Разработка основ технологии производства биологических сорбентов для нефти и нефтепродуктов на основе торфов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Факультет биотехнологии и промышленной экологии

Кафедра биотехнологии

Университетская научно-исследовательская работа студента

на тему:

Разработка основ технологии производства биологических сорбентов для нефти и нефтепродуктов на основе торфов

Выполнила студентка группы Э-55 Балыкова А. В.

Научный руководитель Марквичев Н.С.

Проверил Кузнецов А.Е.

Москва

2014



Введение

Сырая нефть, а также многочисленные продукты ее переработки, широко используемые в качестве топлива, смазок, исходного сырья для нефтехимической промышленности и т.д., попадают в значительных количествах в атмосферные, промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды. Вместе с ними поступают в открытые водоемы, почву, подземные водоносные горизонты, нарушая ход естественных биохимических процессов. Сейчас остается актуальным проблема выбросов нефти и нефтепродуктов мелких и средних предприятий, что в сумме дает огромное количество стоков, трудно поддающихся обработке обычными способами.

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике для локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов и их последствий используются механические, физико-химические, биологические методы. Как правило, основная масса разлитых углеводородов с почвы или водной поверхности собирается механическим способом с использованием различных устройств и приспособлений. Однако собрать всё полностью невозможно. Поэтому для сбора оставшейся, видимой части разлива используют физико-химические методы, прежде всего сорбционный, предполагающий использование нефтепоглощающих материалов - нефтесорбентов (в зависимости от характера процесса поглощения - адсорбентов и абсорбентов).

Важнейшей задачей является утилизация нефтесодержащих сорбентов. Даже небольшое количество сорбента, присутствующее в массе отходов, может исключить возможность утилизации этих отходов многими способами, например, при использовании в качестве сырья на нефтеперерабатывающих заводах.

В теории некоторые типы сорбентов могут быть пригодны для повторного использования, если из них удается извлечь собранную нефть. Этого можно достичь сжатия с помощью отжимного катка (машины), либо центрифугированием или экстракцией растворителем.

Утилизацию сорбентов производят следующими методами:

сжигание -- целесообразно, если сорбент горючий и не содержит чрезмерного количества воды (ротационные сушильные печи и мартеновские печи). Данный способ значительно уменьшит объема материалов, направленных на захоронение. Также данный метод является относительно дорогим;

захоронение - данный метод, так же как и предыдущий строго контролируется местным и государственным законодательством. Также является затратным из-за транспортировки, необходимо отведение специализированных площадок, которые огораживают непроницаемыми мембранами для предотвращения стоков;

биоразложение - самый безопасный метод, преимущественно обладают органические сорбенты. Процесс биоразложения может занять несколько лет, хотя оно может быть ускорено путем насыщения кислородом с помощью оборудования по рыхлению почв и внесения удобрений.

сорбент нефть загрязнение микроорганизм



Литературный обзор

Сорбенты нефтепродуктов - вещества, которые предназначены для локализации, сбора и утилизацию загрязнений, вызванных разливом нефти и ее производных вследствие нештатных ситуаций[2][3]. В качестве сорбентов используют весьма разнообразный спектр материалов. Из органических материалов можно назвать такие как кора, торф, опилки, бумажная масса, банасса (выжимки сахарного тростника), пробка, куриное перо, солома, шерсть и человеческие волосы. Примерами неорганических материалов являются вермикулит и пемза; полипропилен и другие полимеры представляют собой синтетические материалы. Синтетические сорбенты обычно являются самыми эффективными для сбора нефти. В некоторых случаях может достигаться соотношение по весу захваченной нефти и сорбента 40:1 в сравнении с соотношением 10:1 для органических продуктов и еще более низким соотношением 2:1 для неорганических материалов. Несмотря на ограниченную адсорбционную способность, органические и неорганические материалы могут быть целесообразными к использованию, так как они часто в изобилии имеются в наличии в природной среде или являются побочными продуктами промышленных процессов и могут легко приобретаться по малой цене и бесплатно[10].

Неорганические сорбенты: глины различных видов, диатомитовые породы (главным образом рыхлый диатомит - кизельгур), песок, цеолиты, туфы, пемза и т.п. Именно глина и диатомиты составляют большую часть товара на рынке сорбентов в силу их низкой стоимости и возможности крупнотоннажного производства. Сюда же можно отнести и песок, используемый для засыпки небольших разливов нефти и нефтепродуктов. Однако применение неорганических сорбентов неэффективно с точки зрения экологических критериев. Прежде всего, они имеют очень низкую емкость (70-150% по нефти и не удерживают легкие фракции типа бензина, керосина, дизельного топлива). При ликвидации разливов нефти на воде неорганические сорбенты тонут вместе с нефтью, не решая проблемы очистки воды от загрязнений. Наконец, практически единственными методами утилизации этих сорбентов являются их промывка экстрагентами или водой с ПАВ, а также выжигание.

