PL207237B1 - Sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów z węglowodorów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów z węglowodorów, przeznaczony do remediacji gruntów metodą in situ i ex situ.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 180141 sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów z produktów naftowych, w którym wykorzystuje się bakterie rodzime pobrane w próbkach gruntu przeznaczonego do oczyszczenia, z których po izolacji i identyfikacji eliminuje się bakterie patogenne, a bakterie o najwyższej aktywności w rozkładzie węglowodorów zawartych w produktach naftowych, pasażuje się i wprowadza do zanieczyszczonego gruntu w ilości minimalnej, co najmniej 10⁵ komórek na 1 g suchej masy gruntu. Podczas procesu remediacji utrzymuje się ilość wprowadzonych bakterii powyżej ilości minimalnej oraz identyfikuje rozwijające się w gruncie gatunki bakterii. Namnożone bakterie wprowadza się do gruntu poprzez jego zraszanie zawiesiną bakterii albo na stałym nośniku mineralnym, zwłaszcza w postaci keramzytu. Ponadto przed namnożeniem wyizolowane bakterie hoduje się na płynnym podłożu mineralnym w warunkach tlenowych z udziałem od 0,5 do 2% produktów naftowych, przy czym do remediacji wybiera się gatunki bakterii wykazujące się najwyższą aktywnością biodegradacji węglowodorów zawartych w tych produktach.

Znany jest z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr P.326136 sposób oczyszczania gruntów zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi oraz instalacja do oczyszczania gruntów zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi. Sposób polega na tym, że zanieczyszczoną partię gruntu umieszcza się w zbiorniku, dodaje się związków wapnia oraz nawozów azotowych i fosforowych, w stosunku 1C: 0,1N: 0,03P i przetrzymuje w zbiorniku od 3 do 6 dni. Następnie obrobiony grunt transportuje się do zbiornika drugiego, gdzie podgrzewa się gorącą parą do temperatury od 19° 24°C i utrzymuje się wilgotność 14-18% wagowych oraz dotlenia się przez napowietrzanie nadmuchowe od dołu. Następnie wprowadza się do gruntu szczepy bakterii w postaci szczepionki płynnej, przez zraszanie oraz ewentualne wstrzykiwanie w głębsze partie gruntu, przy czym proces bioremediacji w zbiorniku drugim prowadzi się w cyklu 6-8 tygodni.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 184204 sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów zanieczyszczonych związkami organicznymi metodą in situ. Sposób ten polega na tym, że laboratoryjnie określa się średnie stężenie zanieczyszczeń, biodegradowalność zanieczyszczeń, zapotrzebowanie tlenowe mikroorganizmów oraz izoluje się mikroflorę przydatną do biodegradacji zanieczyszczeń, a następnie poprawia się powierzchniową strukturę gruntu, poprzez jej przeoranie, po czym do zanieczyszczonego gruntu wprowadza się pożywkę w postaci nawozów mineralnych stosowanych w rolnictwie w ilościach i proporcjach dobranych laboratoryjnie, zawierającą jony K⁺, NH4⁺, HPO4^2- o odpowiednim stężeniu. Do gruntu poprzez lance oraz rozsianie na powierzchni wprowadza się autochtoniczne mikroorganizmy wcześniej wyizolowane z gruntu, adaptowane do stężenia zanieczyszczeń gruntu i rozmnożone do potrzebnej ilości około 0,2 x 10^-3 m³ mikroorganizmów na 1 m³ gruntu, po czym włącza się system biowentylacji i rozpoczyna się proces oczyszczania gruntu, w czasie, którego zanieczyszczone powietrze jest odcią gane i kierowane do specjalnego biofiltra, przy czym proces biodegradacji przebiega przy zachowaniu temperatury w granicach 0 - 40°C, korzystnie w przedziale 20 - 27°C, wilgotnoś ci oczyszczanego gruntu w przedziale 50 - 80%, kwasowoś ci w granicach pH 5-8, korzystnie w przedziale 6 - 7,5, co ma wpływ na szybkość remediacji gruntu.

Sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów według wynalazku, polega na tym, że proces remediacji prowadzi się w zamkniętym obiegu wodnym, korzystnie w sposób ciągły. Zgodnie ze sposobem zanieczyszczony grunt nawilża się do poziomu minimum 50% całkowitej pojemności wodnej, wodą i/lub odciekami, zawierającymi mikroorganizmy autochtoniczne, szczególnie zdolne do rozkładu węglowodorów, w ilości, co najmniej 10⁷ komórek na 1 g suchej masy gruntu. Powstające odcieki zawierające węglowodory wprowadza się do bioreaktora, w którym znajdują się mikroorganizmy, wprowadzone w postaci zaszczepu, uzyskanego z próbki zanieczyszczonego gruntu. Zaszczep przygotowuje się poprzez izolację i selekcję mikroorganizmów autochtonicznych, charakteryzujących się szczególnie wysoką aktywnością w degradacji związków węglowodorowych, natomiast eliminuje mikroorganizmy patogenne oraz wytwarzające toksyczne metabolity. Wyhodowany zaszczep wprowadza się do bioreaktora na początku procesu oczyszczania, a kolejne partie odcieków z remediowanego gruntu są głównym źródłem węgla organicznego, stanowiącego substrat pokarmowy dla kolejnych partii zawiesiny bakteryjnej zawracanej do remediacji gruntu. W procesie namnażania mikroorganizmów, prowadzonym w bioreaktorze, zapewnia się im również odpowiednią zawartość azotu i fosforu poprzez wprowadzanie związków tych pierwiastków, w postaci NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4,

PL 207 237 B1 (NH4)2HPO4 NH4HCO3 i/lub (NH4)2CO3. W toku namnażania mikroorganizmów rozkłada się biologicznie produkty naftowe i oczyszcza się odcieki. Uzyskaną zawiesinę bakteryjną w postaci biomasy wraz z oczyszczonymi odciekami recyrkuluje się do gruntu, wzbogacając go w mikroorganizmy oraz uzupełniając zawartość wody.

Proces namnażania mikroorganizmów prowadzi się w bioreaktorze, w warunkach tlenowych, przy ciągłym napowietrzaniu i w stałej temperaturze, korzystnie 28°C, przy odczynie pH utrzymywanym w zakresie 6 - 8,2. Uzyskaną w bioreaktorze zawiesinę bakteryjną, bogatą w mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów wprowadza się do oczyszczanego gruntu metodą zraszania i/lub iniekcji albo systemem wewnętrznych drenaży. Korzystnie proces prowadzi się w sposób ciągły z użyciem, co najmniej dwóch bioreaktorów. Związki azotu i fosforu w postaci NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 NH4HCO3 i/lub (NH4)2CO3, dobierane w zależności od pH oczyszczanego gruntu, używane są do wzbogacania gruntu w pierwiastki biogenne. Związki te wprowadzane są do gruntu poprzez zraszanie po ich rozpuszczeniu w odcieku; dobierane są w proporcjach C:N:P=70120:8-30:0,5-2.

W trakcie procesu remediacji prowadzi się kontrolę parametrów fizyko-chemicznych i mikrobiologicznych gruntu takich jak: pH, zawartość produktów naftowych, azot ogólny, azot amonowy i azotanowy, fosfor ogólny, ogólna liczebność mikroorganizmów, liczebność mikroorganizmów zdolnych do biodegradacji węglowodorów, aktywność enzymatyczna mikroorganizmów glebowych.

Proces rozkładu węglowodorów zachodzi zgodnie ze sposobem w oczyszczanym gruncie, a stymulowany jest przez cyrkulację odcieków, które na wejś ciu do bioreaktora charakteryzują się podwyższoną zawartością węglowodorów, a po wyjściu z bioreaktora w postaci zawiesiny bakteryjnej stanowią źródło wody i mikroorganizmów rozkładających zanieczyszczenia w gruncie.

Sposób według wynalazku nadaje się do oczyszczania metodą in situ lub ex situ wszystkich gruntów skażonych węglowodorami, zwłaszcza zaś produktami naftowymi, takimi jak frakcje ropy naftowej, oleje opałowe, oleje do silników wysokoprężnych, itp. Zgodnie z wynalazkiem w metodzie ex situ, formuje się pryzmę na izolowanej powierzchni, a odcieki z niej odbiera się systemem drenaży oraz gromadzi się w studzience zbiorczej natomiast w metodzie in situ do namnażania mikroorganizmów wykorzystuje się recyrkulowane skażone wody podziemne.

