МАТЕРИАЛ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЭКОСИСТЕМ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ,

МАТЕРИАЛ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЭКОСИСТЕМ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ, "ИПК-Н"


RU (11) 2104249 (13) C1

(51) 6 C02F3/34, E02B15/04, C12N1/16, C12N1/20, C12N1/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.02.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 96118846/13 
(22) Дата подачи заявки: 1996.09.27 
(45) Опубликовано: 1998.02.10 
(56) Аналоги изобретения: RU, патент, 2023686, кл. C 02 F 3/34, 1994. SU, патент, 1746879, кл. C 02 F 3/04, 1992. WO, заявка, 87/07316, кл. C 02 F 3/34, 1987. 
(71) Имя заявителя: Борзенков Игорь Анатольевич; Матвеев Юрий Иванович 
(72) Имя изобретателя: Борзенков И.А.; Матвеев Ю.И.; Беляев С.С.; Свитнев А.И.; Поспелов М.Е. 
(73) Имя патентообладателя: Борзенков Игорь Анатольевич; Матвеев Юрий Иванович 

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЭКОСИСТЕМ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ, "ИПК-Н" 

Сущность изобретения: материал для биологической очистки экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, содержит консорциум микроорганизмов, подобранный по типу загрязнений, и твердый инертный носитель - керамику "Редоксид", с разветвленной открытой пористой структурой и порами размером до 20 мм и общей пористостью 71-95% при следующем соотношении компонентов, мас. %: консорциум микроорганизмов 0,01-10,0; "Редоксид" остальное. В качестве консорциума микроорганизмов материал содержит штаммы Rhodocuccus sp. 367-2 или Rhodococcus maris 367-5 или Rhodococcus eruythropolis 367-6, штамм Pseudomonas stutzeri 367-1 и штамм Yarrowia lipolytica 367-3. Технический результат - повышение производительности процесса очистки и степени очистки от нефтезагрязнений. 1 з.п. ф-лы, 5 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к экологии и может быть использовано в качестве загрузочного материала для биофильтров при глубокой очистке экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в том числе и сточных вод.

Известен консорциум микроорганизмов Rhodococcus sp. 367-2 BKM AC-1500 D, Rhodococcus maris, 367-5 BKM AC-1501 D, Rhodococcus erythropolis, 367-6 BKM AC-1502 D, Pseudomonas stutzeri, 367-1 BKM-B-1972D, Candida sp, 367-3 BKM Y 2778 D, используемый для очистки почвенных солоноватоводных экосистем от загрязнения нефтепродуктами [1].

Указанный консорциум представляет собой порошок, который внедряют в загрязненную нефтепродуктами или чистой нефтью экосистему и осуществляют 100%-ное биоразложение этой системы на двадцатый день. Однако эксплуатация консорциума затруднена, при внедрении его в экосистему происходит потеря части порошка, а при сбрасывании его на загрязненную нефтью акваторию происходит потеря за счет неблагоприятных погодных условий до 50%, температурные условия также влияют на его работоспособность.

Известен также материал для биологической очистки сточных вод "Редоксид", представляющий собой пористую керамику с разветвленной пористой структурой общей пористостью 77-91%, состоящий из следующих компонентов, мас.%:

Оксид кремния - 30-65

Оксид железа - 4-8

Оксид алюминия - 14-21

Оксиды щелочных металлов - 2-6

Прочие продукты при прокаливании - Остальное

[2].

Обладая высокоразветвленной открытой пористой структурой, материал "Редоксид" способствует прикреплению биоценоза к поверхности и удержанию его при эксплуатации. Однако пусконаладочный период при этом длится от двух недель до месяца.

Наиболее близким по биологической и технической сущности и достигаемым результатам является материал для биологической очистки экосистем, содержащий бактериальную композицию и твердый инертный носитель. В качестве бактериальной композиции в нем используют штамм Rseudomonas putida-36, депонированный под N B-2443, а в качестве твердого инертного носителя-тальк, диатомит, каолин и парафин [3].

