PL235562B1 - Sposób usuwania zanieczyszczeń ropopochodnych z gleby na drodze biodegradacji przy użyciu kwasów humusowych i hydrolizatu drożdżowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania z gleby zanieczyszczeń ropopochodnych metodą biologiczną.

Z polskiego patentu nr 209361 znany jest sposób fitoremediacji gleb z produktów ropopochodnych metodą „in situ” wspomaganej biopreparatem bakteryjnym. Jako preparat bakteryjny stosuje się autochtoniczne bakterie pobrane z próbek gruntu przeznaczonego do oczyszczania. Z próbek izoluje się bakterie dominujące, o największej zdolności do rozkładu węglowodorów, namnaża się je na podłożu i wprowadza do gruntu przeznaczonego do oczyszczania przez zraszanie. Po wprowadzeniu grunt obsiewa się rekultywowany teren roślinami.

Z patentu polskiego nr 207237 znany jest sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów z węglowodorów, przeznaczony do remediacji gruntów metodą in situ i ex situ. Remediację prowadzi się w zamkniętym obiegu wodnym w sposób ciągły. Grunt nawilża się do poziomu 50% pojemności wodnej wodą lub odciekami zawierającymi autochtoniczne mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów. Odcieki wprowadza się do bioreaktora i dodaje szczepionkę z namnażania organizmów autochtonicznych. 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 zapewnia im się odpowiednią dawkę pożywki w postaci związków azotu i fosforu. Proces namnażania prowadzi się w bioreaktorze w warunkach tlenowych.

W polskim patencie nr 205003 ujawniono sposób oczyszczania gleby gdzie w pierwszym etapie glebę natlenia się mechanicznie i wykonuje się rów odprowadzający odciek zawierający zanieczyszczenia ropopochodne. Gdy w odcieku nie będą się już pojawiały zanieczyszczenia ropopochodne glebę natlenia się mechanicznie i dodaje nawozów tak by stosunek azotu do fosforu wynosił 10:1 po czym proces bioremediacji prowadzi się od 1 do 2 lat do zahamowania procesów rozkładu. Następnie do tak oczyszczonej gleby dodaje się biopreparat sporządzony z wcześniej wyizolowanych i namnożonych autochtonicznych mikroorganizmów. Glebę natlenia się mechanicznie i zrasza wodą oraz prowadzi proces bioaugmentacji od 3 miesięcy do 1 roku.

Z polskich opisów wynalazków zgłoszonych do opatentowania nr 212221, 212222, 212223 znane są sposoby usuwania zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi z gleby poprzez pobudzenie do biodegradacji zanieczyszczeń autochtonicznych mikroorganizmów, występujących w zanieczyszczonej glebie, w wyniku działania ekstraktów z soi, lucerny lub ekstraktu z mydlnicy lekarskiej.

Nieoczekiwanie okazało się, że dodatek kwasów humusowych, wymieszanych z hydrolizatem drożdży piwowarskich znacznie przyspiesza biologiczny rozkład oleju napędowego w glebie.

Istotą wynalazku jest sposób usuwania zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi, który polega na tym, że do zanieczyszczonego układu wprowadza się mieszaninę, zawierającą co najmniej 15% wagowych hydrolizatu odpadowych drożdży piwowarskich i co najmniej 60% wagowych kwasów humusowych, w ilości nie mniejszej niż 50 ml mieszaniny na kg gleby zanieczyszczonej węglowodorami. Hydrolizat drożdży piwowarskich uzyskuje się w procesie autolizy gęstwy drożdżowej. Jako źródło kwasów humusowych stosuje się dowolny preparat zawierający kwasy humusowe. Korzystne jest, gdy do zanieczyszczonego układu wprowadza się szczepionkę bakteryjną w ilości co najmniej 105 komórek na 1 g suchej masy gruntu. Szczepionkę może stanowić wyspecjalizowane w degradacji węglowodorów glebowe konsorcjum bakteryjne złożone ze szczepów: Achromobacter sp. i/albo Alcaligenes sp. i /albo Citrobacter sp. i /albo Comamonadaceae sp. i /albo Pseudomonas sp. i/albo Sphingobacterium sp. i/albo Bacillus sp. Mikroorganizmy przyczyniają się do realizacji skutecznego i wydajnego procesu usuwania zanieczyszczeń. W praktyce można wykorzystywać wyizolowane i namnożone mikroorganizmy autochtoniczne z zanieczyszczonego gruntu lub w przypadku ich braku do układu wprowadza się bakterie o znanej aktywności biodegradacyjnej.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku następuje przyspieszenie biodegradacji substancji ropopochodnych pod wpływem dodania hydrolizatu odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych.