Zaletą wynalazku jest to, że nie wymaga stosowania wież strippingowych lub innych aparatów w celu oczyszczenia odcieków, ponieważ są one zawracane do bioreaktora i wykorzystywane jako substrat pokarmowy do namnażania mikroorganizmów. Zastosowanie zamkniętego obiegu wodnego znacznie obniża zużycie wody koniecznej do utrzymania poziomu wilgotności oczyszczanego gruntu. Zaletą jest również to, że w metodzie ex situ stosuje się zamknięty obieg odcieków, przez co eliminuje się niebezpieczeństwo wtórnego skażenia środowiska. W sposobie według wynalazku znacznie ogranicza się, a nawet eliminuje zużycie preparatów stanowiących źródło substratu pokarmowego do namnażania mikroorganizmów. Proces namnażania mikroorganizmów zgodnie z wynalazkiem, jest znacznie skrócony dzięki wykorzystaniu jako źródła węgla organicznego tych samych węglowodorów, w ś rodowisku, których najbardziej aktywne był y mikroorganizmy, z których został wygenerowany zaszczep, zwany inoculum.

Sposób według wynalazku został objaśniony w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych produktami naftowymi, prowadzony ex situ cyklicznie, polega na tym, że wydobywa się partię gruntu w ilości 100 m³ o stężeniu węglowodorów wynoszącym 5300 mg na kg suchej masy, o odczynie alkalicznym i formuje się w kształcie pryzmy na folii izolacyjnej. Pryzmę jednocześnie napowietrza się i nawilża poprzez zraszacze odciekami, pochodzącymi z gruntu i bioreaktora o pojemności 600 dm³ do poziomu 50% całkowitej pojemności wodnej, ewentualnie uzupełnia się wodą gruntową. Odcieki z pryzmy kieruje się do bioreaktora, do którego wprowadza się również zaszczep - inoculum mikroorganizmów autochtonicznych. Zaszczep przygotowuje się z próbki zanieczyszczonego gruntu poprzez izolację i selekcję mikroorganizmów autochtonicznych charakteryzujących się szczególnie wysoką aktywnością w degradacji związków węglowodorowych. Kontroluje się czy mikroorganizmy te nie wytwarzają toksycznych metabolitów oraz czy nie są patogenne, które się eliminuje. Wyhodowany zaszczep wprowadza się do bioreaktora na początku procesu oczyszczania. Zawartość bioreaktora wzbogaca się w substancje odżywcze w postaci związków NH4NO3, NH4H2PO4, w proporcjach C:N:P=10:10:1 oraz reguluje odczyn odcieku do poziomu neutralnego. Mikroorganizmy w bioreaktorze namnaża się w warunkach tlenowych, wprowadzając w sposób ciągły powietrze i utrzymując temperaturę 28°C oraz pH 7. W trakcie procesu

PL 207 237 B1 biodegradacji prowadzi się kontrolę parametrów fizyko-chemicznych i mikrobiologicznych odcieku takich jak: pH, zawartość produktów naftowych, azot ogólny, azot amonowy i azotanowy, fosfor ogólny, ogólna liczebność mikroorganizmów, liczebność mikroorganizmów zdolnych do biodegradacji węglowodorów. Otrzymaną zawiesinę bakteryjną podaje się do zraszaczy i wprowadza do pryzmy cyklicznie, w takiej ilości, aby stężenie drobnoustrojów wynosiło około 10⁷ komórek na 1 g suchej masy gruntu. Związki azotu i fosforu w postaci związków NH4NO3, NH4H2PO4, w proporcjach C:N:P=70:8:0,5 dobierane w zależności od pH oczyszczanego gruntu używane są do stopniowego wzbogacania gruntu w pierwiastki biogenne tak, aby odczyn gruntu podczas bioremediacji był zbliżony do obojętnego. Związki te wprowadzane są do gruntu poprzez zraszanie po ich rozpuszczeniu w odcieku. Proces remediacji gruntu prowadzi się 16 tygodni.

Tak oczyszczony grunt, zawierający 70 mg węglowodorów na kg suchej masy, umieszcza się w miejscu jego wybrania.

