PL205688B1

PL205688B1 - Sposób remediacji szlamów i osadów skażonych węglowodoramiropy naftowej

Info

Publication number: PL205688B1
Application number: PL376235A
Authority: PL
Inventors: Ewa Kwapisz; Stanisław Bielecki; Kazimierz Macnar; Jacek Polak; Aneta Kubiak
Original assignee: Kazimierz Macnar; Politechnika Lodzka
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2010-05-31
Also published as: PL376235A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób remediacji szlamów i osadów skażonych węglowodorami ropy naftowej, o zawartości suchej masy 10-50% i stężeniu jonów żelaza wyższym niż 1%. Wynalazek znajduje zastosowanie głównie do remediacji szlamów i osadów powstałych w dołach urobkowych po odwiercie ropy naftowej, osadów skażonych substancjami ropopochodnymi, gromadzonych na dnie i brzegach rzek i akwenów wodnych. Ś rodowiska te zawierają zwykle szczególnie trudno degradowane węglowodory: poliaromatyczne, cykliczne, rozgałęzione.

Znane są sposoby remediacji szlamów i osadów skażonych węglowodorami ropy naftowej w drodze biodegradacji. Sposoby te są opisane, między innymi, w czasopismach: Environmental Science and Technology, 25, 1991,1045-61, Applied Microbiology and Technology, 32, 1990, 485-9, Technology Review Workshop, April 21-22 1994, Chicago IL Cincinnati, OH:US EPA oraz z wydawnictwa Biological treatability studies on a surface impoundment sludge from a chemical manufacturing facility. In bioremediation of chlorinated and polycyclic aromatic hydrocarbon compounds, wyd. R.E.Hinchee i inni, 129-43. Boca Raton, FL:CRC Press oraz z wydawnictwa Novel slurry bioreactor with efficient operation and intermittent mixing capabilities. In: Bioaugmentation for site remediation, wyd. RE.Hinchee i inni, 129-35, Columbus, H: Battelle Press.

Sposób remediacji szlamów i osadów skażonych węglowodorami ropy naftowej, zwłaszcza o zawartości suchej masy 10-50% i stężeniu jonów żelaza wyższym niż 1%, w drodze biodegradacji tych węglowodorów przy użyciu kultur bakterii wykazujących zdolność do degradacji węglowodorów ropy naftowej, namnożonych w sterylnej pożywce zawierającej przyswajalne źródła węgla, azotu, fosforu oraz substancje wzrostowe, przy pH 6, w obecności pożywek azotowych i fosforanów, według wynalazku polega na tym, że przed procesem biodegradacji, pH skażonych szlamów i osadów ustala się na poziomie 4-5 i poddaje sieje wstępnemu utlenieniu nadtlenkiem wodoru w reakcji Fentona wprowadzając nadtlenek wodoru w kilku dawkach, co najmniej w trzech, po co najwyżej 150-300 g 20% H2O2/kg sm szlamu lub osadu, w odstępach jednodobowych. Następnie pH szlamów lub osadów podwyższa się do wartości około 6 i prowadzi proces biodegradacji węglowodorów przy użyciu starterowych kultur bakterii wprowadzanych w formie zawiesiny zawierającej 10¹¹ komórek/ml, dodanej w iloś ci 100-200 ml/kg sm szlamu lub osadu. Szlamy i osady po reakcji wstę pnego utlenienia w reakcji Fentona poddaje się biodegradacji przy wilgotności co najmniej 30% w temperaturze 30°C w czasie 10-30 dni, korzystnie w postaci mieszaniny z gruntem o stosunku wagowym składników 1:2, uformowanej w pryzmę.

Zastosowanie w sposobie według wynalazku wstępnego utlenienia szlamów i osadów w reakcji Fentona zwiększa stopień uwalniania węglowodorów z matrycy osadu lub szlamu, co ułatwia i przyspiesza ich degradację przy pomocy drobnoustrojów, nadto prowadzenie wstępnego utleniania przy niewielkim tylko zakwaszeniu gruntu, w drodze wprowadzania nadtlenku wodoru w kilku dawkach o niskich stężeniach, podawanych w duż ych odstępach czasowych zapobiega zmianom struktury osadu i szlamu i utlenianiu innych substancji organicznych, poza węglowodorami, zawartych w szlamie i osadzie. Prowadzenie procesu biodegradacji mieszaniny szlamu lub osadu z gruntem przy wilgotności co najmniej 30% powoduje, że oczyszczone złoże utrzymuje porowatą strukturę, dzięki której w wystarczającym stopniu mogą zachodzić procesy wymiany masy (między innymi napowietrzanie), a samo złoże staje się odpowiednim siedliskiem dla rozwoju drobnoustrojów degradujących węglowodory.

Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d

Próbkę szlamu skażonego węglowodorami ropy naftowej, o masie 10 g, o zawartości suchej masy 50%, zawierającą jony żelaza w stężeniu powyżej 1% w/w, umieszczono w szklanym bioreaktorze o pojemności 200 ml. PH szlamu doprowadzono do wartości 4-5 za pomocą 1M H2SO4. Do tak przygotowanej próbki dodano trzy porcje po 1,5 ml 20% nadtlenku wodoru w odstępach jednodobowych. Po przeprowadzeniu reakcji Fentona pH próbki doprowadzono do wartości 6 za pomocą 1M NaOH, dodano do niej 1 g chlorku amonu, 0,2 g fosforanu disodowego, 20 g gruntu oraz 10 ml przygotowanego wcześniej inokulum bakterii z rodzaju Gordonia alkanivorans, Pseudomonas putida i Bacillus sp. w formie zawiesiny zawierają cej 10¹¹ komórek/ml, po czym z mieszaniny tej uformowano pryzmę, którą poddano biodegradacji w czasie 16 dni. Inokulum bakterii przygotowano w warunkach hodowli wstrząsanej w sterylnej pożywce zawierającej glukozę w ilości 0,8 g/l, chlorek amonu w ilości 1 g/l, fosforan disdowy w iloś ci 1 g/l oraz ekstrakt drożd żowy w iloś ci 1 g/l, o pH 6,5 w temperaturze 26°C w ciągu 72 godzin, przy czym pożywkę sterylizowano w temperaturze 121°C w czasie 15 minut

PL 205 688 B1 po uprzednim doprowadzeniu jej pH do wartości 6,5. Po zakończeniu reakcji Fentona dokonano pomiaru stężenia węglowodorów aromatycznych metodą spektrofotometryczną przy długości fali 254 nm zaś po zakończeniu biodegradacji dokonano w analogiczny sposób pomiaru stężenia węglowodorów aromatycznych, a nadto pomiaru stężenia węglowodorów ogółem w oczyszczonej próbce ekstrahując węglowodory dichlorometanem i oznaczając ich masę metodą wagową. W wyniku porównania danych dotyczących stężenia węglowodorów ogółem i stężenia węglowodorów aromatycznych w próbie przed oczyszczeniem i po oczyszczeniu okazało się, iż w wyniku reakcji Fentona i biodegradacji nastąpił 65% ubytek węglowodorów ogółem, zaś detekcja węglowodorów aromatycznych była równa:

0,32 mg/kg szlamu przed reakcją Fentona,

0,98 mg/kg szlamu po reakcji Fentona,

0,14 mg/kg gruntu po reakcji Fentona i biodegradacji.

Dla celów porównawczych analogiczną próbkę szlamu skażonego węglowodorami ropy naftowej, o pH 6, poddano tylko biodegradacji w warunkach jak wyżej. Stwierdzono ubytek węglowodorów ogółem równy tylko 19%.

W celu zbadania wpł ywu warunków prowadzenia reakcji Fentona na rezultat remediacji, próbki szlamu zanieczyszczone węglowodorami ropy naftowej, o zawartości suchej masy 50%, zawierające jony żelaza w stężeniu powyżej 1% w/w, o masie 10 mg, poddano reakcji Fentona i biodegradacji, stosując w reakcji Fentona prowadzonej przy pH 4-5 jednorazową dawkę 3 ml 10% nadtlenku wodoru, jednorazową dawkę 3 ml 20% nadtlenku wodoru oraz jednorazową dawkę 6 ml 20% nadtlenku wodoru. Ubytek węglowodorów ogółem w tych próbkach, oznaczony sposobem jak wyżej, wynosił:

przy użyciu 3 ml 10% nadtlenku wodoru - 24,6%, przy użyciu 3 ml 20% nadtlenku wodoru - 47%, przy użyciu 6 ml 20% nadtlenku wodoru -51%.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób remediacji szlamów i osadów skażonych węglowodorami ropy naftowej, zwłaszcza o zawartości suchej masy 10-50% i stężeniu jonów żelaza wyższym niż 1%, w drodze biodegradacji tych węglowodorów przy użyciu kultur bakterii wykazujących zdolność do degradacji węglowodorów ropy naftowej, namnożonych w sterylnej pożywce zawierającej przyswajalne źródła węgla, azotu, fosforu oraz substancje wzrostowe, przy pH 6, w obecności pożywek azotowych i fosforanów, znamienny tym, że przed procesem biodegradacji, pH skażonych szlamów i osadów ustala się na 4-5 i poddaje się je wstępnemu utlenieniu nadtlenkiem wodoru w reakcji Fentona wprowadzając nadtlenek wodoru w kilku dawkach, co najmniej w trzech, po co najwyżej 150-300 g 20% H2O2/kg sm szlamu lub osadu, w odstępach jednodobowych, następnie pH wstępnie utlenionych szlamów lub osadów podwyższa się do wartości około 6 i prowadzi proces biodegradacji węglowodorów przy użyciu starterowych kultur bakterii w formie zawiesiny zawierającej 10¹¹ komórek/ml, dodanej w ilości 100-200 ml/kg sm szlamu lub osadu, przy wilgotności co najmniej 30% w temperaturze 30°C w czasie 10-30 dni.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szlamy i osady wstępnie utlenione w reakcji Fentona poddaje się biodegradacji korzystnie w postaci mieszaniny z gruntem o stosunku wagowym składników 1:2, uformowanej w pryzmę.