Очистка вод от нефтепродуктов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Февраля 2015 в 22:27, доклад

Описание работы

Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано для очистки поверхности природных и искусственных водоемов, сточных вод и жидких отходов производств от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с одновременной утилизацией загрязнения микроорганизмами.

Файлы: 1 файл

очистка от нефтепродуктов.docx

— 133.85 Кб (Скачать файл)

РЕФЕРАТ

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано для очистки поверхности природных и искусственных водоемов, сточных вод и жидких отходов производств от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с одновременной утилизацией загрязнения микроорганизмами. Биосорбент включает нефтеокисляющие микроорганизмы, а именно биомассу штамма бактерий Rhodococcus erythropolis HK-16 или Arthrobacter sp.HK-15 или дрожжевого гриба Candida lipolytica КБП-3308 или Candida guilliermondii КБП-3175, или Pichia guilliermondii КБП-3205, или их бактериально-дрожжевого консорциума, иммобилизованного в гидрофобный сорбент нефти на основе торфа путем обрастания сорбента бактериями и/или грибами. Изобретение позволяет осуществлять одновременно сорбцию и утилизацию нефти и нефтепродуктов с водной поверхности за счет применения штаммов бактерий и дрожжевых грибов, способных к иммобилизации на гидрофобном сорбенте и характеризующихся высокой биодеструкционной активностью при ликвидации интенсивных (более 40% нефти) загрязнений. 1 табл. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано для очистки поверхности природных и искусственных водоемов, сточных вод и жидких отходов производств от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с одновременной утилизацией загрязнения микроорганизмами.

 

Известны гидрофобные сорбенты на основе торфа (патенты РФ №2116128, №2191067, №2201898, заявка №2003127857). Все гидрофобные сорбенты характеризуются высокой нефтеемкостью и плавучестью.

 

Известен гидрофобный органоминеральный нефтяной сорбент "СОРБОНАФТ" (ТУ 0392-001-55763877-2003). Сорбент получен по способу, описанному в патенте РФ №2214859.

 

Максимальная поглотительная способность сорбента составляет 650%, крупность частиц насыпного сорбента 0,2-3,0 мм.

 

Недостатком этого сорбента является то, что собранную с поверхности воды нефть необходимо либо отделять от сорбента, что требует дополнительных затрат, или утилизировать сорбент вместе с нефтью, что является экономически не выгодным.

 

Известен сорбент НАФТОКС для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов (патент РФ №2053205), выбранный нами за прототип, включающий аэробные нефтеокисляющие бактерии, взятые в эффективном количестве, и наполнитель в виде органического или минерального твердого субстрата, например торфа, дерновоподзолистой почвы, чернозема, торфяно-навозного компоста.

 

Недостатком этого биопрепарата является то, что применяемый субстрат не обладает гидрофобностью на поверхности воды.

 

 Задачей изобретения является  получение биосорбента, способного осуществлять одновременно сорбцию и утилизацию нефти и нефтепродуктов с водной поверхности за счет применения микроорганизмов, способных к иммобилизации на гидрофобном сорбенте и характеризующихся высокой биодеструкционной активностью при ликвидации интенсивных (более 40% нефти) загрязнений.

 

В этом состоит технический результат.

 

Технический результат достигается тем, что биосорбент для очистки водной поверхности от нефти и нефтепродуктов, включающий нефтеокисляющие микроорганизмы, взятые в эффективном количестве, и носитель, отличается тем, что в качестве носителя содержит гидрофобный нефтяной сорбент на основе торфа, в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов - штаммы бактерий Rhodococcus erythropolis, Arthrobacter sp. или дрожжевые грибы Candida lipolytica, Candida guilliermondii, Pichia guilliermondii, или их бактериально-дрожжевой консорциум, иммобилизованный на нефтяном сорбенте, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

штаммы бактерий или  

дрожжевые грибы, или   

бактериально-дрожжевой консорциум 20-30

гидрофобный нефтяной сорбент на основе торфа остальное.

