Состав для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов

 

Использование: в области защиты окружающей среды, в частности при очистке воды, почвы, поверхностей, призабойной зоны скважины от загрязнений, а также для очистки от разливов нефти и загрязнений нефтепродуктами. Сущность изобретения: для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов используют состав, включающий, мас.%: фосфорсодержащая соль 0,005 - 0,15, азотсодержащая соль 0,001 - 0,15, калийсодержащая соль 0,001 - 0,05, родококк 1418 0,04 - 0,06, родококк 1715 0,04 - 0,06, вода остальное. 3 табл.

Изобретение относится к очистке воды, почвы, поверхностей, призабойной зоны скважины от загрязнений и может быть использовано для очистки от разливов нефти и загрязнений нефтепродуктами.

Известен селекционированный в длительном непрерывном процессе природный штамм углеводородокисляющих дрожжей Candida guillermondii ВСБ-569 (депонирован в ЦМПМ ВНИИсинтезбелок, 1976), активно развивающийся при pH среды 3,5 6,0 и окисляющий комплексообразующие соединения нефтяного дистиллята Мангышлакской нефти, развивающийся на сырой Мангышлакской нефти (парафино-нафтенового типа) и кубовом остатке [1] Штамм непатогенен и нетоксичен.

В лабораторных экспериментах определена эффективность очистки воды этим штаммом от загрязнений нижневартовской товарной нефтью (1 об. нефти в водопроводной воде) при температуре 30^oC, без добавки питательных солей.

На четвертые сутки глубина утилизации углеводородов составила около 42% а по ароматическим углеводородам около 35^oC.

Известен способ очистки воды, почвы от нефтяных загрязнений, состоящий во введении в зону загрязнений бактериальной культуры Pseudomonas putida 36 в смеси с комплексным минеральным удобрением аммофоской, содержащим азот в нитратной и аммонийной форме, фосфор и калий [2] Добавка комплексного удобрения позволяет увеличить степень очистки загрязненных нефтью воды и почвы.

Недостатком состава является использование в качестве активного компонента штамма Pseudomonas putida -36, обладающего гемолитической и желатиназной активностью и нитратных форм азота, существенно снижающих самоочистительную способность водоемов.

Существенным недостатком известного способа, значительно ограничивающим область его применения, является потеря активности культуры Pseudomonas putida при снижении pH среды ниже 6,0.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав для очистки воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, включающей микроорганизмы типа Candida guillermondii, фосфорсодержащую азотсодержащую соли и воды [3] Недостатком известного состава является невысокая эффективность очистки.

Целью изобретения является увеличение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что состав для очистки от нефти и нефтепродуктов, включающий фосфорсодержащую, азотсодержащую соли, микроорганизмы и воду, согласно изобретению в качестве микроорганизмов содержит штаммы родококков 1418 и 1715 и дополнительно калийсодержащую соль при следующем соотношении компонентов, мас.

фосфорсодержащая соль 0,005 0,15 азотсодержащая соль 0,001 0,15 калийсодержащая соль 0,001 0,05 родококк 1418 0,04 0,06 родококк 1715 0,04 0,06 вода остальное Существенными признаками изобретения являются:
1) фосфорсодержащая соль;
2) азотсодержащая соль;
3) калийсодержащая соль;
4) микроорганизмы;
5) родококк 1418;
6) родококк 1715;
7) вода;
8) количественное соотношение компонентов.

Признаки 1, 2, 4, 7 являются сходными с прототипом, признаки 3, 5, 6, 8 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Применением разработанного состава решается задача очистки грунтов и акваторий от нефтяных загрязнений, а также комплексная очистка аналогичных объектов после применения механических, адсорбционных и химических методов. Состав может применяться также для очистки призабойной зоны, забоя и насосно-компрессорных труб от парафинисто-смолисто-асфальтеновых отложений.

Состав включает два высокоактивных штамма бактерий деструкторов нефти, не патогенных для людей, животных и растений.

Состав и продукты биодеструкции нефти на оказывают вредного действия на окружающую среду. Состав может применяться в любых ландшафтах независимо от типа загрязненного объекта (грунт, почва, пути сообщения, городская среда, вода, болота и т.д.). При снижении загрязнения ниже уровня ПДК состав теряет свою биологическую активность из-за отсутствия углеводорода как источника питания и энергии для бактерий.

