способ биорекультивации нефтезагрязненных почв

Формула изобретения

1. Способ биорекультивации нефтезагрязненных почв с использованием микроорганизмов, отличающийся тем, что высаживают на участок нефтезагрязненной почвы предпочтительно растения, формирующие в своей прикорневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием и одновременно повышенными эмульгирующими свойствами, причем биомасса подземной части растений должна составлять не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют следующие растения: клевер луговой, клевер ползучий, кострец безостый, полевица тонкая, пырей ползучий, мятлик луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв.

В большинстве известных способах биорекультивации нефтезагрязненных почв повышение углеводородокисляющих микроорганизмов достигается с помощью их интродукции (Боронников В.Д., Шеховцов П.В., Шеховцов П.В. Способ ускоренной рекультивации почвы, зафязненной нефтепродуктами. Патент РФ № 2066944. 1996; Дядечко В.И., Нестеров И.И., Толстокорова Л.Е., Платонова С.В. Способ очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений. Авторское свидетельство СССР №1428809. 1985). Рекомендуемая численность микроорганизмов при внесении для получения значимого эффекта обычно составляет 10⁶-10⁷ кл/г почвы (Сидоров Д.Г., Борзенков И.А., Милехина Е.И., Беляев С.С., Иванов М.В. Микробиологическая деструкция мазута в почве при использовании биопрепарата Деворойл // Прикладная биохимия и микробиология. 1998. Т. 34. № 3. С.281-286; Лисина Т.О., Гаранькина H.Г., Круглев Ю.В. Влияние интродуцируемых в почву микроорганизмов - деструкторов пестицидов на рост и развитие растений // Прикладная биохимия и микробиология. 2001. Т. 37. № 3. С.374-378). Недостаток таких способов - высокая стоимость микробных препаратов, которые должны в больших количествах вноситься в загрязненную почву.

Также известен способ, при котором в загрязненную почву вносятся вещества с поверхностно-активными свойствами. Данные вещества повышают эмульгирующую способность почвенного раствора, что приводит к диспергированию нефтяной пленки в эмульсию, увеличению площади контакта нефтяных капелек с клетками бактерий, улучшению аэрации и уменьшению гидрофобности почвы (Москвиченко М.В., Стабникова Б.В., Иванов В.К., Панежда И.А. Использование биогенных поверхностно-активных веществ в микробиологической очистке почвы от углеводородов нефти //Микробиологический журнал. 1993. Т. 55. № 1. С.75-78.). Недостаток способа - его дороговизна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ ускоренной рекультивации нефтезагрязненных почв, предусматривающий использование комплекса методов: механического - промывка грунта и отделение нефтепродуктов (НП) от воды в нефтеловушке; аэрация, экранизация семян растений от НП; фитомелиоративный - использование интенсивно растущих многолетних трав; микробиологический - использование ассоциированной культуры углеводородокисляющих бактерий; агрохимический - спорадическое внесение в НЗН неорганических удобрений, содержащих источники азота, фосфора и калия (пат. РФ №2066944, МПК А 01 В 79/02, бюл.№27, 1996 г.).

Недостатки способа-прототипа - сложность и дороговизна процесса.

Задачей создания изобретения является упрощение процесса и повышение степени очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ биорекультивации нефтезагрязненных почв с использованием микроорганизмов, и отличительных существенных признаков, таких как: высажывают на участок нефтезагрязненной почвы предпочтительно растения, формирующие в своей прикорневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием и одновременно повышенными эмульгирующими свойствами, причем биомасса подземной части растений должна составлять не менее 71,8 г/м² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы.

Количественные значения - не менее 71,8 г/м ² в пересчете на сухой вес или 143,6 г/м² сырого веса биомассы - свидетельствуют о экономической целесообразности и осуществимости способа.

В пункте 2 формулы изобретения уточняется предпочтительный вид используемых растений в способе, а именно: используют следующие растения: клевер луговой, клевер ползучий, кострец безостый, полевица тонкая, пырей ползучий, мятлик луговой, ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, тысячелистник обыкновенный.

Вышеперечисленные признаки позволяют эффективно очищать нефтезагрязненную почву и упрощают процесс.

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидным для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

В предлагаемом способе увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов достигается с помощью высадки в загрязненную нефтью почву растений, которые формируют в своей корневой зоне микробное сообщество с повышенным их содержанием. Данные микробно-растительпые системы способны к тому же к выработке биосурфактантов, также способствующих самоочищению почвы от загрязнения.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации, который приведен ниже.

Пример 1. Объектом исследования служили нефтезагрязненные площадки почвы, на которых измеряли концентрацию остаточной нефти, численность углеводородокисляющих микроорганизмов и эмульгирующую способность нефтезагрязнснной почвы через два и три года после загрязнения. Доза внесенной нефти составляла 24 л/м². При этом постоянно убирали растения, поселявшиеся на нефтезагрязненных площадках.

