CC BY
125
УДК 502.1:579.695:552.123
БИОСОРБЕНТ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТИ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДОЕМОВ
© 2013 Е.А. Ковальчук
ООО «Уралэкоресурс», г. Пермь
Поступила в редакцию 20.09.2013
Предлагаемый биосорбент содержит глину, отходы обогащения бурого угля и бактериальный штамм нефтеразлагающих микроорганизмов рода Pseudomonas. Модельные опыты со сточными буровыми водами в Октябрьском районе Пермского края показали, что с использованием предлагаемого биосорбента очистка воды от нефти с исходным содержанием 68,5 г/л осуществляется в течение 20-ти дней на 98,8%. Биосорбент позволяет устранить разлив нефти и повысить экологическую чистоту водоема.
Ключевые слова: биосорбент, глина, Pseudomonas, буровые растворы, отходы
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,
Ковальчук Евгений Александрович, инженер по охране окружающей среды. E-mail: kov82@mail.ru
монтомориллонита и других слоистых алюмосиликатов, может содержать песчаные частицы и пыль. Глина содержит 47% (мас.) оксида кремния SiO2, оксида алюминия Al2O3 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: NH4Q -1,0; KH2PO4 - 2,0; MgSO4 х 7 H2O - 0,5; NaCl -2,0; FeSO4 х 7H2O - следы; CaCO3 - 0,5; глюкоза -10; тимоловый синий - 0,05; H2O 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): ИзВОз! - 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
1817
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 15, №3(6), 2013
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 (Ш) - 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:
Размер фракции, мм 2,5-3,0 1,5-2,0 0,5-1,0 0,2-0,3
Содержание, % 0,1 0,8 98 1,1
В качестве сорбента для опытов была доставлена глина из Березниковского района Пермского края следующего состава (масс. %): 8102 - 54,7; АЬОз - 35,5; Бе20з - 1,9; СаО - 1,25; Mg0 - 0,8; №20 - 0,5; К2О - 0,2; вода - 5,2. Глина данного состава сушилась при комнатной температуре 20-22оС, затем подвергалась
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
дроблению на дробилке «Лабораторная стержневая мельница - дробилка - ЛСМД - 50», после чего получался следующий фракционный состав глины:
Размер фракции, мм 2,5-3,0 1,5-2,0 0,5-1,0 0,2-0,3
Содержание, % 0,4 2,5 88,5 11,5
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.
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 1. Физические свойства сорбентов
Сорбент При Чис- Плот Плот По- Коэф Коэф- Гранулометрический состав, %, размер фракций, мм
род- ло ност ност ри- эффи фици- песок пыль глина
ная пла- ь ь сто- фи- ент 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,10-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 < 0,005
влаж стич грун ча- сть, ци- водо-
ност но- та, стиц % ент насы-
ь, сти, г/см3 грун пори щения,
д.е. д.е. та, г/см3 ри-сто-сти, д.е. д.е.
глина 0,025 0,12 1,47 2,70 46,88 0,883 0,076 0,10 0,15 5,25 26,22 33,34 12,50 21,44
шлам обо-
гащения бурого угля ОФ 0,044 0,13 1,49 2,70 47,14 0,892 0,133 0,05 0,20 4,40 25,48 31,76 17,47 20,64
1818
Таблица 2. Результаты исследования содержания нефти и степени очистки при помощи сорбента
Продолжительность опытов, сут. Значения показателей по п римерам
содержание нефти, г степень очист ки, % содержание нефти, г степень очист ки, % содержание нефти, г степень очист ки, % содержание нефти, г степень очист ки, % содержание нефти, г степень очист ки, %
1 пример 2 пример 3 пример 4 пример 5 пример
0 68,5 0 68,5 0 68,5 0 68,5 0 68,5 0
7 37,7 55 22,4 67,3 27,6 59,7 37,5 54,8 34,6 50,5
14 6,9 89,9 2,5 96,4 5,4 92,5 7,2 89,5 13,6 80,2
20 3,3 93,7 0,3 98,8 2,0 97,1 4,7 93,2 5,4 85,4
27 3,3 93,7 0,3 98,8 2,0 97,1 4,7 93,2 5,4 85,4
28 3,3 93,7 0,3 98,8 2,0 97,1 4,7 93,2 5,4 85,4
Таблица 3. Результаты исследования содержания нефти и степени очистки при помощи вспученного перлита
Продол- Значения показателей по примерам
житель- содержа- сте- содержа- сте- содержа- сте-
ность ние пень ние пень ние пень
опытов, нефти, г очист- нефти, г очист- нефти, г очист-
сут. ки, % ки, % ки, %
1 пример 2 пример 3 пример
0 40 0 40 0 40 0
7 24 40 22 45 20,5 48,7
14 14 65 11,5 70,2 11 70,3
27 10 75 9 77,5 9,5 76,2
28 8 80 6,5 83,7 6,7 83,2
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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Каменщиков, Ф.А. Нефтяные сорбенты / ФА. Каменщиков, Е.И. Богомольный. - М.-Ижевск, 2008. С. 11.
2. Разработка технологии получения сорбентов из местного сырья для очистки водных объектов и почвы. Отчет Академии наук УР. - Ижевск, 1999. 65 с.
3. А.с. №1076446 Штамм Pseudomonas putida 36, используемый для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов. Бюллетень изобретений №38, 1984.
BIOSORBENT FOR OIL ELIMINATION FROM THE SURFACE
OF WATER BASINS
© 2013 E.A. Kovalchuk
JSC "Uralekoresurs", Perm
The offered biosorbent contains clay, wastage of brown coal enrichment and the bacteriemic strain of oildestructing microorganisms genus Pseudomonas. Model experiences with waste boring waters in Ok-tyabrskiy district of Perm Krai showed that with use of an offered biosorbent water treatment from oil with initial maintenance of 68,5 g/l is carried out within 20 days for 98,8%. Biosorbent allows to eliminate oil spill and to increase ecological purity of a water basin.
Key words: biosorbent, clay, Pseudomonas, drill fluids, waste Evgeniy Kovalchuk, Environmental Protection Engineer. E-mail: kov82@mail.ru
1819