Состав представляет собой концентрированную суспензию жизнеспособных и активных клеток бактерий. Он характеризуется широким диапазоном резистентности к температурному режиму (от 8 до 40^oC), с температурным оптимумом 15 - 20^oC, поэтому может эффективно применяться в различных климатических условиях.

Состав действует при уровне загрязнения объекта нефтью и нефтепродуктами до 20% но наиболее эффективен при низком уровне загрязнения (0,1 0,5%), который остается после механической или химической очистки.

Состав легко и полностью растворяется в воде.

Без потери активности сохраняется: при комнатной температуре в течение 10 дней; при температуре 4 8^oC в течение 1 месяца, затем наблюдается снижение числа жизнеспособных клеток на один порядок каждые 15 20 дней.

Применение состава.

Применение состава не требует больших материальных затрат. Техника применения проста и доступна.

Приготовление рабочего раствора для обработки грунтов, почвы, путей сообщения, болот.

Для приготовления 1 т рабочего раствора 1 кг густой суспензии радококков 1418 и 1715 вносят при перемешивании в 10 л емкости с пресной водой. Желательно, чтобы температура воды была около 20^oC. Перемешивание осуществляют до полного исчезновения осадка. Готовый раствор переносят в емкость с 900 л пресной воды. В эту жидкость вносят соли при перемешивании, добиваясь полного их растворения. Общий объем доводят до 1000 л.

Приготовление рабочего раствора состава для обработки водной поверхности.

Для приготовления 1 т рабочего раствора 0,1 кг густой суспензии родококков 1418 и 1715 вносят при перемешивании в 10 л емкость с пресной водой. Желательно, чтобы температура воды была около 20^oC. Перемешивание осуществляют до полного исчезновения осадка. Готовый раствор переносят в емкость с 900 л пресной воды. Там же готовят раствор солей при перемешивании, добиваясь полного их растворения. Раствор также переносят в емкость. Общий объем доводят до 1000 л.

Технические средства для применения состава.

Обработка почвы и воды осуществляется с помощью поливальных машин емкостью 5 или 10 м³. Приготовленные растворы заливаются через верхний люк в наполненную водой цистерну и перемешиваются в течение 5 7 мин.

Вместо поливальных машин можно использовать пожарные машины. Предварительно необходимо промыть емкость пожарной машины 2 3 объемами воды для очистки ее от специальных растворов, использующихся при тушении пожаров.

Обработка водоемов.

Рабочий раствор готовят непосредственно перед использованием. На водную поверхность наносят его из расчета 1 л на 1 м² поверхности. Нанесение осуществляют с помощью дождевания или распыления. Через 10 15 дней проводят повторную обработку загрязненной поверхности. При необходимости в случае высокого уровня загрязнения проводят третью обработку через 10 15 дней после второй.

Эффективность очистки оценивают по анализу воды и донных отложений на содержание в них углеводородов нефти до, в процессе и после проведения очистки.

Обработка почвы.

Обработку загрязненной почвы проводят аналогично обработке водоемов. При пересыхании обрабатываемой поверхности в летний период рекомендуется проводить полив и рыхление.

Эффективность очистки оценивают по анализу почвы или грунта на содержание в них углеводородов нефти до, в процессе и после проведения очистки.

Характеристика исходных продуктов.

В качестве фосфорсодержащей соли может быть использован диаммонийфосфат (NH₄)₂HPO₄ ГОСТ 3772-74, дикалийфосфат K₂HPO₄ ГОСТ 2439-75 и т.п.

В качестве азотсодержащей соли может быть использован диаммонийфосфат, нитрат калия KNO₃ ГОСТ 19790-74 и т.п.

В качестве калийсодержащей соли может быть использован нитрат калия, дикалийфосфат K₂HPO₄ ГОСТ 2493-75 и т.п.

Характеристика штаммов родококков 1418 и 1715.

