Биосорбент для ликвидации нефти с поверхности водоемов

В настоящее время в связи с резким ухудшением экологической обстановки решение проблем защиты растительности и животного мира от техногенного воздействия становится актуальным вопросом. Главной составляющей этой проблемы является ликвидация последствий разливов нефти в результате аварийных ситуаций различного масштаба и попадания нефти и нефтепродуктов в водную среду. Наиболее оптимальной технологией очистки воды от нефтяных загрязнений является комплексная технология, включающая использование природных неорганических сорбентов и биопрепаратов. Основная составляющая процесса очистки воды от нефтяных загрязнений – это разложение нефтепродуктов углеводородокис-ляющими бактериями. Перспективными являются сложные сорбенты, содержащие, в основном, природные вещества, например на основе алюмосиликатного сырья и штаммов микроорганизмов рода Rhodococus, Pseudomonas [2].

Цель исследования: создание биосорбента, способного локализовать разлив нефти и нефтепродуктов, обладающего высокой углево-дородокисляющей активностью, низкой себестоимостью и эффективностью в отношении мероприятий по очистке водоемов.

Данная цель достигается тем, что в качестве носителя используется глина, мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении, представляющая собой минеральный сорбент, которая обладает высокой сорбционной емкостью 2,70 г/см3, пористостью 46,88%, коэффициентом пористости 0,883, коэффициентом водонасыщения 0,076. Глина состоит из нескольких минералов группы каолинита,

монтомориллонита и других слоистых алюмосиликатов, может содержать песчаные частицы и пыль. Глина содержит 47% (мас.) оксида кремния SiO 2 , оксида алюминия Al 2 O 3 39% и 14% воды. Попадая на поверхность воды, она растекается, обладает высокой плавучестью и вместе со шламом обогащения бурого угля – наполнителем для микроорганизмов Pseudomonas fluo-rescens, обладает нефтепоглащающей способностью, Одновременно за счет микроорганизмов происходит разложение от нефтесоединений [1].

Культура микроорганизмов Pseudomonas fluorescens выделена из почвогрунтов Пермского края, загрязненных нефтепродуктами. Штамм депонирован в международной коллекции ГНУ ВНИИСХМ Россельхозакадемии (г. Санкт-Петербург). Получение биосорбента осуществляется путем глубинного культивирования клеток штамма Pseudomonas fluorescens на минеральной среде следующего состава, масс., г/л: NH 4 Сl – 1,0; KH 2 PO 4 – 2,0; MgSO 4 х 7 H 2 O – 0,5; NaCl – 2,0; FeSO 4 х 7H 2 O – следы; CaCO 3 – 0,5; глюкоза – 10; тимоловый синий – 0,05; H 2 O дестил. – остальное. рН среды – 7,2. К приготовленной смеси добавляется нефть в количестве 0,05 мл, которая образует пленку на поверхности жидкости.

В приготовленную и стерилизованную в автоклаве при 1 атм. в течение 30 минут питательную среду добавляют 1 мл стерильной смеси микроэлементов. Смесь микроэлементов содержит в 1 л воды (г): H3ВО3 – 5; (NH4)2MoO4 – 5; KJ – 0,5; NaBr – 0,5; ZnSO4 х 7 H2O – 0,2; Al2(SO4)3 – 0,3. Указанную смесь микроэлементов предварительно стерилизуют в автоклаве при давлении 0,5 атм. в течение 15 минут. В стерильную питательную среду вышеуказанного состава инокулируют бактериальный штамм Pseudomonas fluorescens в количестве 1 мл с титром 10-13 и ставят в термостат при температуре 28 С. Штамм в термостате подвергают аэрированию с помощью аэратора FAT-mini в течение 2-х суток. Через 2 суток бактериальная культура Pseudomonas fluorescens готова для дальнейших испытаний. После этого проводится иммобилизация бактериальных клеток на носителе – шламе обогащения бурого угля.

