RU2794792C1 - Способ получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений - Google Patents

Способ получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений Download PDF

Info

Publication number
RU2794792C1
RU2794792C1 RU2022110269A RU2022110269A RU2794792C1 RU 2794792 C1 RU2794792 C1 RU 2794792C1 RU 2022110269 A RU2022110269 A RU 2022110269A RU 2022110269 A RU2022110269 A RU 2022110269A RU 2794792 C1 RU2794792 C1 RU 2794792C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microorganisms
carrier
adsorbent
biodegradation
biological product
Prior art date
Application number
RU2022110269A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Константинович Рубанов
Юлия Егоровна Токач
Дария Олеговна Половнева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2794792C1 publication Critical patent/RU2794792C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения биопрепарата для биодеградации органических донных отложений, включающий иммобилизацию микроорганизмов на адсорбенте-носителе посредством смешивания материала адсорбента-носителя с культурой микроорганизмов, обработку раствором минеральных солей и глюкозы для формования гранул размером 3-10 мм, с последующим отверждением при температуре 20-30°С. В качестве адсорбента-носителя используют смесь порошков железорудного концентрата и распадающегося сталеплавильного шлака с размерами частиц 0,3-1,0 мм при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,5, обработанную при воздействии постоянного магнитного поля до достижения остаточной магнитной индукции 0,3-1 мТл. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов микробиологического восстановления открытых акваторий, береговой линии, загрязненных нефтепродуктами и органическими отложениями.