Синтетические сорбенты. Синтетические материалы чаще всего используют в странах с высокоразвитой нефтехимической промышленностью (США, страны ЕЭС, Япония). Обычно, их изготовляют из полипропиленовых волокон, формуемых в нетканые рулонные материалы разной толщины. Кроме того, используют полиуретан в губчатом или гранулированном виде, формованный полиэтилен с полимерными наполнителями и другие виды пластиков.

Природные органические и органоминеральные сорбенты. Этот тип сорбентов является наиболее перспективными для ликвидации нефтяных загрязнений. Чаще всего применяют древесную щепу и опилки, модифицированный торф, высушенные зернопродукты, шерсть, макулатуру. Одним из лучших природных сорбентов, сопоставимых по своей нефтеемкости с модифицированным торфом, является шерсть. Один килограмм шерсти может поглотить до 8-10 кг нефти, при этом природная упругость шерсти позволяет отжать большую часть легких нефтяных фракций. К сожалению, после нескольких таких отжимов шерсть насыщается битумом и становится непригодной для дальнейшего использования. Высокая цена шерсти, недостаточное ее количество и строгие требования к хранению (шерсть привлекает грызунов, насекомых, претерпевает биохимические превращения) не позволяют считать ее сколько-нибудь перспективным сорбентом.

Помимо шерсти эффективным сорбентом нефтепродуктов являются отходы производства льна, которые в настоящее время в основном сжигают. Поэтому, перспективной является разработка технологии получения изо льна нефтяного сорбента и активированного угля. Основным сырьем для производства нефтяного сорбента и активированного угля является костра, количество которой в настоящее время в России составляет около 195 тыс.т./год. На нужды строительства (костроплиты) и как топливо используется около 40% этого количества. Если из оставшихся 60% (120 тыс.т.) производить поровну нефтяной сорбент и активированный уголь, то стоимость произведенной продукции может достичь 42 млн. долларов США (табл.1). Даже если суммарная стоимость установок по производству нефтяного сорбента и активированного угля составит 10 млн. долларов США, то выгода организации этого производства очевидна. Эта программа также позволит более полно использовать льнопродукцию и существенно улучшить экологическую обстановку в районе льнозаводов за счет существенного сокращения неорганизованных отвалов костры. В настоящее время разработан инвестиционный проект по глубокой переработке льна, учитывающий, в том числе, и переработку отходов льняного производства в нефтяной сорбент и активированный уголь. Следует отметить, что опилки хорошо и быстро впитывают нефть и нефтепродукты, но еще лучше впитывают влагу, поэтому необходима пропитка опилок после их глубокой сушки водоотталкивающими составами, например, жирными кислотами. Образуемое гидрофобное покрытие обеспечивает хорошее качество нефтяных сорбентов, но является весьма недолговечным.

Аналогичным образом обстоит дело и с торфом, который намного превосходит по своей потенциальной сорбционной способности опилки и даже шерсть (во всяком случае, некоторые разновидности верхового торфа моховой группы). Более эффективными являются различные модификации торфа, полученные при пиролитической, химической или других видах его обработки. Повысить гидрофобность и сорбционную емкость можно обычным высушивание его при температуре 120є C и последующем размолом. Для сбора нефтепродуктов с поверхности воды годится только верховой торф, отличающийся низкой степенью разложения. Торфяной сорбент экологически безопасен, поскольку для его приготовления используют природное образование торф. Обладает значительной нефтеемкостью (6-10 г нефти/г сорбента), гидрофобностью, неограниченным сроком консервации нефти в объеме сорбента, плавучестью (не менее 30 суток). При приготовлении сорбента не нарушается структура торфа. Приготовление торфяного сорбента экономически выгодно, не требует нестандартного оборудования. Затраты могут быть уменьшены за счет организации производства сорбента вблизи участков нефтедобычи при наличии на местности торфяных месторождений. Добавок при приготовлении сорбента не требуется. Его производство экологически безопасно и безотходно. Утилизация сорбента возможна в дорожном строительстве и при изготовлении топливных брикетов[9].Высокая численность естественных углеводородокисляющих микроорганизмов в природном торфе, в 4-5 раз превышающая аналогичный показатель для почв, во многих случаях является дополнительным преимуществом при ликвидации загрязнения углеводородами[12][13].

