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