2 собирается поровая влага, которая имелась в грунте. Затем происходит распределение раствора и нефтеокисляющих микроорганизмов по всей зоне очистки на заданную глубину. Микроорганизмы разлагают углеводороды нефти на углекислый газ и воду. Под действием электроосмотических сил они вместе с жидкостью собираются в катодах 2, откуда с помощью насоса 10 закачиваются в емкость 9. Если в процессе очистки не происходит полной деструкции нефти (нефтепродуктов), то раствор перед поступлением в емкость 9 очищают от загрязнений с помощью центрифуги 12. Из емкости 9 по магистрали 11 раствор подается в автоцистерну 13 и транспортируется к емкости 6, куда вводится снова. Затем цикл повторяется столько раз, сколько необходимо для достижения требуемой степени очистки загрязненной нефтью зоны. В случае необходимости раствор нефтеокисляющих микроорганизмов периодически обогащают, доводя концентрацию до исходного значения. Для реализации заявленного способа можно применять раствор с концентрацией нефтеокисляющих микроорганизмов 0,5-10 г/л с титром 110⁸ - 110¹² кл/мл.

Пример. Полевые испытания были проведены в грунте ненарушенной структуры на участке площадью 10 м² с глубиной загрязнения 1,2 м. Под почвенным слоем грунт представлял собой супесь с естественной весовой влажностью 15% и естественной плотностью 1,55 г/см³.

Грунт был загрязнен топочным мазутом. Электродная система состояла из анодной и катодной секций, содержащих по 9 электродов соответственно. Длина электродов 1,6 м, диаметр 60 мм, толщина стенки 3,5 мм.

Перфорация поверхности электродов составляла примерно 1%. Нижний конец электродов погружался на 30 см ниже зоны очистки. Секции расположены друг от друга на расстоянии 1 м, электроды в секциях установлены через 1,25 м. Максимальное напряжение источника постоянного тока - 200 В. Ток в процессе обработки изменялся в пределах 7-16 А. Регулировка тока осуществлялась таким образом, чтобы температура в грунте не превосходила 36^oC (измерения проводились на глубине 0,6 м, на расстоянии 10 см от поверхности электрода). Заливка воды в аноды производилась 2 раза в сутки по 5 л на каждый электрод. Биопрепарат заливался один раз (в начале обработки), объем раствора нефтеокисляющих микроорганизмов - 30 л. Общее время обработки - 60 суток, энергозатраты - 180 кВт ч/м³.

Эффективность очистки грунта.

Динамика снижения концентрации мазута в грунте при обработке предлагаемым способом представлена в табл.1.

Динамика снижения концентрации мазута при обработке поверхностного слоя грунта биопрепаратами (без пропускания тока) представлена в табл. 2.

Обработка биопрепаратом на глубинах более 30 см не проводилась, так как в этом случае концентрация микроорганизмов быстро снижается (без принудительной циркуляции и аэрации).

Благодаря реализации описываемого способа обеспечивается доставка нефтеокисляющих микроорганизмов на требуемую для очистки глубину. При этом вследствие постоянной циркуляции воды, а также выделения кислорода в процессе электролиза улучшается снабжение микроорганизмов кислородом, что повышает их активность и соответственно улучшает эффективность способа очистки. Циркуляция воды обеспечивает благоприятные для жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов условия с точки зрения влажности. Благодаря упорядоченному движению жидкости под действием электроосмотических сил происходит удержание раствора с нефтеокисляющими микроорганизмами в зоне очистки при незначительных потерях. Тем самым экономится биопрепарат и снижается стоимость реализации способа в целом.

Следует также отметить, что под действием электрического тока происходит выделение определенного количества тепла и соответственно осуществляется некоторый подогрев почвы в зоне очистки. Тем самым дополнительно повышается активность нефтеокисляющих микроорганизмов.

Для реализации заявленного способа используется обычное оборудование, которое производится промышленным путем, и практически любые известные биопрепараты, содержащие нефтеокисляющие микроорганизмы.