Применение описанных выше сорбентов заключается в их рассеве вручную, механическими или пневматическими устройствами над загрязненной поверхностью и последующем сборе конгломерата из пропитанного нефтью сорбента. Извлечение нефти из сорбентов может быть произведено компрессионными методами (отжим на фильтр-прессах, в центрифугах) или термическими методами (отгонка летучих фракций нефти путем нагрева сорбентов без доступа воздуха до 250-300°С). Степень извлечения нефти из сорбентов определяется качеством нефти, а именно содержанием в ней маловязких и летучих фракций.

Компрессионные методы являются более дешевыми, но при их использовании нарушается структура сорбентов и их емкость, при последующем использовании обеспечивается большая кратность регенерации сорбентов. Данные методы можно использовать лишь с учетом термостойкости сорбирующего материала.

Отработанный сорбент обычно просто вывозят на свалки, где это разрешено. Его можно также формировать в топливные брикеты или использовать в качестве смолистых добавок в асфальтовые смеси или кровельные материалы. Использовать в качестве топлива допустимо только органоминеральные сорбенты из естественных материалов с низкой зольностью. Сжигание отработанных синтетических сорбентов вследствие выделения токсичных веществ допустимо только при высоких температурах.

Новым решением в этой области является безреагентная физико-химическая обработка [4] естественных материалов (торф, опилки, отходы переработки сельскохозяйственных продуктов) (табл. 2) с получением нефтяных сорбентов. Основными достоинствами этих сорбентов являются экологическая чистота, широкая сырьевая база, высокая гидрофобность и нефтеемкость при сравнительно низкой стоимости.

Технология применения нефтяных сорбентов мало отличается от известной технологии применения других сорбентов и является частью комплекса мероприятий по очистке окружающей среды от нефтяных загрязнений. Образуемый с нефтью конгломерат легко извлекается сачками из сетки с ячейками 1-3 мм. Магнитный сорбент собирается простыми магнитными системами с напряженностью поля до 100 кА/м.

Малые капиталовложения в производство сорбентов и мобильность оборудования позволяют организовать производство как в различных районах России, так и за рубежом, что позволит уменьшить транспортные расходы.



Перспективными сорбентами нефтепродуктов являются сорбенты на основе шелухи гречихи (ГС) и шелухи риса (РС). Их действие оказывается особенно эффективно при сборе тяжелых нефтяных фракций (табл.3)

Из приведенных в табл.3 данных следует, что применение сорбентов ГС и РС позволяет с высокой степенью извлекать нефтепродукты из гидросферы. Эти сорбенты могут являться ресурсообразующими компонентами сложных эколого-экономических звеньев регионов, обеспечивая решение проблем экологизации экономики территориального образования, а также способствовать созданию благоприятных условий для достижения требуемого состояния окружающей среды экономически рациональными способами. В работе [8] показано, что для производства нефтяных сорбентов наиболее привлекательными являются естественное органическое сырье и отходы производства растительного происхождения. Как правило, они являются органической частью существующих экосистем. Поэтому, сорбенты на их основе в наибольшей степени соответствуют экологическим требованиям.

Помимо перечисленных выше нефтяных сорбентов, известно [7] использование для удаления нефти и нефтепродуктов с водной поверхности сорбента на основе гидролизного лигнина. Гидролизный лигнин представляет собой крупнотоннажный отход при гидролизе древесины. Определенное количество сорбента равномерно распыляют на пятно нефти и нефтепродуктов внутри ограждения или обваловки пятна. В результате процесса сорбции нефти, продолжительность которого зависит от толщины пленки, образуется пастообразная масса. Эту массу можно собирать механическим способом или транспортировать по водной поверхности в удобное для изъятия место, или отодвинуть от берега во избежание его загрязнения.

Данный метод был успешно испытан в условиях нефтегазоразведочной экспедиции бывшего ГП «Архангельскгеология» и ОАО «Севернефтесервис» (Архангельская нефтебаза). Крупномасштабные практические испытания были проведены на Архангельской ТЭЦ, где были полностью удалены нефтепродукты с поверхности воды в котловане-накопителе промышленных стоков [7].

Этот сорбент (гидролизный лигнин) можно использовать для обезвреживания нефтесодержащих отработанных буровых растворов и почв. В этом случае смешивают обрабатываемую среду с сорбентом и негашеной известью. Затем полученную смесь выдерживают до получения кускового или порошкообразного материала. При этом сорбент адсорбирует нефтепродукты, а негашеная известь способствует укрупнению частиц загрязненной почвы с сорбентом и нефтепродуктами. После проведения обезвреживания и захоронения полученной смеси содержание нефтепродуктов в грунтовых водах было незначительным (0,1-0,2 мг/л).