Пример 2. Опыт проводили аналогично примеру 1. Отличие заключалось в том, что растительность с нефтезагрязненных участков не уничтожалась. Причем оценивали в прикорневой зоне растений численность углеводородокисляющих микроорганизмов, а также измеряли эмульгирующую активность в водных вытяжках из ризосферной почвы. Объектом исследования служили наиболее часто встречавшиеся и наименее угнетенные на площадках растения: клевер луговой (Trifolium pratense L.), клевер ползучий (Г. repens L.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leys.) Holub.), полевица тонкая (Agrostis tenuis Sibth.), пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), мятлик луговой (Poa pratensis L.), ежа сборная (Dactylis glomerala L), тимофеевка луговая (Phlcum pratense L.), овсяница луговая (Festuca prutcnsis Huds.), тысячелистник обыкновенный {AchUlea millefolium L.), которые продуцировали более 90% всей фитомассы на загрязненных участках.

Как видно из таблицы 1, численность микроорганизмов, способных к окислению углеводородов нефти, в ризосфере данных растений составляла 10⁷-10 ⁸ в 1 г почвы, и таким образом, она соответствует или даже больше количества микробных клеток, которое обычно рекомендуется для внесения в почву при ее рекультивации. Также показано, что эмульгирующая способность в водных вытяжках из ризосферы примерно в 5-10 раз больше, чем из почвы без растений (табл. 2).

Концентрация остаточной нефти через год после внесения нефти на площадках с растениями и без растений была одинаковой, что связано с крайне низкой биомассой корней, выросших на загрязненной почве растений (табл. 3). В последующие годы наблюдалось увеличение массы корней растений, заселяющих нефтезагрязненную почву, и вместе с этим более значительное уменьшение остаточной нефти на площадках с растениями. Через три года после загрязнения почва площадок, на которых формировалась растительность, содержала в два раза меньше остаточной нефти, чем почва участков без растений.

Таблица 1
Численность углеводородокисляющих и кометаболизирующих углеводороды микроорганизмов в ризосфере и почве без растений
Вид растения, ризосфера которого была исследована	Численность углеводородокисляющих микроорганизмов, кл/г	Численность микроорганизмов, соокисляющих октадекан и глюкозу, кл/г
Нефтезагрязненная почва через 2 года после загрязнения
Клевер луговой	1,1·10 8		1,2·108
Клевер ползучий	1,3·108		1,8·10 8
Кострец безостый	6,1·107		2,8·108
Полевица тонкая	1,2·108		3,0·10 8
Пырей ползучий	7,4·107		1,2·108
Мятлик луговой	1,4·108		4,7·10 8
Ежа сборная	2,4·108		7,6·108
Тимофеевка луговая	2,1·108		2,5·10 8
Овсяница луговая	1,3·10 8		1,7·108
Тысячелистник обыкновенный	3,1·108		3,3·10 8
Почва без растений	1,1·10 5		2,1·105
Нефтезагрязненная почва через 3 года после загрязнения
Клевер луговой	5,0·10 7		3,8·10
Клевер ползучий	9,1·10 7		1,1·107
Кострец безостый	1,0·107		7,7·10 7
Полевица тонкая	6,5·10 7		2,4·108
Пырей ползучий	4,0·107		8,0·10 7
Мятлик луговой	3,3·107		2,1·108
Ежа сборная	2,2·108		3,9·10 8
Тимофеевка луговая	1,6·10 8		2,0·108
Овсяница луговая	3,4·108		3,7·10 8
Тысячелистник обыкновенный	1,7·10 8		1,9·108
Почва без растений	1,2·105		1,9·10 5

Таблица 2
Эмульгирующая способность вытяжек из ризосферы и почвы без растений
Вид растения, ризосфера которого была исследована	Эмульгирующая способность (Е 24), %
Нефтезагрязненная почва через 2 года после загрязнения
Клевер луговой	22,6
Клевер ползучий	24,8
Кострец безостый	21,1
Полевица тонкая	26,7
Пырей ползучий	24,8
Мятлик луговой	26,8
Ежа сборная	26,3
Тимофеевка луговая	28,4
Овсяница луговая	29,7
Тысячелистник обыкновенный	25,8
Почва без растении	3,8
Нефтезагрязненная почва через 3 года после загрязнения
Клевер луговой	15,5
Клевер ползучий	25,2
Кострец безостый	27,0
Полевица тонкая	25,7
Пырей ползучий	22,5
Мятлик луговой	23,1
Ежа сборная	24,9
Тимофеевка луговая	28,3
Овсяница луговая	23,5
Тысячелистник обыкновенный	22,5
Почва без растений	2,9

Таблица 3
Влияние зарастания растениями нефтезагрязненных площадок на их самоочищение
Площадки		Воздушно-сухой вес подземной биомассы, г/м2	Концентрация остаточной нефти (гексановая экстракция), %
Нефтезагрязненная почва через 1 год после загрязнения
С растениями		7,1-13,9	4,5
Без растений		-	4,5
Нефтезагрязненная почва через 2 год после загрязнения
С растениями		71,8-122,9	2,2
Без растений		-	3,9
Нефтезагрязненная почва через 3 год после загрязнения
С растениями	183,1-209,3		1,6
Без растений	-		3,2