 

 

 

Штаммы бактерий (Rhodococcus erythropolis, Arthrobacter sp.) и дрожжевых грибов (Candida lipolytica, Candida guilliermondii, Pichia guilliermondii) не депонированы, хранятся в коллекции Института биологии КНЦ УрО РАН, дрожжевые культуры также хранятся на кафедре биологии почвы факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Авторами разработки штаммам и грибам присвоены следующие обозначения:

 

Rhodococcus erythropolis - НК-16;

 

Arthrobacter sp. - НК-15;

 

Candida lipolytica - КБП-3308;

 

Candida guilliermondii - КБП-3175;

 

Pichia guilliermondii - КБП-3205.

Штаммы бактерий (Rhodococcus erythropolis, Arthrobacter sp.) и дрожжевых грибов (Candida lipolytica, Candida guilliermondii, Pichia guilliermondii) не депонированы, хранятся в коллекции Института биологии КНЦ УрО РАН, дрожжевые культуры также хранятся на кафедре биологии почвы факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Авторами разработки штаммам и грибам присвоены следующие обозначения:

 

Rhodococcus erythropolis - НК-16;

 

Arthrobacter sp. - НК-15;

 

Candida lipolytica - КБП-3308;

 

Candida guilliermondii - КБП-3175;

 

Pichia guilliermondii - КБП-3205.

 

Штаммы микроорганизмов получены путем их выделения из нефтепродуктов и нефтезагрязненных субстратов на питательных средах методом чередования накопительных и чашечных культур с обязательной проверкой чистоты (Литвиненко С.Н. Защита нефтепродуктов от действия микроорганизмов. - М.: Изд-во «Химия», 1977). Для выделения культур микроорганизмов применима среда следующего состава: КН2PO 4 - 2,5; NH4NO3  - 5,0; MgSO4×7H2 O - 1,0; H2O - 1 л и нефть - 5,0 г. В случае твердых питательных сред добавляют 20 г агара на 1 л среды.

 

Микроорганизмы и их консорциум, как и биосорбент в целом, характеризуются как экологически нетоксичные. Экспериментальная оценка степени опасности препаратов проведена в соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды», утвержденными Приказом МПР России от 15 июня 2001 г. №511. Полученные результаты подтверждены двумя стандартными методами биотестирования с применением дафний («Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний Daphnia magna», ФР 1.1.39.2001-00-283) и водорослей («Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей Scenedesmus quadricauda», ФР 1.1.39.2001-00-284). Испытания проводились в аккредитованной лаборатории экотоксикологического анализа почв факультета почвоведения МГУ (ЛЭТАП) (аттестат аккредитации №РОСС RU.0001.513050).

 

Rhodococcus erythropolis (HK-16) получен путем селекции из природных образцов нефтесодержащих почв 203-й скважины Усинского района Республики Коми. Идентифицирован Институтом биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина 13.04.01. Грамположительные бактерии образуют слизистые колонии кремового цвета на большинстве питательных сред. В молодых культурах преобладают прямые или слегка искривленные слабо ветвящиеся палочки, которые с возрастом распадаются до кокковидных форм.

 

Arthrobacter sp. (НК-15) выделен из нефтезагрязненной почвы 203-й скважины Усинского района Республики Коми в 1999 г. Грамотрицательные аэробные палочковидные бактерии образуют слизистые округлые колонии кремового цвета на МПА.

 

Candida guilliermondii (КБП-3176; НК-302) предоставлена авторами из коллекции микроорганизмов кафедры биологии почвы факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Выделена в НИИ генетики промышленных микроорганизмов в 1990 г. из ароматических углеводородов. Колонии на среде сусла гладкие, серо-белые, мелкозернистые.

 

Pichia guilliermondii (КБП-3205; НК-303) предоставлена авторами из коллекции микроорганизмов кафедры биологии почвы факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова, выделена в 1982 г. из имаго Aedes diantaeus. Томская область, п.Басандайка. Колонии на среде сусла гладкие, серо-белые, мелкозернистые.

 

Candida lipolytica (КБП-3308; НК-304, анаморфа - Yarrowia lipolytica) предоставлена авторами из коллекции кафедры биологии почвы факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова, выделена в 1992 г. из пластовых вод Бондюжского нефтяного месторождения. Колонии на среде сусла гладкие, серо-белые, мелкозернистые.