Указанный материал создан на основе одной монокультуры Pseudomonas putida-36, в состав которой входят только гидрофильные микроорганизмы, утилизирующие только растворенные в воде соединения, работает этот материал в узком диапазоне pH и способен активно окислять углеводороды только в пресной воде, а окислению подвергаются углеводороды с длиной цепи до C12, а более тяжелые нефтяные компоненты остаются неутилизированными. Условия эксплуатации материала осложнены тем, что монокультура прикреплена к твердому носителю, имеющему вид порошка, который при распылении над акваторией, загрязненной нефтью или нефтепродуктами, разносится над пространством и только частично попадает на загрязненное место, а при использовании его при очистке сточных вод, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, уносится сточными водами при очистке в отстойники, вследствие чего требуется периодическое его добавление в очистные сооружения, что нерентабельно, и при этом не обеспечивается требуемая степень очистки.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания материала для биологической очистки экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, на основе иммобилизованной пористой керамики (ИПК), активно окисляющей нефтепродукты как в зоне контакта с водой, так и непосредственно в нефтяной пленке, способной утилизировать широкий диапазон углеводородов нефти как в пресной, так и в засоленной экосистеме, удобной в длительной эксплуатации, пригодной для использования в качестве загрузки для биологических фильтров очистных сооружений.

Сущность изобретения состоит в том, что материал для биологической очистки экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, содержащий бактериальную композицию и твердый инертный носитель, в качестве бактериальной композиции содержит консорциум микроорганизмов, подобранный к типу загрязнений, а в качестве твердого инертного носителя - пористую керамику "Редоксид" с разветвленной открытой пористой структурой и с наличием поверхностных и глубинных пор размерами не менее 20 мм и общей пористостью 71-95% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Консорциум микроорганизмов - 0,01-10,0

Пористая керамика "Редоксид" - Остальное

Кроме того, в качестве консорциума микроорганизмов он содержит штаммы микроорганизмов липофильных, гидрофильных и дрожжевых клеток, при этом липофильные клетки представлены штаммами Rhodococcus sp., 367-2 или Rhodococcus maris, 367-5 или Rhodococcus erythropolis, 367-6, гидрофильные клетки представлены штаммом Pseudomonas stuzeri, 367-1, а дрожжевые клетки - штаммом Yarrowia lipolytica, 367-3.

Представленная выше совокупность существенных признаков направлена на достижение технического результата и находится в причинно-следственной связи с ним, так как позволяет:

- активно окислять нефтепродукты как в зоне контакта с водой, так и непосредственно в нефтяной пленке;

- утилизировать широкий диапазон углеводородов нефти как в пресной, так и в засоленной экосистеме;

- улучшить условия работы консорциума микроорганизмов при их длительной эксплуатации;

- повысить эффективность работы биофильтров очистных сооружений с сокращением времени пусконаладочного периода.

Кроме того, предложенное техническое решение практически применимо, так как может быть использовано при очистке экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами предприятий и городов.

Таким образом, можно сделать вывод, что предложенное техническое решение соответствует критериям патентоспособности изобретения.

Предлагаемый материал для биологической очистки экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами на основе иммобилизированной пористой керамики (ИПК-Н) получают при строго определенном технологическом процессе из особого глинистого сырья, обжиг которого осуществляют при регламентированных временных и температурных режимах с образованием крупнопористых блоков из вспученного аморфизированного вещества с общей пористостью 71-95% сообщающихся открытых пор с максимальным размером до 20 мм, имеющих сложную развитую поверхность с культивированием на них по специальной технологии штаммов микроорганизмов липофильных, гидрофильных и дрожжевых клеток с использованием микроэлементов. Организованная сборка биофильтров из этих блоков приводит к значительному повышению как производительности, так и эффективности очистки экосистем от сырой нефти и нефтепродуктов.

Штаммы сохраняются в коллекции в лиофилизированном состоянии. Для сохранения штаммов используют метод периодических пересевов (3-4 раза в год) на картофельном агаре с 1% NaCl, мясопептонном агаре (МПА) или сусло-картофельном агаре с 1% NaCl. Инкубирование после пересева ведут при температуре 28oC в течение 3-10 дней, затем культуру хранят в холодильнике при температуре 4oC.

Материал ИПК-Н относится к непатогенным материалам. Исследования на безвредность проводили по следующим тестам: пероральное, интраназальное, внутрибрюшное и внутривенное введение белым мышам, кератоконъюктивальное и накожное нанесение кроликам выявили практическую безвредность и непатогенность содержащихся в нем штаммов микроорганизмов. Аллергия и бактериозы у людей не выявлены.

В табл. 1 приведены составы используемых керамзитовых глин для изготовления материала "Редоксид";

в табл. 2 - штаммы, входящие в консорциум микроорганизмов, выделенные из пластовых вод Бондюжского нефтяного месторождения, и их признаки; в табл. 3 - составы ИПК-Н и прототипа; в табл. 4 - данные по эффективности очистки сырой нефти и нефтепродуктов с использованием биофильтра из материала ИПК-Н в лабораторных условиях; в табл. 5 - данные по эффективности очистки от сырой нефти и нефтепродуктов с использованием биофильтров из материала ИПК-Н в очистных сооружениях для мойки автомашин.