P r z y k ł a d 2

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych węglowodorami, w sposób ciągły prowadzi się jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że stosuje się dwa bioreaktory o pojemności 1600 dm³ każdy. Pryzmę utworzoną z partii gruntu w ilości 1000 m³ o stężeniu węglowodorów wynoszącym 3200 mg na kg suchej masy, nawilża się do 65% całkowitej pojemności wodnej poprzez wtłaczanie do gruntu przetworzonych w bioreaktorze odcieków i uzupełnia wodą gruntową. W procesie ciągłym, podczas gdy w jednym bioreaktorze namnaża się drobnoustroje, drugi używa się jako zasobnik zawiesiny bakteryjnej. Odprowadzane z pryzmy systemem drenaży odcieki wprowadza się przemiennie do dwóch bioreaktorów, a tam wzbogaca w substancje odżywcze w postaci związków NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4 w proporcjach C:N:P=120:10:1, namnaża się mikroorganizmy utrzymując odczyn pH <8. W trakcie procesu biodegradacji prowadzi się kontrolę parametrów fizyko-chemicznych i mikrobiologicznych odcieku takich jak: pH, zawartość produktów naftowych, azot ogólny, azot amonowy i azotanowy, fosfor ogólny, ogólna liczebność mikroorganizmów, liczebność mikroorganizmów zdolnych do biodegradacji węglowodorów. Po czym uzyskaną zawiesinę bakteryjną wprowadza się do gruntu poprzez iniekcję w takiej ilości, aby uzyskać stężenie, co najmniej 10⁶ komórek na 1 g suchej masy gruntu. Związki azotu i fosforu NH4NO3, NH4SO4, NH4H2PO4, w proporcjach C:N:P=120:11:2, dobierane w zależności od pH oczyszczanego gruntu używa się też do wzbogacania gruntu w pierwiastki biogenne. Związki te wprowadzane są do gruntu poprzez zraszanie po ich rozpuszczeniu w odcieku. Proces prowadzi się w ciągu 12 tygodni. Oczyszczony grunt zawierający resztki węglowodorów w ilości około 65 mg na kg suchej masy umieszcza się w miejscu składowania.

P r z y k ł a d 3

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych produktami naftowymi, prowadzony cyklicznie, in situ polega na tym, że partię gruntu o powierzchni 400 m², zanieczyszczoną węglowodorami w ilości 2800 mg/kg s.m. o odczynie alkalicznym nawilża się od góry poprzez zraszanie do poziomu 65% całkowitej pojemności wodnej. Odcieki gromadzące się w studzienkach zbiorczych rozmieszczonych na skażonym terenie kieruje się do bioreaktora o pojemności 1000 dm³, do którego wprowadza się również zaszczep mikroorganizmów wyizolowanych z zanieczyszczonego gruntu, jak w poprzednich przykładach. Zawartość bioreaktora wzbogaca się w substancje odżywcze w postaci związków NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, w proporcjach C:N:P=100:10:1. Mikroorganizmy w bioreaktorze namnaża się w warunkach tlenowych wprowadzając w sposób ciągły powietrze i utrzymując temperaturę 28°C oraz pH 6. Otrzymaną zawiesinę bakteryjną podaje się do zraszaczy i rozprowadza na powierzchni gruntu skażonego. Namnażanie mikroorganizmów i zraszanie gruntu skażonego otrzymaną zawiesiną mikroorganizmów powtarza się cyklicznie. Związki azotu i fosforu NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, w proporcjach C:N:P=70:8:0,5 dobierane w zależności od pH oczyszczanego gruntu używa się do wzbogacania gruntu w pierwiastki biogenne. Związki te wprowadza się do gruntu poprzez zraszanie po ich rozpuszczeniu w odcieku.

W trakcie procesu remediacji prowadzi się kontrolę parametrów fizyko-chemicznych i mikrobiologicznych gruntu takich jak: pH, zawartość produktów naftowych, azot ogólny, azot amonowy i azotanowy, fosfor ogólny, ogólna liczebność mikroorganizmów, liczebność mikroorganizmów zdolnych do biodegradacji węglowodorów, aktywność enzymatyczna mikroorganizmów glebowych.

P r z y k ł a d 4

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych produktami naftowymi, prowadzi się jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że do gruntu wtłacza się dodatkowo wilgotne powietrze.

PL 207 237 B1

P r z y k ł a d 5

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych produktami naftowymi, prowadzi się jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że grunt nawilża się i wprowadza do niego zawiesinę bakteryjną poprzez system drenaży wewnętrznych.