Перспективными нефтяными сорбентами могут оказаться сорбенты, полученные из природного органического материала - сапропеля. Подобные сорбенты предназначены для удаления нефти, масел, мазута и других нерастворимых в воде органических загрязнений, как с поверхности воды, так и с любой твердой поверхности в широком диапазоне температур при любой толщине пленки нефтепродукта.

Основными сферами применения сапропелевых сорбентов являются: очистка водной и земной поверхности от загрязнений, возникающих в результате аварийных разливов нефти и нефтепродуктов при их добыче, транспортировке и переработке, на нефтяных железнодорожных и морских терминалах, нефтебазах, нефтехимических заводах, энергетических объектах; использование сорбентов в качестве средства ликвидации нефтяных загрязнений на водоочистных сооружениях, в автохозяйствах, на автозаправочных станциях, котельных и т. п.; индивидуальное использование населением в бытовых условиях в гаражах, мастерских и других хозяйственных помещениях в качестве одного из средств ликвидации загрязнений и защиты окружающей среды. Нефтяные сапропелевые сорбенты представляют собой порошкообразный материал, изготовляемый из природных органических и органоминеральных материалов с использованием технологий, исключающих применение химических реагентов. Достоинством нефтяных сапропелевых сорбентов являются: экологическая чистота, обусловленная использованием природного органического сырья и безреагентная технология их получения; высокая гидрофобность, обеспечивающая плавучесть сорбента до и после поглощения им нефти в течение длительного времени - не менее 72 часов; простота утилизации отработанного сорбента: сжигание или экстракция нефтепродуктов с последующим сжиганием или внесением в почву; сохранение работоспособности при низких отрицательных температурах (до (-) 20 ч (-) 30 °С).

Возможными областями применения углеродных сорбентов также являются: дешевые одноразовые сорбенты для процессов водоподготовки и очистки сточных вод от органических веществ и нефтепродуктов средней и высокой молекулярной массы; носители для приготовления нанесенных сорбентов, в которых сорбирующий агент наносится, обычно, в виде тонкой пленки на поверхность носителей. Такие сорбенты перспективны для извлечения примесей и загрязнений ионного характера из растворов, природных и сточных вод, жидких радиоактивных отходов, стоков гальванических и электрохимических производств, извлечения и концентрирования ионов тяжелых и радиоактивных металлов (например, урана, цезия, мышьяка, хрома, марганца, стронция, циркония и др.).

Среди перспективных неорганических нефтяных сорбентов представляют интерес тонкодисперсные гидросиликаты кальция, полученные из отходов производств минеральных удобрений - фосфогипс и кремнегелевая пыль.

Фосфогипс (CaSO4·nН2О, где n равно 0,5 или 2) образуется при получении фосфорных удобрений из апатитовых концентратов. В качестве примесей он содержит соединения фтора и фосфора, которые в силу своей высокой химической активности через воздух и воду оказывают пагубное воздействие на все живое. Миллионы тонн практически не перерабатываемого в настоящее время фосфогипса представляют экологическую угрозу для всего Юго-Восточного региона Московской области.

Кремнегелевая пыль (SiO2·2Н2О), является побочным продуктом синтеза фтористого алюминия на Воскресенском химическом комбинате. В настоящее время этот отход не находит должного применения и накапливается в больших количествах на складах.

Эти адсорбенты могут успешно применяться для очистки нефтесодержащих сточных вод. Поверхность этого адсорбента позволяет сорбировать 1 г поглотителя до 0,4 г нефти и нефтепродуктов. Адсорбенты имеют низкую стоимость, большую сорбционную емкость, обладают высокой механической прочностью и легко регенерируются.

Регенерация адсорбента с сорбированными нефтью и нефтепродуктами может быть проведена путем его прокаливания. При этом адсорбированные нефтепродукты играют роль горючего и служат дополнительным источником энергии. Регенерированный адсорбент не изменяет своих физико-химических свойств после прокаливания и может применяться в процессах очистки многократно (выдерживает 80-100 циклов). Изготовленный в виде гранул адсорбент обеспечивает степень очистки от нефтепродуктов 99,0-99,5%.



Ниже приведены примеры компаний, выпускающие нефтесорбенты различной природы (табл.4):

Нефтесорбент «Миксойл»

Реагенты "Миксойл" являются универсальными сорбентами нерастворимых, неполярных соединений. К числу таких веществ относятся машинное масло, сырая нефть, различные сорта бензина и дизтоплива, керосин и т.д. Реагенты данной серии могут употребляться как для сбора нефтепродуктов с поверхности водных акваторий, так и для ликвидации последствий аварийных разливов на поверхности грунта. Схема применения реагентов "Миксойл" такая же как и для большинства других подобных материалов.