Пример 1. В лаборатории изучали возможность использования керамического носителя из материала "Редоксид" для снижения содержания нефти и нефтепродуктов с помощью консорциума микроорганизмов. Для этой цели был использован метод иммобилизации клеток микроорганизмов на пористую керамику "Редоксид". Перед иммобилизацией консорциум микроорганизмов активировали на ростовой среде: NaNO3-1%, K2HPO4- 0,5%, парафин - 0,3%, pH 7 -7,5, консорциум микроорганизмов составлял 15 г. Активацию осуществляли в аппарате "АНКУМ", объем среды 1,5 - 3,0 л, число оборотов мешалки 800 об/мин, аэрация 3л/мин, температура 28o, время ферментации 24 ч. После выращивания консорциум микроорганизмов микроскопировали, а также высевали на твердую питательную среду. Микробиологический контроль показал наличие микроорганизмов, входящих в состав консорциума, посторонняя микрофлора отсутствовала. Контроль за активностью консорциума осуществляли в колбах на качалке. Иммобилизацию консорциума осуществляли посредством прокачки культуральной жидкости через фильтр из пористой керамики "Редоксид" в течение 24 ч. Через 24 ч оптическая плотность составляла 60% от исходной. Была получена иммобилизованная пористая керамика для очистки от нефти и нефтепродуктов-ИПК-Н.

В сливную емкость (V=3 л) вносили 2 мл нефти. Аэрацию и перемешивание осуществляли с помощью насоса, подача воздуха производилась от аквариумного компрессора. Работа биофильтра из ИПК-Н осуществлялась в замкнутом режиме. Биофильтр представлял из себя три кассеты из материала ИПК-Н, размер одной кассеты 40х80х130 мм, масса одной кассеты 85 г, объем одной кассеты 416 см3. Результаты испытаний приведены в табл. 4. В модельных экспериментах с использованием загрузки для биофильтров из материала ИПК-Н нефтеокисляющие микроорганизмы снижали содержание нефтепродуктов с 132 до 0,30 мг/л при линейной скорости потока около 2,0 м/ч. При этом не наблюдалось вымывание бактериальных клеток с поверхности материала, а отношение массы консорциума микроорганизма с ростовой средой к массе кассет чистого редоксида составляло 1:(17 - 20).

Пример 2. Использование материала ИПК-Н осуществляли в реальной системе очистки сточных вод, образуемых после мойки автомашин, перевозящих разнообразные нефтепродукты и сырую нефть. Цикл - периодический. Производительность очистного сооружения от 30 до 50 м3/сут, при этом оно содержит установленный по ходу движения воды отстойник-песколовку, резервуар для осадка взвешенных веществ, маслоуловитель, фильтр тонкослойной очистки и два последовательно установленных фильтра из материала "Сипрон", которые впитывают в себя нефтепродукты. После фильтров из сипрона происходил сброс в городскую канализацию. Содержание нефтепродуктов в сточной воде составляло 15-30 мг/л.

Реконструкция очистных сооружений была произведена по следующей схеме. В резервуар для осадка взвешенных веществ на поверхности загрязненной воды были установлены плавающие блоки из материала ИПК-Н, объемная плотность которого составляет от 130 до 280 кг/м3. Объем плавающих блоков из ИПК-Н -3,0 м3. В секции для размещения фильтров из сипрона были установлены щиты из материала ИПК-Н, прочность которого равна 6=0,8-1,0 МПа, с возможностью образования лабиринта, через который протекает сточная вода. Объем ИПК-Н в щитах составлял 15 м3. суммарный объем ИПК-Н в очистном сооружении составлял 18 м3, суммарная масса биофильтров при этом колеблется от 2340 до 5040 кг. Иммобилизацию блоков из пористой керамики "Редоксид" осуществляют в отдельных емкостях-ваннах, в которых на первом этапе поступают нефтепродукты или сырая нефть с водой, а затем подают консорциум микроорганизмов с ростовой средой. Время ферментации в зависимости от объема ванны колеблется от 24 до 48 ч. Так как используемый консорциум микроорганизмов носит аэробный характер, в очистном сооружении организована система аэрации, состоящая из труб, осмотического дозатора, струйного аэратора и насоса "Гном".

