Результат интеллектуальной деятельности: БАКТЕРИАЛЬНЫЙ БИОПРЕПАРАТ

Изобретение относится к препаратам для биологической обработки и восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, с помощью микроорганизмов.

Известен бактериальный биопрепарат для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, содержащий зафиксированную на пористом носителе биомассу углеводородокисляющих бактерий Rhodococcus и Pseudomonas (см. патент RU 2104249, кл. C02F 3/34, опубл. 10.02.1998). Недостатком известного препарата является невозможность его использования для очистки открытых водоемов.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении эффективности восстановления открытых водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что бактериальный биопрепарат для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, содержит зафиксированную на пористом носителе биомассу углеводородокисляющих бактерий Rhodococcus и Pseudomonas, причем носитель закреплен на нетканом материале вместе с пробковым плавучим компонентом с помощью бактериального экзополисахарида, причем в качестве носителя, являющегося одновременно источником питательных элементов, использована рыбная мука, на которой с помощью бактериального полисахарида зафиксирована культура бактерий Rhodococcus и Pseudomonas в соотношении 1:4 по титру клеток. Нетканый материал предпочтительно выполнен льняным или хлопковым и расположен между слоями покрывного материала-сорбента.

На чертеже изображена схема компоновки предлагаемого биопрепарата.

Конструктивно предлагаемый бактериальный биопрепарат состоит из активного слоя 1 (культуры бактерий на носителе-подкормке в виде рыбной муки и пробкового плавучего компонента), льняного носителя-сорбента 2 и хлопкового покровного материала-сорбента 3.

Для выбора штаммов применяется метод сукцессии, т.е. определение доминирующих углеводородокисляющих (УВО) бактерий на каждом этапе деградации нефти. Проведенные исследования показали, что штаммы первой (консументы I порядка - Rhodococcus) и второй (консументы II порядка - Pseudomonas) ступеней окисления углеводородов инициируют дальнейшее развитие УВО сообщества. В табл.1 представлены результаты деструкции алканов УВО бактериями консументами (I и II порядка). Способность выбранных микроороганизмов к окислению углеводородов при различной солености анализировалась методом газовой хроматографии как в речной, так и в морской воде. Из табл.1 следует, что окисление алканов проходит как в пресной, так и в соленой воде. Для некоторых групп углеводородов (С10, С14 и С15) деструкция прошла наиболее полно в морской воде, а значит, соленость воды не только не снижает скорость биодеструкции, а по некоторым показателям даже усиливает.

Оптимальное соотношение клеток было установлено для наиболее полного окисления нефти в заданный период времени. Для этого предварительно были получены накопительные культуры Pseudomonas sp. и Rhodococcus sp. Титр клеток составил 11·10¹² КОЕ/мл и 4,3·10¹² КОЕ/мл соответственно. Дальнейшую деструкцию углеводородов проводили, внося бактерии в различных соотношениях. На 4-е сутки определяли процент деструкции нефти. Полученные данные показали, что наиболее эффективная деструкция нефти (72,5%) наблюдается при внесении бактерий Rhodococcus sp. и Pseudomonas sp. в соотношении 1:4 (80% и 20%) соответственно. Таким образом, бактериальным началом препарата были выбраны Rhodococcus sp. и Pseudomonas sp. в соотношении 1:4.

Для экспресс-доочистки разливов нефти любого масштаба в открытых водоемах и прибрежной зоне культуру бактерий с помощью бактериального полисахарида фиксируют на плавучем носителе, прикрепленном с помощью бактериального экзополисахарида к льняному нетканому материалу. При этом обеспечивается сорбция нефти на льняном материале и ее окислительная биодеструкция активным компонентом биопрепарата (УВО бактериями), а также эмиссия активных УВО бактерий из биопрепарата в акваторию. За счет способностей выбранных штаммов к синтезу бактериального матрикса стимулируется не только окисление нефти, но и развитие аборигенного УВО сообщества. Льняной материал 2, а также хлопковый слой 3, сорбируя нефть, предотвращают ее оседание на дно и снижают ее концентрацию в водной фазе, а также являются носителями УВО бактерий.

Носитель бактерий в биопрепарате - рыбная мука, которая одновременно является питательным субстратом для УВО бактерий, содержит минеральные и органические вещества, необходимые для развития УВО бактерий. Рыбная мука - это отход пищевого производства, в настоящее время применяемый в качестве кормовой добавки. По своему количественному составу этот продукт непостоянен, так как содержание тех или иных соединений зависит от сырья для изготовления муки, например вид используемой рыбы. Но известно, что в рыбной муке высоко содержание протеинов (до 70%), следовательно, и азота, а также фосфора, кальция и других элементов, необходимых для роста бактерий. По своим поверхностным свойствам гранулы рыбной муки - гидрофильны. На гидрофильной поверхности хорошо адгезируются гидрофильные клетки Pseudomonas, а за счет бактериального матрикса и клетки Rhodococcus (1 г муки адсорбирует 1,4 мл накопительной культуры биомассы).

Для определения эффективности работы препарата была определена степень деструкции нефти. Использовались гравиметрический и хроматографический методы. Эксперимент был проведен в лабораторных условиях. Имитировали разлив нефти с толщиной пленки 0,9 мм. В табл.2 представлен групповой состав нефти до и после очистки предлагаемым биопрепаратом. Из табл.2 следует, что количество углеводородов каждой из анализируемых групп уменьшилось. Наименьшей деструкции подверглись асфальтены. Относительное содержание моно-, би- и полициклических углеводородов уменьшилось практически в равных пропорциях. Относительное содержание парафино-нафтеновых углеводородов изменилось на 50%. Учитывая способность изучаемых штаммов к окислению парафинов, можно сделать вывод, что одновременно идет деструкция парафино-нафтенов и их образование за счет биоразрушения ароматических углеводородов. Истинная деструкция парафино-нафтеновых углеводородов значительно выше.

Таким образом, предлагаемый биопрепарат высокоэффективен и может быть использован для нейтрализации разливов нефти в открытых водоемах.