Сорбционная емкость сорбентов "Миксойл" находится на уровне 4 - 5 кг/кг. В зависимости от способа модификации реагент может реализовывать свою максимальную сорбционную емкость при поглощении либо более легких фракций (бензин, керосин, дизтопливо), либо более тяжелых (мазут, машинное масло); возможен также подбор модификатора для сорбции нитро- и галоидопроизводных нефтепродуктов, а также других неполярных органических соединений.

Сорбент для сбора нефтепродуктов - ElcoSorb

Исходным материалом Elcosorb[1] является обработанный по специальной технологии, слегка расщеплённый, натуральный торф, который оптимально абсорбирует более 100 видов загрязнителей с поверхности воды и почвы, помогает в рекультивации нефтезагрязненных земель. Основные загрязнители - это нефть и её производные, такие, как бензин, дизельное топливо, мазут, гидравлические, машинные, топливные, пищевые масла и смеси, масляные и типографские краски, различные химические вещества и многое другое. В странах Скандинавии, являющимися ведущими в мире по охране окружающей среды, именно ElcoSorb применяется абсолютно во всех областях. Как пример, можно назвать полицию и пожарных, нефтепереработку и производство различных технических и бытовых масел, электроэнергетику и её структуры, промышленные предприятия и сервисные площадки всех видов. Во Франции и Израиле он рекомендован к применению для всех структур. Многие европейские, азиатские и американские страны также в основном используют этот абсорбент.

В отличие от своего ближайшего конкурента, который изготавливается на основе канадского сфагнового мха, нефтяной сорбент ElcoSorb значительно более безопасен в пожарном отношении, впитывает большие объемы нефтезагрязнения и меньше его отдаёт под давлением, тем самым практически не загрязняя применяемое оборудование и окружающую среду. Абсорбенты на основе сфагнового мха загораются при температуре около 150 С, горят открытым пламенем, после применения под небольшим давлением отдают значительные объёмы впитанного загрязнителя. Средство для удаления нефти - ElcoSorb загорается лишь при температуре около 270 С, тлеет без пламени, отдаёт впитанный загрязнитель только под высоким давлением и не более 10%. ElcoSorb может применяться при температуре загрязнителя до 80 градусов Цельсия. Он абсорбирует даже жидкий мазут и горячее масло, причём при этом «запирается» не только загрязнитель, но и его запах. Нефтяной сорбент ЭлкоСорб применяется также для сбора горячего смазочного масла на буровых станках и фрезах.

Табл.4 Сравнительная характеристика сорбентов российского производства для удаления нефти и нефтесорбентов.

Наименование	Основа материала	Насыпная плтоность, кг/м2	Расход, кг/т нефти	Затраты на удаление 1 т нефти, долл.
1	2	3	4	5
Дисперсии
Лесорб экстра	мох	60	90-100	500-600
Сорбойл	Торф	420	320-360	750-1000
СибСорбент-1	Сапропель, торф, мох	Нет данных	100	450
УСВР	углерод	10	24-25	750-1000
Терморасширенный гафит	углерод	1-3	<10	Нет данных
Вспушенный графит, полученный химическим способом	углерод	20	<20	Нет данных
На основе фуллеренов	углерод	Нет данных	<20	Нет данных
Активированный уголь	углерод	400-450	20-50	2500-7000
Карбонизированный уголь «АКАНТ-МЕЗО»	углерод	500	100	Нет данных
Из каменного угля Г6	углерод	350-400	30-40	Нет данных
Версойл	Вермикулит, модифицированный углеродом	Нет данных	80-160	Нет данных
С-ВЕРАД	Вермикулит, модифицированный углеродом	110-140	160-500	Нет данных
НЕСо-1	Вермикулит	120	>1000	200-300
Вспученный перлит	Перлит	100-200	300-1000	Нет данных
Гидрофобизованный вспученный перлит	Перлит, кремнийорганические соединения	Нет данных	100-160	Нет данных
Униполимер-М	Полиуретан	<10	20-25	1500-1800
Уреникс-013	Полиуретан	20	38-40	5700-6000
Резиновые порошки	Резиновые отходы	Нет данных	300-350	Нет данных
Губки
Мегасорб	Полиуретан	20	83-86	8000-8500
Экосорб	Полиолефин	40	54-56	2000-2200
Волокнистые
МКЛЬТИ-С	Полипропилен	50	54-56	2900-3000
Ирвелен	Полипропилен	50	280-290	7500-8000
Сорбенты Би-ТЭК	Полипропилен	50	40-50	Нет данных
НПМ	Целлюлоза хлопковая	30	55-56	1300-1400

Вывод: наиболее эффективным сорбентом является торф, он не только привлекателен доступностью и дешевизной, также обладает достаточно высокой сорбционной емкостью, поддается легкой утилизации, а также является перспективной основой для создания биологического сорбента; биологический сорбент представляет собой торф с иммобилизованными в нем микроорганизмами[6].