Hydrolizat odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych zapewnia odpowiednią biodostępność zanieczyszczeń i dostarcza pożywki bez konieczności uzupełniania syntetycznymi składnikami. Hydrolizat odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych jest przyjazny środowisku, jest całkowicie biodegradowalny, przez co nie powoduje zakłócenia w ekosystemie.

PL 235 562 B1

Opis doświadczenia przedstawiającego istotę wynalazku.

Biodegradację prowadzono w dwóch układach bez i z dodatkiem hydrolizatów odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych. Procesowi biodegradacji poddawany był olej napędowy. Hydrolizat drożdży piwowarskich uzyskano poddając gęstwę drożdżową procesowi autolizy w temperaturze 53°C przez 48 godzin. Jako źródło kwasów humusowych zastosowano komercyjnie dostępny preparat wytwarzany na bazie leonardytów, zawierający 85% kw. humusowych. Glebę skażano do 2% olejem napędowym po czym zraszano 50 ml/kg mieszaniny hydrolizatu odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych w proporcji 1:3 oraz wprowadzano do układu zawiesinę mikroorganizmów Achromobacter sp., Alcaligenes sp., Citrobacter sp., Comamonadaceae, Pseudomonas sp., Sphingobacterium sp., Bacillus sp. i całość pozostawiono na 90 dni. Identyfikację mikroorganizmów konsorcjum przeprowadzono w oparciu o analizę regionu IV bakteryjnego 16S RNA. Po zamplifikowaniu, produkty PCR oczyszczano a następnie w reakcji reamplifikacji konstruowano biblioteki z wykorzystaniem starterów fuzyjnych dla systemu Illumina. Sekwencjonowanie przeprowadzono z wykorzystaniem sekwenatora Illumina MiSeq (Illumina, USA) używając sparowanych końców (2 x 250) MiSeq Reagent Kits v2 (Illumina, USA). Dane z sekwencjonowania zostały przetworzone z wykorzystaniem CLC Genomic Workbench 8.5 i CLC Microbial Genomics Module 1.2. (Qiagen, USA). Całkowita liczba odczytów obejmowała zakres 438216-461123. Odczyty porównano z bazą danych SILVA v119. Charakterystyczne sekwencje dla mikroorganizmów konsorcjum przedstawiono w tab 1.