 

Способ получения биосорбента включает иммобилизацию на нефтяном гидрофобном сорбенте дрожжевых грибов Candida lipolytica, Candida guilliermondii, Pichia guilliermondii и культур бактерий Rhodococcus erythropolis, Arthrobacter sp. в количестве от 10 до 50 процентов (по сухому весу) с последующей сушкой на воздухе. Биосорбент, содержащий не менее 20% микроорганизмов, наносят на нефтезагрязненную водную поверхность, при этом осуществляется одновременная биодеструкция адсорбированной нефти бактериально-дрожжевой ассоциацией.

 

Способ получения биосорбента и его свойства показаны на примерах. В качестве гидрофобного нефтяного сорбента на основе торфа использовали сорбент с торговым названием «СОРБОНАФТ».

 

В опыте предусматривалось иммобилизирование микроорганизмов в нефтяной сорбент, затем, после нанесения сорбента на нефтезагрязненную водную поверхность, определение степени деструкции ими адсорбированной сорбентом нефти.

 

В условиях лаборатории проведены испытания биосорбента с целью оптимизации процесса деградации нефти на загрязненных водных поверхностях. В соответствии с этим в первой части опыта сорбент обогащали микроорганизмами, во второй полученный биосорбентобогащенный микроорганизмами сорбент распыляли на водную поверхность с нанесенным на нее определенным количеством нефти.

 

I. В небольшие емкости (лотки) на  дно наливали по 20 мл питательной  среды (15% неохмеленное пивное сусло), 20 г сорбента «СОРБОНАФТ» помещали в лоток, затем сверху распределяли по 20 мл культуры микроорганизмов (м/о). Лотки помещали в небольшие полиэтиленовые мешочки для уменьшения испарения влаги. Рост микроорганизмов продолжался в течение 9 суток.

 

Использовали следующие м/о:

 

1. Pichia guilliermondii;

 

2. Candida lipolytica;

 

3. Candida guilliermondii;

 

4. Rhodococcus erythropolis;

 

5. Arthrobacter sp.;

 

6. Pichia guilliermondii + Candida lipolytica + Candida guilliermondii + Rhodococcus erythropolis + Arthrobacter sp.

 

Внешних признаков изменения массы сорбента не наблюдалось, хотя можно было заметить некоторое уплотнение массы сорбента. Через 9 дней была выполнена вторая часть опыта.

 

II. В чашки диаметром 19 см была  налита вода, расстояние от края  до уровня воды составило 1,5-2 см. На поверхность воды была налита  нефть и затем были рассыпаны  образцы биосорбента. Нефть сорбировалась в течение нескольких минут. Исходное содержание нефти составило 46%. После 27 суток опыта с поверхности воды биосорбент был собран и помещен в лотки для высушивания и дальнейшего анализа.

 

Под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов происходит утилизация нефти. Определение остаточной нефти в сорбенте показало, что через две недели опыта бактерии (Rhodococcus erythropolis, Arthrobacter sp.) и дрожжевые грибы (Candida lipolytica, Candida guilliermondii, Pichia guilliermondii) способствовали деструкции нефти, снижение загрязнения произошло на 31,5% (при использовании Candida lipolytica), на 30% (при использовании Candida guilliermondii или Pichia guilliermondii) и на 35% и 33% в вариантах с Rhodococcus erythropolis и Arthrobacter sp.

 

Этот опыт был повторен с консорциумом (ассоциацией) вышеуказанных микроорганизмов (Rhodococcus erythropolis+Arthrobacter sp.+Candida lipolytica+Candida guilliermondii+Pichia guilliermondii).

 

В течение 9 суток биосорбент активно обрастал грибами, мицелий был хорошо заметен. В чашки диаметром 19 см на поверхность воды была налита нефть и на поверхность были рассыпаны образцы сорбента с микроорганизмами. Нефть сорбировалась около 1 ч. После 27 суток опыта с поверхности воды сорбент был собран и помещен в лотки для высушивания и дальнейшего анализа. В таблице 1 приведены химические свойства биосорбента после микробиологической трансформации нефтезагрязнения.