Description

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологическому биовосстановлению открытых акваторий, внутренних вод или береговой линии, загрязненных нефтепродуктами и органическими отложениями.
Нефть и нефтепродукты относятся к высокотоксичным загрязняющим веществам, воздействие которых может нарушать равновесие экосистем, особенно при локализации в донных отложениях. В связи с этим совершенствование методов очистки акваторий от нефтяных загрязнений безусловно является важной задачей с точки зрения снижения экономических затрат при ликвидации последствий аварий, а также при устранении наиболее труднодоступных и опасных локализаций нефти на дне акваторий.
Известен экобиопрепарат для очистки воды от нефтепродуктов (патент RU №2393215, опубл. 27.06 2010. Бюл №18). Биопрепарат представляет собой культуру клеток биодеструктора, искусственно иммобилизованную на сорбенте-носителе, содержащем полые сферические частицы, внутренняя полость которых заполнена, в основном, азотом и двуокисью углерода. В качестве биодеструктора нефтепродуктов используют штамм Pseudomonas fluorescens ВКПМ 6844.
Данный экобиопрепарат обладает высокой нефтепоглощающей способностью. Однако сложная технология получения экобиопрепарата, в том числе необходимость изготовления сферических частиц, последующее заполнение их газообразными веществами приводит к высоким материальным затратам. Кроме того, несмотря на высокую плавучесть и сохранение этого свойства после сорбции нефтяной пленки с водной поверхности, указанному экобиопрепарату свойственна низкая степень утилизации значительной части тяжелых фракций нефти и нефтепродуктов, осевших на дно после аварийного разлива. Таким образом, данный сорбент для очистки водной поверхности не является достаточно эффективным.
Известен способ получения сорбента, включающий смешение эмульсии карбамидной смолы с раствором, содержащим поверхностно-активное вещество, катализатор отвердения и углеводородокисляющие микроорганизмы, озонирование полученной смеси, а в раствор, содержащий поверхностно-активное вещество дополнительно вводят азот-фосфор-калийсодержащие соли, нагревают его до 40-50°С и подвергают акустической обработке (патент RU № 2197322, опубл. 27.01.2003. Бюл. № 3). При этом акустическая обработка проводится целью полного и равномерного растворения поверхностно-активного вещества, например, алкилбензолсульфокислоты в воде.
Недостатком является токсичность компонентов, входящих в состав сорбента.
Известен сорбент для биодеградации поверхностных и донных отложений нефтепродуктов (патент RU № 2356856, опубл. 27.05.2009. Бюл. № 15). Сорбент содержит основу для культивирования нефтеразрушающих микроорганизмов, сухую культуру нефтеразрушающих микроорганизмов и растворимые соли азота и фосфора. Указанный сорбент получают путем выдерживания основы, представляющей собой текстильное полотно из синтетического материала с разветвленной структурой типа синтепон, в питательном водном растворе, содержащем 0,3 кг аммофоса или диаммофоса и не более 2 кг сухой культуры нефтеразрушающих микроорганизмов в 1 м3 воды, в течение 15-24 ч, при температуре 25-30°C и обеспечении насыщения раствора кислородом.
При этом активное размножение микроорганизмов приводит к увеличению их биомассы и в дальнейшем к утяжелению сорбента, что, в свою очередь, обеспечивает постепенное погружение на дно к донным отложениям. Однако растянутое по времени погружение адсорбента к донным отложениям способствует удалению адсорбента от выбранного места за счет придонных течений, что снижает эффективность его применения.
Известен порошкообразный магнитный сорбент для сбора нефти, масел и других углеводородов (патент RU № 2462303, опубл. 27.09.2012. Бюл № 27).
Указанный порошкообразный магнитный сорбент для сбора нефти, масел и других нефтепродуктов, представляющий собой продукт горнообогатительных комбинатов, получают путем смешения ферромагнетиков железной руды в виде Fe3O4 и/или Fe2O3 и неорганического связующего в виде диоксида кремния SiO2 из той же руды при следующем соотношении (мас.%):
Fe3O4 и/или Fe2O 5-59 SiO2 41-95
При этом поверхность сорбента гидрофобизируют высокомолекулярным органическим реагентом, состоящим из углеводородного раствора изобутиламина или гексиламина, или аминового реагента, использованного при флотационном обогащении железной руды.
Недостатком указанного порошкового сорбента является отсутствие возможности биодеградации донных отложений нефти и других органических соединений.
Известен биопрепарат для очистки водной среды от загрязнения нефтепродуктами (патент RU № 2255052, опубл. 27.06.2005. Бюл. № 18), содержащий вещество носителя, вещество-фактор роста микроорганизмов и биомассу микроорганизмов-нефтедеструкторов, иммобилизованную посредством рассосредоточения биомассы микроорганизмов-нефтедеструкторов в массе вещества носителя с физическим соединением их с веществом носителя, в качестве которого применена композиция из Са-альгинатного геля, и вещества-фактора роста микроорганизмов, при этом физическое соединение микроорганизмов-нефтедеструкторов с веществом носителя осуществлено посредством образования капель из смеси суспензированной биомассы с ингредиентами композиции вещества носителя и полимеризации капель с образованием гранул в водном растворе, содержащем ионы Са.