Материалы и методы

Были использованы следующие штаммы микроорганизмов: Candida maltosa, Pseudomonas flurescens, Rhodococcus erythropolis.

Морфологическое состояние культур определяли методом фазово-контрастной мкроскопии. При микроскопировании бактерий отмечали величину и форму клеток, особенности морфологии.

Штамм Candida Maltosa

Культурно-морфологические признаки

Клетки овальные и округло-овальные, одиночные, а также в виде небольших цепочек (из трех-четырех клеток). Размеры клеток: 3,0-7,8х5,2-3,0 мкм. Аскоспоры не образует. Среда - сусло-агар: колонии круглые, гладкие, кремовые с гладкой поверхностью и ровным краем. Центр колонии возвышен и слегка наплывает на край. В солодовом сусле образует пленку, кольца не образует. Осадок - плотный, светлый.

Физиолого-биохимические признаки.

Аэробные свойства. Хорошо сбраживает глюкозу, сахарозу, галактозу, трегалозу; медленно - мальтозу; не сбраживает лактозу и раффинозу. Ассимилирует глюкозу, сахарозу, мальтозу, галактозу, ксилозу, трегалозу, глицерин, адонит, сорбит, маннит. Не ассимилирует лактозу, раффинозу, рибозу, эритрит, инозит, растворимый крахмал. Хорошо усваивает аммонийную форму азота. Не усваивает азотнокислый калий.

Растет при 5 - 41єC и pH 3,0 - 9,0.

Оптимум роста при 30 - 41єC и pH 3,5 - 5,5.

Штаммы хранят при 18 - 20єC на сусло-агаре.

Штамм Pseudomonas flurescens.

Грамотрицательные, подвижные палочки. На плотных питательных средах растет в виде колоний кремового цвета, выпуклых, гладких, блестящих. Культура образует зеленый флюоресцирующий пигмент, который проникает в субстрат и окрашивает его в соответствующий цвет.

Физиолого-биохимические признаки.

Культура аэробная. Оксидазо- и каталазоположительная, разжижает желатин, крахмал не гидролизирует, оптимум pH близок к 7,0, оптимальная температура роста 27 - 30oC.

Ассимилирует в качестве единственного источника углерода углеводы: глюкозу, маннозу, галактозу, рамнозу, раффинозу, инозит, глицерин, маннит. Не используют сахарозу, фруктозу, лактозу, мальтозу, сорбит. Слабый рост при температуре 10 и 37oC.

Штамм Rhodococcus erythropolis.

Культуральные свойства.

При росте на агаризованной среде штамм образует круглые колонии с блестящей или матовой поверхностью, от молочно-белого, сероватого до бежевого или розоватого цвета.

Морфологические признаки.

Клетки грамположительные, подвижные, неспорообразующие, аэробные, имеют цикл развития, палочковидные (размеры 0,6-1,1 х 4,0-10 мкм) или кокковидные.

Физиологические свойства.

Температура роста 4-37oС, оптимальное значение 30oС. Штамм растет при рН 4,5-10, оптимальное значение рН 7,2.

Методы непродолжительного хранения микроорганизмов.

Субкультивирование, или периодический пересев на свежие агаризованные среды, предпочтительней используется в этом методе минимальные среды. Для предотвращения высыхания используют пробирки с резиновыми пробками, а также для уменьшения скорости метаболизма, хранят в холодильниках при 5-8є C, что обеспечивает хранение без пересева в течение 3-5 месяцев.

Характеристика торфа.

Торф ОАО «Соколагрохимия» сорбент торфяной НОРД.

Торф - ценнейший природный биологический материал. Это самое молодое отложение, ,образующее естественным образом ,путем разложения отмерших частей деревьев, кустарников, трав и мхов , в условиях повышенной влажности и ограниченного доступа кислорода.

Торф является уникальным источником гумуса, микрофлоры, макро и микроэлементов, а также значительно улучшает агрофизические характеристики почвы (влагоемкость, воздухопроницаемость, поглотительная способность, коэффициент теплопроводности).

По условиям образования торф делится на верховой, переходный и низинный.

Верховой торф - это «молодой» слабо разложившийся торф со степенью разложения до 15 %, характеризуется малым удельным весом- от 150 до 250 кг/м3,большой водопоглотительной способностью ,но меньшим содержанием гуминовых и аминокислот, вследствие незаконченности разложения;

Низинный торф - это более «зрелый» торф, с удельным весом от 350 кг/м3, со степенью разложения более 15 %,высоким содержанием гумуса, но меньшими, чем у верхового торфа газо и водоудерживающими свойствами.