Химический состав шлама представляет смесь оксидов следующего состава (%): марганца (IV) – 0,01; железа (III) – 0,82; калия – 0,06; натрия – 0,02; серы – 0,36. Массовая доля влаги в отходах составила 73,7%, содержание органического вещества – 5,93%. Носитель на основе отходов обогащения бурого угля смешивают с жидким препаратом, содержащим бактериальную культуру Pseudomonas fluorescens в количестве 50:50. Полученную смесь перемешивают, раскладывают на горизонтальной поверхности и сушат при температуре 24°С в течение 2-х суток. Просушенную смесь растирают металлическим катком с диаметром 10 см таким образом, чтобы не оставалось крупных кусков, в результате получают биопрепарат с фракционным составом:

В качестве сорбента для опытов была доставлена глина из Березниковского района Пермского края следующего состава (масс. %): SiO2 – 54,7; Al2O3 – 35,5; Fe2O3 – 1,9; CaO – 1,25; MgO – 0,8; Na2O – 0,5; К2O – 0,2; вода – 5,2. Глина данного состава сушилась при комнатной температуре 20-22оС, затем подвергалась дроблению на дробилке «Лабораторная стержневая мельница – дробилка – ЛСМД – 50», после чего получался следующий фракционный состав глины:

Физические свойства глины и шлама обогащения ОФ, используемого для приготовления биопрепарата, представлены в табл. 1 по номенклатуре грунтов ГОСТ 25100-95. Исследования глины и шлама обогащения бурого угля показали, что данные сорбенты схожи по своим физическим свойствам.

Предварительно приготовленную сухую смесь, содержащую в качестве адсорбента глину, смешанную с отходами обогащения бурого угля и бактериальным препаратом в заданном соотношении компонентов, наносили на поверхность воды, содержащую пленочную нефть, с помощью распылителя сорбента РАС-1 (ООО «Лес-сорб» г. Брянск). Доставленную воду из водоема Октябрьского района Пермского края проанализировали на содержание нефти, количество которой составило 68,5 г/л. С данным образцом были поставлены модельные опыты. Опытным путем были установлены оптимальные соотношения всех компонентов сорбента: глины – 70%, отходы обогащения бурого угля – 28,5% и бактериальный препарат нефтеразлагающих микроорганизмов Pseudomonas fluorescence в количестве 1,5%. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 1. Физические свойства сорбентов

Для сравнения были взяты данные исследований с гидрофобизированным вспученным перлитом с инкапсулированной смесью соединений азота, фосфора и бактериальным препаратом, содержащим нефтеразлагающие микроорганизмы Pseudomonas putidas 36 [3]. Данные опытов приведены в табл. 3. Из данных табл. 2

видно, что очистка от нефти с начальным содержанием в воде в количестве 68,5 г/л произошла на 20-й день, и степень очистки составила 93,298,8%. Согласно табл. 3 очистка произошла на 28 день, и степень очистки составила 80,0-83,7% (при первоначальным содержании нефти 40 г/л).

Таблица 2. Результаты исследования содержания нефти и степени очистки при помощи сорбента

Таблица 3. Результаты исследования содержания нефти и степени очистки при помощи вспученного перлита

Выводы: проведенные исследования с биосорбентом, содержащим глину, отходы бурого угля и микроорганизмы рода Pseudomonas fluorescence показали что данный биосорбент обеспечивает ликвидацию нефти с поверхности водоемов с минимальными затратами и за более короткий срок, чем известный биосорбент, состоящий из перлита, удобрений и микроорганизмов рода Pseudomonas putidas 36. Предлагаемый биосорбент позволяет локализовать разлив за счет активного связывания нефтепродуктов сорбентом-носителем и обезвредить их при помощи микроорганизмов-нефтедеструкторов. Стоимость глины и отходов бурого угля в сотни раз ниже, чем искусственных сорбентов. Кроме того, глина и отходы бурого угля – довольно распространенные компоненты во многих районах России.