Недостатком данного биопрепарата является неприспособленность для биодеградации донных отложений.
Известен способ получения биопрепарата для биовосстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами (патент RU № 2327649 опубл. 27.06.2008. Бюл. № 18), выбранный в качестве прототипа, включающий обработку пористого носителя раствором минеральных солей и глюкозой, и последующим смешиванием с культурой углеводородокисляющих бактерий, при этом в качестве носителя бактерий используют природные пористые цеолиты с закрытыми и открытыми порами, и таким образом бактерии иммобилизуют в его открытых порах, после чего носитель высушивают и наносят на сорбент для нефти, например, поролон, перед внесением биопрепарата в очищаемую акваторию.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: обработка носителя раствором минеральных солей и глюкозы, иммобилизация ассоциации микроорганизмов путем смешивания их с веществом носителя, сушка носителя.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности биодеградации донных отложений.
Настоящее изобретение направлено на повышение точности процесса доставки микроорганизмов к загрязненным участкам акваторий и повышение эффективности биодеградации донных отложений за счет интенсификации роста биомассы при воздействии магнитного поля носителя.
Поставленная задача решается за счет того, что, в способе получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений, предусматривающем распределение микроорганизмов на органическом субстрате загрязненного участка, включающем иммобилизацию микроорганизмов на адсорбенте-носителе посредством смешивания материала адсорбента-носителя с культурой микроорганизмов, обработку раствором минеральных солей и глюкозы, в качестве адсорбента-носителя используют смесь порошков магнетита и распадающегося сталеплавильного шлака с размерами частиц 0,3-1,0 мм при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,5 и обработанную при воздействии постоянного или электромагнитного поля до остаточной магнитной индукции 0,3-1 мТл, обработку смеси материала адсорбента-носителя и культуры микроорганизмов водным раствором минеральных солей и глюкозы обеспечивают до влажности, достаточной для формования гранул размером 3-10 мм, с последующим отверждением при температуре 10-30°С, доставку к донным отложения осуществляют путем высокой скорости затопления биопрепарата за счет собственного веса.
Способ получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений заключается в следующем.
В качестве микроорганизмов-деструкторов использовали ассоциацию микроорганизмов родов Rhodococcus, Pseudomonas, Yarrowia, Bacillus.
В указанную культуру вводили питательную водную среду, содержащую минеральные соли азота, фосфора, калия, нефть или нефтепродукт. Например, может быть использована классическая минеральная среда Чапека с добавлением углеводородов. По сравнению с составом морской воды среда Чапека обогащена фосфатом и нитратом.
Носитель для иммобилизации клеток ассоциации бактерий получали путем смешивания железорудного концентрата и распадающегося электросталеплавильного шлака с размерами частиц 0,3-1,0 мм при соотношении указанных компонентов 1:0,5 по массе. Железорудный концентрат, содержащий 68% магнетита использовали как магнитный наполнитель и одновременно, как утяжелитель, вследствие высокой плотности (4950 кг/м3), а электросталеплавильный шлак, вследствие высокой дефектной структуры поверхности частиц (380 м2/кг), выполнял роль адсорбирующего компонента.
После смешивания носитель подвергали воздействию постоянного магнитного поля до достижения величины остаточного магнитной индукции 0,3-1,0 мТл.
Иммобилизацию биомассы микроорганизмов-деструкторов в носитель производили посредством рассредоточения биомассы микроорганизмов-деструкторов и питательной среды в массе вещества носителя. Закрепление ассоциации микроорганизмов-деструкторов на адсорбенте-носителе осуществлялось за счет дефектной структуры поверхности частиц электросталеплавильного шлака и микрочастиц железорудного концентрата (1 мкм), налипших на «крупные» (0,1-0,3 мм) частицы за счет магнитного притяжения и обеспечивающих шероховатость поверхности.
Физическое соединение микроорганизмов-деструкторов с материалом адсорбента-носителя осуществляли посредством увлажнения смеси материала адсорбента-носителя и биомассы микроорганизмов-деструкторов раствором минеральных солей и глюкозой до влажности 10-20%, для формирования гранул размером 3-10 мм и последующего отверждения за счет вяжущих свойств электросталеплавильного шлака, содержащего оксиды кальция, с последующей сушкой гранул при температуре 20-30°С.
Доставка биопрепарата к загрязненному участку донных отложений осуществлялось за счет высокой скорости затопления биопрепарата, содержащего тяжелый железорудный концентрат. При этом практически не происходит отклонения при доставке биопрепарата к загрязненному участку при наличии подводных течений. Магнитное поле адсорбента–носителя способствует интенсивному росту биомассы и, как следствие, интенсификации биодеструкции органических донных отложений.
Использование изобретения позволит обеспечить биовосстановление открытых акваторий, внутренних вод или береговых линий, загрязненных отложениями органических ксенобиотиков путем воздействия микроорганизмов-деструкторов в условиях минимальной концентрации кислорода.