PL 235 562 Β1

Tabela 1

Identyfikowany mikroorganizm	Sekwencja nukleotydowa
Sphingobacterium sp.	GTGTGCCAGCAGCCGCGGTAAGACGAACCGTCCAAACGTTATTCGGTAT CACTGGGCTTAAAGCGTGCGTAGGCGGCCTGGAAGGTGAGATGTGAAA GCCCACGGCTCAACCGTGGAATTGCGTTTCAAACCGCCAGGCTTGAGGA AGACAGGGGTGTAGGGAACTTATGGTGGAGCGGTGAAATGCGTTGATA TCATAGGGAACACCGGTGGCGAAGGCGCAACACTGGGTCTTTTCTGACG CTGAGGCACGAAAGCTAGGGTAGCGAACGGGATTAGATACCCCGGTAG
Bacillus sp.	GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGAAGGGTGCAAGCGTTACTCGGAATT AC TGGGCG TAAAGCG TGCGTAGGTGGTlCGITAAG TC TGATGTGAAAGC CCCGGGCTCAACCTGGGAATTGCATTGGATACTGGCGGGCTAGAGTACG GTAGAGGGTGGCGGAATTCCTGGTGTAGCAGTGAAATGCGTAGAGATC AGGAGGAACATCCGTGGCGAAGGCGGCCACCTGGACCAGTACTGACAC TGAGGCACGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGT C
Achromobacter sp.	GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGAGGGTGCGAGCGTTGTTCGGAATT ATTGGGCGTAAAGCGCGCGTAGGCGGCTCTTTAAGTCTCTTGGTGAAAG GCCGGGGCTCAACCCTGAGCATGCCGGGGATACTGGGGAGCTGGAGAC AGGCAGAGGCCAGCGGAATTCCGGG1G1AGCGG1GGAATGCG1AGAGA TCCGGAAGAACACCGGAGGCGAAGGCGGCTGGCTGGGCCTGATCTGAC GCTGAGGTGCGAAAGCGTGGGGAGCGAACAAGATTAGATACCCTGGTA GT
Alcaligenes sp.	GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGTGGCGAGCGTTGTCCGGATTTA CTGGGCGTAAAGCGCGCGCAGGCGGGCTGGTCAGTCCGGGGTGAAATC TCACGGCICAACCGTGAGCGGTCCCCGGATACTGCCAGTCTTGAGGTGT CTAGAGGAGAGCGGAATTCCCGGTGTAGTGGTGGAATGCGTAGATATC GGGAAGAACACCAGTGGCGAAAGCGGCTCTCTGGGGACCACCTGACGC TGAGGCGCGAAAGCGTGGGGAGCGAACCGGATTAGATACCCGGGTAGT C
Citrobacter sp.	G TGCCAGCAGCCGCGGTAATACAGAGAG TGCGAGCG TTAATCGGAATT ACTGGGCGTAAAGCGCACGTAGGTGGATATTTAAGTCAGATGTGAAAG CCCCGGGCTTAACCTGGGAATTGCATTTGATACTGGATGTCTTGAATAT AGTAGAGGGAGGTGGAATTTCCGGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGATAT CGGAAGGAACATCAGTGGCGAAAGCGGCCTCCTGGACTAATATTGACA CTTAGGTGCGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAG TC
Comamonadaceae sp.	GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGAACTGTGCAAACGTTATTCGGAATCA CTGGGCTTAAAGGGTGCGTAGGCGGCTGTCTAAGCAGGGTGTGAAAGC CCCCGGCICAACCGGGGA A TTGCGT TCTGAACTGGACGGCTGGAG TGGG ATAGAGGTGTGCGGAACTTCCGGTGGAGCGGTGAAATGTGTTGATATCG GAAGGAACGCCGGTGGCGAAAGCGGCACACTGGGTCTCAACTGACGCT GAGGCACGAAAGCCAGGGGAGCGAACGGGATTAGATACCCCGGTAGTC
Pseudomonas sp.	GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGGTGCGAGCGTTAATCGGAATT ACTGGGCGTAAAGCGTGCGCAGGCGGTTTCGTAAGACAGACGTGAAAT CCCCGGGCTCAACCTGGGAACTGCGTTTGTGACTGCGAGGCTAGAGTTT GGCAGAGGGGGGTGGAATTCCACGTGTAGCAGTGAAATGCGTAGAGAT GTGGAGGAACACCGATGGCGAAGGCAGCCCCCTGGGCCAATACTGACG CTCATGCACGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAG TC

PL 235 562 B1

Po tym czasie sprawdzono stopień biodegradacji oleju napędowego w układzie bez dodatku hydrolizatu odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych w stosunku do układu z ekstraktem. Stopień degradacji oleju napędowego analizowano metodą wagową poprzez ekstrakcje eterem 5 dietylowym. Uzyskano 91% wzrost stopnia biodegradacji oleju w układach z hydrolizatem odpadowych drożdży piwowarskich oraz kwasów humusowych.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób usuwania ze środowiska zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi z użyciem substancji powierzchniowo czynnych, znamienny tym, że do zanieczyszczonego układu wprowadza się mieszaninę, zawierającą co najmniej 15% wagowych hydrolizatu odpadowych drożdży piwowarskich i co najmniej 60% wagowych kwasów humusowych i, w ilości nie mniejszej niż 50 ml mieszaniny na kg gleby zanieczyszczonej węglowodorami.
2. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że do układu wprowadza się glebowe konsorcjum zawierające bakterie z rodzaju Achromobacter sp. i/albo Alcaligenes sp. i/albo Citrobacter sp. i/albo Comamonadaceae sp. i/albo Pseudomonas sp. i/albo Sphingobacterium sp. i/albo Bacillus sp. w ilości co najmniej 105 komórek na 1 g suchej masy gruntu.