P r z y k ł a d 6

Sposób mikrobiologicznej remediacji gruntów skażonych produktami naftowymi, prowadzi się w sposób ciągły in situ jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że stosuje się dwa bioreaktory o pojemności 1600 dm³ każdy. Podczas gdy jeden bioreaktor służy do pasażowania mikroorganizmów autochtonicznych, drugi bioreaktor używa się jako zasobnik zawiesiny bakterii do zraszania gruntu. Partię gruntu o powierzchni 1000 m², zanieczyszczoną węglowodorami w ilości średnio 2250 mg/kg s.m. o odczynie alkalicznym nawilż a się od góry poprzez zraszanie do poziomu 60% cał kowitej pojemnoś ci wodnej. Odcieki pobierane z 5 studzienek zbiorczych rozmieszczonych na skażonym terenie kieruje się do jednego z bioreaktorów, do którego wprowadza się również szczepionkę drobnoustrojów wyizolowanych z zanieczyszczonego gruntu, jak w poprzednich przykładach. Zawartość bioreaktora wzbogaca się w substancje odżywcze w postaci związków NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 w proporcjach C:N:P=100:10:1. Mikroorganizmy w bioreaktorze namnaża się w czasie 48 godzin w warunkach tlenowych wprowadzając w sposób ciągły powietrze i utrzymując temperaturę 28°C. Otrzymaną zawiesinę podaje się do zraszaczy i rozprowadza na powierzchni gruntu skażonego w takiej ilości, aby uzyskać stężenie, co najmniej 10⁷ komórek na 1 g suchej masy gruntu. W tym czasie rozpoczyna się i prowadzi pasażowanie mikroorganizmów w drugim bioreaktorze w warunkach jak wyżej. Związki azotu i fosforu NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 w proporcjach C:N:P=100:30:1 dobierane w zależności od pH oczyszczanego gruntu używane są do wzbogacania gruntu w pierwiastki biogenne. Związki te wprowadzane są do gruntu poprzez zraszanie po ich rozpuszczeniu w odcieku.

Proces prowadzi się w ciągu 14 tygodni. Oczyszczony grunt zawiera resztki węglowodorów w iloś ci okoł o 80 mg na kg suchej masy.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów z węglowodorów, metodą in situ lub ex situ, w którym do zanieczyszczonego gruntu wprowadza się mikroorganizmy zdolne do rozkładu tych produktów, uzyskane z próbek gruntu przeznaczonego do oczyszczenia, znamienny tym, że proces prowadzi się w zamkniętym obiegu wodnym z użyciem bioreaktora, w którym namnaża się mikroorganizmy, wprowadzone w postaci zaszczepu, przygotowanego uprzednio z próbki zanieczyszczonego gruntu poprzez izolację i selekcję mikroorganizmów autochtonicznych o szczególnie wysokiej aktywności w degradacji związków węglowodorowych, a w procesie namnażania jako źródło węgla organicznego stosuje się odcieki z oczyszczanego gruntu, zawierające węglowodory, które uzupełnia się substancjami odżywczymi zawierającymi azot i fosfor, a uzyskaną zawiesinę bakteryjną wprowadza się do oczyszczanego gruntu, w ilości, co najmniej 10⁷ komórek na 1 g suchej masy gruntu, przy czym zanieczyszczony grunt nawilża się do poziomu minimum 50% całkowitej pojemności wodnej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancje odżywcze stosuje się, związki wybrane z grupy obejmującej NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 NH4HCO3 i/lub (NH4)2CO3, dobierane w zależności od pH remediowanego gruntu, w proporcjach C:N:P = 70-120:830:0,5-2.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę bakteryjną w postaci biomasy wraz z oczyszczonymi odciekami recyrkuluje się do oczyszczanego gruntu, uzupełnianą sukcesywnie o pierwiastki biogenne w postaci NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 NH4HCO3 i/lub (NH4)2CO3, dobierane w zależności od pH.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że namnażanie mikroorganizmów w bioreaktorze, prowadzi się w warunkach tlenowych w stałej temperaturze, korzystnie 28°C.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie procesu namnażania w bioreaktorze, utrzymuje się odczyn pH w zakresie 6 - 8,2.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces oczyszczania gruntów z produktów naftowych, prowadzi się w sposób ciągły z użyciem co najmniej dwóch bioreaktorów.

   PL 207 237 B1
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskaną w bioreaktorze zawiesinę bakteryjną wprowadza się do oczyszczanego gruntu metodą zraszania.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskaną w bioreaktorze zawiesinę bakteryjną wprowadza się do oczyszczanego gruntu metodą iniekcji.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzyskaną w bioreaktorze zawiesinę bakteryjną wprowadza się do oczyszczanego gruntu systemem drenaży.