Claims (1)

  1. Способ получения биопрепарата для биодеградации органических донных отложений, предусматривающий распределение микроорганизмов-деструкторов на органическом субстрате загрязненного участка, включающий иммобилизацию микроорганизмов на адсорбенте-носителе посредством смешивания материала адсорбента-носителя с культурой микроорганизмов, обработку раствором минеральных солей и глюкозы, отличающийся тем, что в качестве адсорбента-носителя используют смесь порошков железорудного концентрата и распадающегося сталеплавильного шлака с размерами частиц 0,3-1,0 мм при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,5, обработанную при воздействии постоянного магнитного поля до достижения остаточной магнитной индукции 0,3-1 мТл, обработку смеси материала адсорбента-носителя и культуры микроорганизмов раствором минеральных солей и глюкозы обеспечивают до влажности достаточной, для формования гранул размером 3-10 мм, с последующим отверждением при температуре 20-30°С.
RU2022110269A 2022-04-15 Способ получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений RU2794792C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794792C1 true RU2794792C1 (ru) 2023-04-25

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327649C2 (ru) * 2006-05-23 2008-06-27 Екатерина Анатольевна Сребняк Способ получения биопрепарата для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327649C2 (ru) * 2006-05-23 2008-06-27 Екатерина Анатольевна Сребняк Способ получения биопрепарата для восстановления водоемов, загрязненных нефтью или нефтепродуктами

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛОВНЕВА Д.О., ТОКАЧ Ю.Е. "Исследование влияния магнитного поля на процессы иммобилизации микроорганизмов на адсорбент-носитель и деградации углеводородов в донных отложениях"; Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им.В.Г. Шухова, 30.04.-20.05.2022, с.2759-2767. РУБАНОВ Ю.К. и др. "Композиционные сорбенты на основе оксидов железа для извлечения углеводородов из водных сред"; Фундаментальные исследования, 2014, N 11, с.1692-1697. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cohen Biofiltration–the treatment of fluids by microorganisms immobilized into the filter bedding material: a review
CN109970182A (zh) 一种用于固定化微生物技术的组合填料
CN109231492A (zh) 一种畜禽养殖场污水生物净化剂及其制备方法
CN111187766B (zh) 一种多环芳烃(PAHs)降解菌剂的制备及应用
Mohamad et al. Biosorption of copper (II) from aqueous solution using non-living Mesorhizobium amorphae strain CCNWGS0123
Farid et al. Eco-friendly biodegradation of hydrocarbons compounds from crude oily wastewater using PVA/alginate/clay composite hydrogels
Wang et al. Ammonium removal efficiency of biochar-based heterotrophic nitrifying bacteria immobilization body in water solution
RU2143947C1 (ru) Сорбент для очистки природных вод и почвы от нефтяных загрязнений "москат"
KR101438380B1 (ko) 수질정화용 콘크리트 블록
JP2002192187A (ja) 汚染環境の処理剤
CN117069257B (zh) 一种缓释多硫化物轻质材料及其制备方法和应用
CN101962230A (zh) 一种用于石油污染水体原位修复的生物膨胀石墨制备方法
JP2004524967A (ja) ナノ材料を用いた廃水の生化学処理方法
RU2794792C1 (ru) Способ получения биопрепарата с магнитным полем для биодеградации донных отложений
RU2516412C2 (ru) Препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений и способ его получения
CN114735825B (zh) 一种负载混合价氧化铁的生物炭、制备方法及其应用
CN110964713A (zh) 用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法
CN111847642B (zh) 水处理微生物高流动载体材料、制备方法及水处理方法
KR20170069394A (ko) 수질정화용 포러스 콘크리트 조성물
Sun et al. Enhanced Aerobic Sludge Granulation by Seeding Concentrated Activated Sludge with Ca‐Alginate Gel
CN116693063B (zh) 脱氮除碱液体自养反硝化含菌材料及其制法与用途
KR100425245B1 (ko) 스코리아를 이용한 미생물 담체 및 그 제조방법
JP2009189914A (ja) 微生物担持光触媒含有水質浄化用焼結体及びその製造方法並びにそれを用いた水域の水質浄化方法
CN109423295B (zh) 土壤修复组合物和应用以及土壤生物修复方法
CN113846032A (zh) 一种石油烃降解生物絮凝剂的制备方法