Штамм 1418 получен заявителями при выделении углеводородокисляющих бактерий из пластовых вод контрольной насыпной модели пласта, способен к активному росту при использовании в качестве единственного источника углерода и энергии углеводородов (парафин C₉-C₂₂ или гексадекан, или нефть). Причем рост наблюдается, главным образом, на границе раздела фаз углеводород вода.

Штамм идентифицирован по физиолого-биохимическим, культуральным признакам, содержанию ГЦ пар в ДНК (69 0,1 мол.) и типу клеточной стенки (IУ) как Rhodococcus sp. 1418 (ruber); хранится на минеральной среде с нефтью в качестве источника углерода при 8^oC с обязательным пересевом один раз в 6 месяцев.

Морфологические признаки: при росте на мясопептонном агаре при 30^oC четырехсуточная культура образует палочки неправильной формы, часто соединенные в цепочки по 3 и более. Палочки неподвижные.

Рост на жидких средах.

На мясопептонном бульоне, разбавленном 1:1 минеральной средой Раймонда, при 30^oC через 4 сут. наблюдается помутнение среды, беловатый, толстый, довольно плотный осадок, заметно образование пленки на поверхности среды и тонкого пристеночного кольца.

Основные физиологические признаки штамма 1418 представлены в табл. 1.

При выращивании на смеси жидких парафинов (C₉-C₂₂) и гексадекана в соотношении 1: 1 при 30^oC в течение 14 сут. штамм 1418 активно образует жирные кислоты. В небольших количествах образуются C_16:0 жирная кислота 382,0 мкг/л и C_18:0 жирная кислота 763,0 мкг/л (табл. 2).

Штамм Rhodococcus sp. 1418 (ruber) способен достаточно активно биодеградировать нефть, присутствующую в качестве единственного источника углерода и энергии в количестве 5 об. Соотношение между нормальными и изопреноидными алканами ⁽nor^/iso⁾ в нефти через 30 дней воздействия микроорганизма изменяется от 3,24 до 1,65.

При содержании нефти 10 об. за 30 дней воздействия штамма 1418 соотношение nor^/iso меняется от 3,84 в исходной нефти до 1,61 в нефти, подвергшейся биодеградации.

Предлагаемый штамм 1418 деградирует нефть на 51% в течение 4 недель при 5% ее содержании в среде и на 42% при 10% ее содержании в среде.

Штамм 1715, полученный заявителями при выделении углеводородокисляющих бактерий из нефти Бондюжского месторождения, хорошо растет на минеральной среде с углеводородами в качестве единственного источника углерода и энергии (парафин C₉ C₂₂ или гексадекан, или нефть) с фиксированием роста на границе раздела фаз. Штамм идентифицирован по физиолого-биохимическим, культуральными признаками, содержанию ГЦ пар в ДНК (69 0,1 мол.) и типу клеточной стенки (IV) как Phodococcus sp. 1715 (erythropolis), хранится на минеральной среде с нефтью в качестве единственного источника углерода при 8^oC с обязательными пересевами один раз в 6 месяцев.

Морфологические признаки: при росте на мясопептонном агаре при 30^oC четырехсуточная культура образует толстые короткие палочковидные клетки и клетки округлой формы как одиночные, так и объединенные по две под углом и по три в цепочки. Клетки неподвижные.

Пятичасовая культурная представлена тонкими палочковидными клетками, в основном одиночными, иногда соединенными в цепочке по две. Размер клеток 0,5
0,6 x 1,4 2,1 мкм.

Основные физиологические признаки штамма 1715 представлены в табл. 1.

Штамм родококка 1715 при выращивании на минеральной среде Раймонда с жидкими углеводородами (парафин C₉ -C₂₂ и гексадекан 1 1) в количестве 5 об. образует жирные кислоты (основной продукт метаболизма углеводородов), растворенные преимущественно в углеводородах: C_16:1 - 110 мкг/л; C_18:1 650 мкг/л (табл. 2). Штамм Phodococcus sp. 1715 (eruthropolis) при выращивании на нефти в количестве 5 об. снижает концентрацию нормальных парафинов и изопреноидов. За 14 сут. роста соотношение нефти меняется от 4,34 до 2,83.