 

Как видно из таблицы 1, имело место заметное (на 30-41%) снижение уровня загрязнения биосорбентов нефтью как с препаратами на основе монокультур микроорганизмов, так и в их ассоциациях. За время опыта (27 суток) уровень загрязнения в биосорбенте с использованием комплекса микроорганизмов (Candida lipolytica + Candida guilliermondii + Pichia guilliermondii + Arthrobacter sp. + Rhodococcus erythropolis) снизился на 41%. С разрушением нефтезагрязнения и жизнедеятельностью микроорганизмов связано заметное накопление в сорбенте элементов-биогенов (азот, фосфор, калий).

 

По завершении опыта для определения количества микроорганизмов были взяты пробы воды под сорбентом и самого сорбента, остававшегося на водной поверхности. Количество микроорганизмов в воде под сорбентом незначительно, а в сорбенте - сплошной рост, что позволяет судить о сравнительно прочном закреплении дрожжевых грибов и бактерий на сорбенте, загрязненном нефтью, и, следовательно, о возможности их применения для деструкции нефти, собранной сорбентом на водной поверхности.

 

Последующая опытно-производственная проверка адсорбционной и нефтедеструкционной способности биопрепарата в полевых условиях (на водной нефтезагрязненной поверхности в Усинском районе Республики Коми) показала высокую сорбционную способность (1 часть биопрепарата:6 частей нефти) и заметное (на 51%) снижение уровня загрязнения нефти в биосорбенте за вегетационный период.

 

Пример.

 

Для получения биосорбента в качестве компонентов брали штаммы бактерий: Rhodococcus erythropolis НК-16 или Arthrobacter sp. HK-15 или дрожжевого гриба: Candida lipolytica КБП-3308 или Candida guilliermondii КБП-3175, или Pichia guilliermondii КБП-3205, или их бактериально-дрожжевого консорциума и гидрофобный нефтяной сорбент «СОРБОНАФТ». Осуществляли иммобилизацию штамма в сорбент путем обрастания по вышеописанному способу. По окончании процесса обрастания полученную фракцию высушивали и определяли количественное соотношение биомассы штаммов и гидрофобного сорбента. Содержание биомассы штамма, иммобилизованного в гидрофобный сорбент, и биодеструктивная активность полученных биосорбентов приведены в таблице 1.

 

Таким образом, биосорбент способен осуществлять одновременно сорбцию и утилизацию нефти и нефтепродуктов с водной поверхности за счет применения штаммов бактериально-дрожжевого консорциума, способных к иммобилизации на гидрофобном сорбенте.

Таблица 1

 Вариант Химические показатели биосорбента Убыль нефти, % Биомасса штамма, иммобилизованного в гидрофобный сорбент, %

 pH азот гидролиз. фосфор калий

 мг на 100 г в.с.в.

Candida lipolytica КБП-3308 4,59 8,4 7,6 14,8  31,5 25

Candida guilliermondii КБП-3175 6,70  6,9 6,8 12,8  30,0 24

Pichia guilliermondii КБП-3205 6,74  6,4 6,1 12,3  30,0 28

Rhodococcus erythropolis HK-16 6,10  7,0 7,2 17,9  35,0 20

Arthrobacter sp. HK-15 6,00 6,8 7,5 16,9  33,0 30

Candida lipolytica КБП-3308 + Candida guilliermondii КБП-3175 + Pichia guilliermondii КБП-3205 + Arthrobacter sp. HK-15 + Rhodococcus erythropolis HK-16 6,36  7,0 2,6 10,6  41,0 24

 

 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

 

Биосорбент для очистки водоемов от нефтепродуктов, включающий нефтеокисляющие микроорганизмы, взятые в эффективном количестве, и носитель, отличающийся тем, что в качестве носителя биосорбент содержит гидрофобный нефтяной сорбент на основе торфа, а в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов - биомассу штамма бактерии - Rhodococcus erythropolis HK-16 или Arthrobacter sp.HK-15, или дрожжевого гриба Candida lipolytica КБП-3308 или Candida guilliermondii КБП-3175 или Pichia guilliermondii КБП-3205 или их бактериально-дрожжевого консорциума, иммобилизованного в гидрофобный сорбент нефти на основе торфа путем обрастания сорбента бактериями и/или грибами, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Информация о работе Очистка вод от нефтепродуктов