Верховой торф - это уникальное природное образование - единственное среди грунтов стабильно-структурированное вещество(98% органики), имеющее свой активный обмен веществ и пронизанное порами.

В зависимости от способа образования различают верховой торф и низинный торф. Верховой торф получается при разложении сосны, пушицы или сфагнума, при влиянии атмосферных осадков. Верховой торф имеет бурый или коричневый цвет. Добывается из так называемых верховых сфагновых болот. Верховой торф является очень кислым (рН - 3-4) и бедным. Фосфора в верховом торфе мало - менее 0,1 %. Азота в верховом торфе около 1%. Калия в верховом торфе мало - 0,05-0,15%. Верховой торф, как правило, применяют в качестве топлива и теплоизоляционного материала. А также верховой торф используется в качестве мульчи.

Низинный торф образуется при разложении зеленого мха, ольхи, осоки, под влиянием грунтовых вод. Низинный торф залегает на болотах, расположенных у подножия склонов и в поймах рек. В низинном торфе содержатся в достаточном количестве все питательные вещества. Низинный торф является слабокислым или нейтральным, иногда щелочным (рН - около 7). Фосфора в низинном торфе значительно больше, чем в верховом торфе - до 1% и более. Азота в низинном торфе - 2,5-3%, иногда - до 4%. Содержание калия в низинном торфе - 0,05-0,15%. Низинный торф используют как удобрение.

Определение насыпной емкости.

Для стандартизации торфа было использовано металлическое сито. После просеивания были получены следующие фракции: крупное 2 мм, среднего размера частиц меньше 1,4 мм и мелкие меньше 0,355 мм.

Хранение в полимерных мешках.

Доведение торфа до постоянного веса.

Для этого навески торфа различной фракции помещаем в чашки Петри, первоначально взвесив чашки без, а затем с торфом, вычислив при этом его вес.

Далее ставим в сухожаровой шкаф при температуре 105є С, при такой температуре высушивания предельная влагоемкость значительно снижается и торф проявляет гидрофобные свойства, в результате чего возрастает его селективность по отношению к нефти в водно-нефтяной среде.

В процессе высушивания периодически вынимаем чашки с торфом для его охлаждения, взвешиваем и проводим описанные операции до тех пор, пока торф не будет доведен до постоянного веса.

№ фракции	Фракция, мм	Влажность аналитическая, %
1	Меньше 0,355	14
2	0,355 -- 0,63	12,8
3	0,63 -- 1,4	17,4
4	1,4 -- 1,6	14,8
5	1,6 -- 2,0	14,6
6	Более 2,0	15,2

Затем вычисляем в процентах сорбционную емкость -- она составила 14-17%.

Определение емкости по сорбции нефти.

Для этого использовали кафель с гладкой поверхностью площадью 20x30 см, мерный стакан, аналитические весы.

На кафель наливали 1 мл нефти, таким образом, чтоб образовывалось пятно диаметром 5-8 см, затем, отмеренное на аналитических весах, количество высушенного торфа определенной фракции посыпали поверх пятна нефти и наблюдали за процессом сорбции нефти.

№ фракции	Фракция, мм	Количество торфа в г на 1 мл нефти	Дополнительно
1	Меньше 0,355	0,33	Впитывание равномерное и полностью
2	0,63 -- 1,4	0,41	Впитывание нефти полностью, но осталось нефтяное пятно
3	1,6 -- 2,0	0,5	Сорбция нефти произошла мгновенно, но не полностью

Время насыщения нефтью до предельной величины - 5-10 мин.

Вывод: в ходе исследования выявлена следующая особенность данного торфа, чем меньше фракция нефти, тем его сорбционная способность выше.

Культивирование

Состав сред и основных параметров культивирования нефтеокисляющих микроорганизмов в лаборатории подбирали, исходя из анализа литературы. К числу факторов, оказывающих существенное влияние на процесс культивирования микроорганизмов, относится соотношение в среде биогенных элементов (углерод, азот, фосфор, калий), других минеральных составляющих в катионной и анионной форме (Na, Ca, Mg и хлориды, сульфаты, бикарбонаты), наличие микроэлементов.

Для получения накопительной культуры Candida maltosa использовали среду Сабуро: 10,0 г/л пептон, 40 г/л глюкоза. Для получения твердой питательной среды добавляли 15 г/л агар-агара.

Для получения накопительной культуры Pseudomonas flurescens и Rhodococcus erythropolis использовали среду L-бульон: 10 г/л глюкоза, 5 г/л пептон, 0,5 г/л NaCl. Для получения твердой питательной среды добавляли 15 г/л агар-агара.

Определение количества микроорганизмов.