Обладая поверхностью пор размерами до 20 мм, материал обеспечивает образование биопленки с иммобилизованным консорциумом микроорганизмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы биопленки окисляют нефтепродукты, которые поступают со сточной водой, образуя при этом многочисленные колонии. Иммобилизованные микроорганизмы вступают в работу через сутки, т.е. при наличии их в биофильтре практически отсутствует пусконаладочный период. При прекращении поступления нефтепродуктов со сточной водой иммобилизованный консорциум микроорганизмов переходит в анабиозное состояние, и это состояние может поддерживаться довольно длительный период за счет ростовой среды, в состав которой входит диаммоний фосфат и другие микроэлементы.

Степень очистки сточной воды с содержанием нефтепродуктов, которая может быть достигнута, составляет 0,05 мг/л при максимальной площади контакта биофильтров из материала ИПК-Н со сточной водой, загрязненной сырой нефтью и нефтепродуктами. Степень очистки до 0,1-0,3 мг/л была получена сразу же после ввода реконструированного очистного сооружения, а до 1,0 мг/л была получена при отсутствии плавающих блоков из материала ИПК-Н. Контроль степени биоразложения (степени очистки) производили на приборе DU-7 (Backmah), дублировали с применением газожидкостной хроматографии на приборе P 4500 и с помощью инфракрасной спектроскопии на приборе JFS-48 (Bruker). Результаты испытаний приведены в табл. 5.

Представленные данные показывают высокую эффективность материала иммобилизованная пористая керамика ИПК-Н, как деструктора сырой нефти и нефтепродуктов в условиях очистки сточной воды по сравнению с прототипом, в котором сухую композицию, включающую 1 г. биокомпонента (штамма Pseudomonas putida-36, депонированного под N B-2443) и 32 г смеси минеральных солей (KNO3-37,12%, NH4Cl-31,28%, NH4Y2PO4-28,71% и NH4NO3-2,89%) в количестве 33 г смешивают с 1650 г твердого инертного носителя-диатомита. Соотношение в массовых частях сухой композиции и носителя составляет 1:50. Тщательно перемешанная композиция с наполнителем представляет собой легкий сыпучий порошок светло-серого цвета. Лабораторные экспериментальные исследования по изложенной в примере 1 схеме показали, что степень биоразложения нефти хуже, чем в случае с ИПК-Н в 3-4 раза, а при сливе водной среды из емкости порошок удалялся вместе с водой. Экспериментальные исследования на реальных очистных сооружениях по изложенной в примере 2 схеме показали, что степень очистки от нефтепродуктов составила 5-8 мг/л, часть порошка была вынесена вместе со сточной водой в канализацию, а некоторая его часть выпала в иловый осадок.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом состоит в том, что использование предложенного материала в качестве загрузки для биофильтров, предназначенных для глубокой биологической очистки экосистемы, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в том числе и сточных вод, позволяет:

- активно окислять нефтепродукты как в зоне контакта с водой, так и непосредственно в нефтяной пленке;

- утилизировать широкий диапазон углеводородов как в пресной, так и в засоленной экосистеме;

- стабилизировать ферментативную активность клеток микроорганизмов в условиях длительной эксплуатации биофильтров в очистных сооружениях;

- расширить температурный интервал и оптимальный интервал pH на 20-30%;

- в 30-40 раз снизить время пуско-наладочного периода очистных сооружений;

- увеличить производительность процесса очистки в 2-3 раза;

- повысить в 5-10 раз степень очистки экосистем от нефти и нефтепродуктов и довести ее до 0,05-0,1 мг/л. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Материал для биологической очистки экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, содержащий композицию микроорганизмов и твердый инертный носитель, отличающийся тем, что в качестве композиции микроорганизмов он содержит консорциум микроорганизмов, подобранный к типу загрязнений, а в качестве твердого инертного носителя пористую керамику "Редоксид" с разветвленной открытой пористой структурой и наличием поверхностных и глубинных пор размерами 20 мм и общей пористостью 71 95% при следующем соотношении компонентов, мас.

Консорциум микроорганизмов 0,01 10,0

Пористая керамика "Редоксид" Остальное

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве консорциума микроорганизмов он содержит штаммы липофильных и гидрофильных бактериальных культур и дрожжей, при этом липофильные бактерии представлены штаммами Rhodococcus sp. 367-2, или Rhodococcus maris 376/5, или Rhodococcus erythoropolis 367-6, гидрофильные бактерии представлены штаммом Pseudomonas stutzeri 367-1, а дрожжи штаммом Yarrowia lipolytica 367-3.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru