СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ОТ ФЕНОЛА

Изобретение относится к способам обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения биологическими способами, т.е. способами с использованием ферментов или микроорганизмов.

Известны различные штаммы микроорганизмов, способные разлагать органические соединения [пат. РФ №2064017, RU 2157842 C1, RU 2157839 C1, RU 2142997 С1, 2127310 Cl], предлагающий штамм бактерии Burkholderia caryophylli Jap-3, обладающий высокой нефтеокисляющей активностью в отношении поликонденсированных ароматических углеводородов.

Известен способ очистки концентрированных сточных вод, содержащих ароматические углеводороды и их производные, пероксиды и альдегиды, путем аэробной обработки штаммами бактерий Pseudomonas sp. ВКПВ-3893 и Rhodococcus sp. ВКЛМВ-3892 [пат. РФ №2048454 A1, SU 981247, RU 1686799 C1, RU 2084404 C1, RU 833551, WO 0132561].

Известен штамм бактерий Pseudomonas putida ВКМ В-2380Д, продуцирующий поверхностно-активные вещества, для деградации полициклических ароматических углеводородов и углеводородов нефти. Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к очистке объектов окружающей среды от загрязнения полициклическими ароматическими углеводородами и углеводородов нефти [пат. РФ №2344170].

Существенным недостатком вышеперечисленных способов является невозможность применения для очистки промышленных сточных вод с высоким содержанием конкретного целевого загрязнителя, в частности фенола.

Задачей данного изобретения является разработка способа очистки промышленных сточных вод от целевого загрязнителя фенола.

Поставленная задача решается следующим образом.

Преимуществом штамма-деструктора Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714 (Всероссийская Коллекция Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ), ФГУП ГосНИИгенетика, дата депонирования 09 февраля 2015 г.) является его способность роста на обедненных синтетических питательных средах и высокая степень деградации фенола в сточных водах нефтехимических производств. Изобретение позволяет повысить эффективность деструкции фенола. Полная очистка от загрязнителя осуществляется за 48 ч.

Таксономическая характеристика:

Царство: Bacteria

Тип: Proteobacteria

Класс: Gammaproteobacteria

Отряд: Pseudomonadales

Семейство: Pseudomonadaceae

Род: Pseudomonas

Вид: Pseudomonas monteilii

Морфологическая характеристика: грамотрицательная, неспорообразующая, с подвижными жгутиками.

Культуральная характеристика: колонии на агаре круглые, бесцветные, могут расти на негемолитическом кровяном агаре. Продуцируют флуоресцирующий пигмент, не накапливает поли-бета-гидроксибутират в качестве источника углерода. Строгий аэроб, оптимальная температура роста 30°С, растет в присутствии 3% NaCl, но при 5-7% роста не наблюдается. Не растет при 4°С и 41°С.

Биохимическая характеристика: положительная реакция на каталазу, цитохромоксидазу, утилизирует глицерин, инозитол, L-глутамат, арабинозу, глюконат, салицин, лактозу, D-ксилозу, галактозу, маннозу, маннитол, цитрат, глицерат, оксолат.

Экология: выделена из загрязненной нефтепродуктами почвы.

Патогенность: не выявлена.

Накопительную культуру бактерий получали из почвенных суспензий, которые были приготовлены из образцов грунта согласно таблице 1. Для этого образец массой 1,0-1,5 г помещали в колбу с 50 см³ 0,1 М раствора хлорида натрия и помещали в термостатированный шейкер на 24 ч при температуре 27°С и скорости вращения 170-180 об/мин для культивирования.

Через 24 часа визуально оценивали рост бактерий (при наличии бактерий на внутренней поверхности колбы обнаруживается нарост в виде концентрического ободка).

С целью получения бактерий-деструкторов из исходных почвенных суспензий отбирали по 1 см³ аликвоты и помещали ее в жидкую минеральную среду, содержащую целевой загрязнитель, что позволило выделить только те виды, которые способны выживать в присутствии целевого загрязнителя. Состав минеральной среды представлен в таблице 2.

После культивирования в течение 24 ч в жидкой минеральной среде с добавлением загрязнителя снова производились визуальная оценка роста бактерий и пересев полученной культуры на твердую минеральную среду того же состава, что и жидкая, но с добавлением (2 об.%) агара.

В результате инкубации в течение 48-72 ч в зависимости от скорости роста бактерий на твердой питательной среде обнаруживался рост колоний.

В ходе предварительных испытаний оценка деструктирующей способности выделенных микроорганизмов проводилась на модельных смесях, приготовленных с соответствующей концентрацией целевого загрязнителя в аналогичных технологических стоках.

В колбы объемом 500 см³ помещали по 200 см³ очищаемых стоков, содержащих различные загрязнения. Туда же добавляли 50 см³ суточной бактериальной суспензии соответствующего изолята. Для обеспечения аэрации в водную среду подавался воздух с расходом 0,04 л/мин. Процесс проводился при температуре 27°С и скорости вращения 120 об/мин (данные параметры оптимальны для поддержания жизнеспособности микроорганизмов).

Для достоверности результатов эксперимента опыты двукратно дублировались, с применением носителя (эксперимент №1) и без носителя (эксперимент №2). Иммобилизацию бактериальных клеток проводили на нефтяной кокс (в каждую колбу загружали по 65-70 г кокса), который предварительно прокаливали при температуре 250-300°С с целью исключения возможности развития посторонней микрофлоры. Иммобилизацию проводили в течении суток при условиях постоянного перемешивания кокса с бактериальной суспензией при 27°С и 100-120 об/мин.

Пример 1. Очистка сточной воды процессов первичной переработки нефти в условиях иммобилизованных бактериальных клеток на твердый носитель в виде кокса (эксперимент №1) и в условиях не иммобилизованных клеток. Концентрации бактериальной суспензии Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714 составила 10⁶ кл/см³, содержание загрязнителя составило более 800 мг/дм³.

Результаты проведенных экспериментов представлены на фиг.1.

Как видно на фиг.1, снижение содержания фенола происходит как в условиях иммобилизации бактериальных клеток, так и без нее. Однако в первом варианте наблюдается очевидное снижение содержания целевого загрязнителя с 950 до 200 мг/дм³. Не иммобилизованные клетки не могут самостоятельно улавливать молекулы фенола, поэтому процесс деструкции в этом случае затруднен.

Пример 2. Деструктирующая способность штамма Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714 при различных температурах.

Для эффективной деструкции фенола штаммом Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714, был проведен эксперимент по подбору оптимальной температуры, при которой превращение целевого загрязнителя была бы максимальной. Удельный расход воздуха в процессе эксперимента составил 1,5 м³/м³⋅ч (воздух/сток). Результаты эксперимента представлены на фигуре 2.

Как видно из фигуры 2 максимальная деструкция загрязнителя при концентрации его в стоке равной 370 мг/дм³ наблюдалась при температуре 27°С.

Согласно представленным в таблице 3 данным, содержание фенола в сточной воде после биологической очистки в условиях иммобилизации бактериальных клеток Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714 снизилось на 78 мас.%, тогда как в условиях отсутствия иммобилизации данный показатель составил 68 мас.%. Исходя из полученных результатов, рекомендуется проводить биологическую очистку фенолсодержащих стоков в условиях иммобилизованных бактериальных клеток Pseudomonas monteilii ВКПМ В-11714.