Титр жизнеспособных бактериальных клеток в культуральной жидкости определяли методом Коха. Полученное количество клеток пересчитывали на 1 мл исследуемой суспензии с учетом разведений. Определение проводили в трех повторностях , за результат брали среднее значение. Учет дрожжевых клеток и микроводорослей проводили, используя камеру Горяева.

При подсчете клеток была получена концентрация 10⁸ кл/мл.

Иммобилизация микроорганизмов.

На стадии приготовления сред источником углерода использовали нефть, добавляли 1 % нефти от объема среды. Введение нефти проводили во время посева культуры в стерильных условиях в боксе. Затем оставляли на качалке на несколько дней и наблюдали прирост биомассы.

Проводили подсчет количества клеток в камере Горяева.

Полученную биомассу концентрировали методом центрифугирования: 20 минут, 1000 об/мин. Полученный концентрат клеток, смешивали с 5 мл культуральной жидкости и наносили на предварительно приготовленный чашки Петри с высушенным и стандартизованным торфом, таким образом как описано выше. Нанесение мко производили в следующем порядке:

2 мл концентрированных клеток

1 мл концентрата + 1 мл КЖ (разведение в 2 раза)

0,1 мл концентрата + 1,9 мл КЖ (разведение в 10 раз)

Напитанный клетками торф тщательно перемешиваем и оставляем на пару дней.

По истечению нескольких дней проводим операции пропитывания иммобилизованного торфа нефтью.

Концентрация клеток, кл/мл	C.maltosa (г торфа/1 мл нефти)	Ps. fl. (г торфа/1 мл нефти)	Rh. eryth. (г торфа/1 мл нефти)
№ фракции	1	2	3	1	2	3	1	2	3
0	0,34	0,4	0,52	0,34	0,4	0,52	0,34	0,4	0,52
5x106	0,34	0,39	0,51	0,32	0,38	0,52	0,33	0,4	0,52
5x107	0,32	0,4	0,5	0,32	0,38	0,51	0,32	0,4	0,51
108	0,33	0,38	0,5	0,33	0,39	0,51	0,31	0,39	0,49

Вывод: Микроорганизмы живые: на 1 г торфа - 10⁸ клеток;

С микроорганизмами сорбция не изменилась, таким образом иммобилизация микроорганизмов на торфе не меняет принципиальных характеристик торфа по сорбционной емкости.



Список использованной литературы

ElcoSorb http://xn--90arcnamf6g.xn--p1ai/sorbenty-nefteproduktov.

Горленко Н. П., Жуйкова А. В., Шархиева Г. Г. О перспективах развития технологий рациональной переработки торфов в Ханты-мансийском автономном округе - Югре//

http://severtorf.ru/sokolagrohimia

В.Ж.Аренс, О.М.Гридин. Эффективны сорбенты для ликвидации нефтяных разливов. Экология и промышленность России, февраль, 1997, с. 32-37.

В.Д.Гладун, Н.Н.Андреева, Л.В.Акатьева, О.Г.Драгина. Неорганические адсорбенты из техногенных отходов для очистки сточных вод промышленных предприятий. Экология и промышленность России, май, 2000, с.17-20.

Терехова В.А., Арчегова И.Б., Хабибуллина Ф.М., Пугачев В.Г., Тулянкин ЛГ.М. Экотоксикологическая оценка биосорбента нефти с целью сертификации//

А.Ф.Надеин. Очистка воды и почвы от нефтезагрязнений. Экология и промышленность России, ноябрь, 2001, с.24-26.

В.Ж.Аренс, О.М.Гридин, А.Л.Яншин. Нефтяные загрязнения: как решить проблему. Экология и промышленность России, сентябрь, 1999, с.33-36.

http://tomsktorf.blogspot.ru/p/blog-page_1501.html

Темирханов Б.А. Исследование сорбционных свойств углеродсодержащих материалов при ликвидации нефтяных загрязнений.

Веприкова Е.В., Терещенко Е.А., Чесноков Н. В., Щипко М.Л., Кузнецов Б.Н. Особенности очистки воды от нефтепродуктов с использованием нефтяных сорбентов, фильтрующих материалов и активных углей// Журнал Сибирского Федерального университета. серия: химия Издательство: Сибирский федеральный университет (Красноярск) ISSN: 1998-2836.

А.Е. Кузнецов, Н.Б. Градова, С.В. Лушников, М. Энгельхарт, Т. Вайссер, М.В. Чеботаева Прикладная экобиотехнология. Т 1.

Бурмистрова Татьяна Ивановна, Алексеева Татьяна Петровна, Стахина Лариса Дмитриевна, Середина Валентина Петровна Исследование свойств торфа для решения экологических проблем//

Размещено на Allbest.ru