Штамм 1715 разлагает 65% нефти за срок около 2 недель при 5% содержании ее в минеральной среде Раймонда состава, г/л: Na₂CO₃ 0,1; CaCl₂ x 9H₂O 0,01; MnSO₄ x H₂O 0,02; NH₂HPO₄ x 2H₂O 1,5; KH₂PO₄ 1,0; MgSO₄ x 7H₂O 0,2; NH₄Cl 2,0; NaCl 10; вода дистиллированная 1000 мл.

Полученные результаты показывают (табл. 2), что совместное применение двух штаммов родококков 1418 и 1715 приводит к 4-5-кратному увеличению образования жирных кислот, обладающих нефтеотмывающими и эмульгирующими свойствами. Это является положительным моментом при очистке воды, почвы, насосно-компрессорных труб, забоя и призабойной зоны от асфальтено-смолисто-парафинистых отложений.

В модельных экспериментах в лабораторных условиях по очистке почвы двумя штаммами родококков 1418 и 1715 через 11 сут. наблюдали снижение концентрации нефти (загрязняющий агент) от 5% до 1,25% Результаты одного из лабораторных эксперементов на модели загрязненной нефтью воды и почвы (песка) представлены в табл. 3.

Результаты модельного эксперимента (табл. 3) однозначно показывают, что совместное применение двух штаммов родококков 1418 и 1715 существенно снижает уровень загрязнения как в модели грунта, так и в модели воды: через 10 дней на 56,1 57,0% через 20 дней на 63,1 67,0% через 30 дней на 75 80%
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Смешивают фосфорсодержащую соль диаммонийфосфат 50 г, азотсодержащую соль диаммоний фосфат 10 г, калийсодержащую соль нитрат калия 10 г, родококк 1418 400 г, родококк 1715 600 г, воду 8930 г. Состав распыляют над поверхностью воды с расходом 1 л/м² загрязненной нефтью (первоначальный уровень загрязнения составлял 100 мг/л). После 10 сут. выдержки при температуре 20 25^oC загрязнение уменьшилось до 0,005 мг/л.

Пример 2. Смешивают фосфоросодержащую соль диаммонийфосфат 100 г, азотсодержащую соль нитрат калия 50 г, калийсодержащую соль -дикалийфосфат 30 г, родококк 1418 500 г, родококк 1715 500 г, воду 8820 г. Смесь распыляют на поверхности почвы с расходом 10 л/м², загрязненной дизтопливом (уровень загрязнения равен 5000 мг/кг). После 15 сут. выдержки при температуре 20 25^oC загрязнение уменьшалось до 1500 мг/кг, а после повторной обработки до 140 мг/кг, после третьей обработки до 0,5 мг/кг.

Пример 3. Смешивают фосфорсодержащую соль диаммонийфосфат 150 г, калийсодержащую соль дикалийфосфат 150 г, азотосодержащую соль нитрат калия 50 г, родококк 1418 600 г, родококк 1715 600 г, воду 8450 г. Смесь распыляют на болоте с расходом 10 л/м² при уровне загрязнения 10000 мг/кг. После трехкратной обработки уровень загрязнения снизился до 1 мг/кг.

Применение предложенного состава позволит повысить эффективность очистки до предельно допустимой концентрации.

Источники информации
1. SU, авторское свидетельство N 1428809, кл. E 02 B 15/04, 1988.

2. SU, авторское свидетельство N 501581, кл. C 12 K 3/00, 1976.

3. SU, патент N 2007372, кл. C 02 F 3/34, E 02 B 15/04, 1994.

Формула изобретения

Состав для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов, включающий фосфорсодержащую, азотосодержащую соли, микроорганизмы и воду, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют штаммы Rhodococcus sp. (R. ruber) 1418 BKM Ac-1513 D и Rhodococcus sp. (r. erythropolis) 1715 BKM Ac-1514 D и дополнительно калийсодержащую соль при следующем соотношении компонентов, мас.

Фосфорсодержащая соль 0,005 0,15
Азотсодержащая соль 0,001 0,15
Калийсодержащая соль 0,001 0,05
Rhodococcus sp. (R. ruber) 1418 BKM Ac-1513 D 0,04 0,06
Rhodococcus sp. (r. erythropolis) 1715 BKM Ac-1514 D 0,04 0,06
Вода Остальноео

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3