+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураПроблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производстваИспользование биосорбентов на основе целлюлозосодержащих отходов для очистки водных сред от нефтезагрязнений

Использование биосорбентов на основе целлюлозосодержащих отходов для очистки водных сред от нефтезагрязнений

В настоящее время для очистки почв и поверхностных вод от нефтяных углеводородов (НУГВ) применяются различные биопрепараты на основе природных углево-дородокисляющих микроорганизмов (УОМ). Однако более перспективным направлением экологической биотехнологии является разработка биосорбентов - иммобилизованных на носителе консорциумов штаммов микроорганизмов [1].

Преимущества таких биопрепаратов - в совмещении в одном материале способности к сорбции и биодеструкции НУГВ при применении в водной среде, а также в устойчивости к неблагоприятному воздействию факторов окружающей среды в загрязненной почве. Эффективность использования биопрепарата для очистки от нефтезагрязнений обусловлена прежде всего деструктивной активностью микроорганизмов, входящих в его состав, и зависит от дозы загрязнения, норм внесения, интенсивности биодеструкции, соответствия природным условиям объекта, а при использовании иммобилизованных форм биопрепаратов еще и от характеристик носителя (нефтеемкость, гидрофобность, период плавучести в сатурированном виде) и способа иммобилизации УОМ.

Почвенно-климатические особенности региона и экономические показатели (нормы расхода основных и сопутствующих реагентов при конкретных загрязнениях) определяют преимущества и недостатки способов очистки (биоремедиации).

Ранее была показана возможность эффективной очистки пресноводных сред от НУГВ с применением комплекса монокультур бактерий, дрожжевого и мицелиального грибов как в нативной, так и в иммобилизованной на гидрофобном торфяном сорбенте «Сорбонафт» (ТУ 0392-001-55763877-2003) форме в присутствии накопительной культуры микроводорослей Chlorella [2, 3, 4]. Разработанные биопрепараты (биосорбенты) эффективны в пресноводных средах, загрязненных нефтью, дизельным топливом, а также в нефтезагрязненной воде шламонакопителя [5] и могут применяться в условиях Севера, где высокая степень заболоченности территорий и короткий период положительных температур (2-3 месяца) осложняют процессы биоремедиации.

Использование в качестве сорбентов материалов на основе торфа (природного органоминерального сырья) имеет наряду с преимуществами ряд недостатков. В первую очередь они связаны с нарушением функционирования болотных экосистем при добыче и переработке верхового торфа. Экологически целесообразнее использовать для производства биосорбентов многотоннажные отходы деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства. В данном случае сырьем могут служить: лигноцеллюлоза древесного и травянистого происхождения, вторичное целлюлозосо-держащее сырье, гидролизный лигнин.

В связи с этим цель данной работы заключалась в изучении возможности очистки водной среды от нефтезагрязнений в модельных условиях с помощью биосорбентов на основе отходов целлюлозно-бумажного предприятия.

Материалы и методы. Изучение процессов деструкции в водной среде углеводородов нефти и дизельного топлива (ДТ) проводили в лабораторных условиях с использованием монокультур микроорганизмов адсорбционно иммобилизованных на гидрофобном целлюлозном сорбенте. В качестве исследуемых культур использовали депонированные бактериальный и дрожжевой штаммы Rhodococcus eqvi и Rhodotorula glutinis, а также мицелиальный гриб Trichoderma lignorum (синоним Trichoderma viride Б-98),которые были применены в предыдущих разработках ИБ Коми НЦ УрО РАН [2, 3, 4].

В качестве носителя для иммобилизации использовали высокомолекулярный целлюлозосодержащий сорбент, условно обозначенный «Ц» [7]. Его основу составляет техническая целлюлоза древесины хвойных пород (полуфабрикат сульфатного производства целлюлозно-бумажного предприятия ОАО «Монди Сыктывкарский ЛПК»), содержащая около 6% остаточного лигнина.

Техническую целлюлозу пропитывали растворами гидрофобизирующего реагента с последующим осаждением последнего комплексной солью. Благодаря наличию функциональных групп, а также макро- и микропор, обработанный целлюлозный материал удерживает нефтепродукты (8 г на 1 г сорбента), обладает олеофильностью и неограниченной плавучестью.

Испытание эффективности биосорбентов проводили в загрязненной НУГВ водной среде с добавлением нитроаммофоски (0,35% водный раствор). В качестве поллютантов использовали наиболее токсичные для гидробионтов образцы сырой товарной нефти (Усинский р-н Республики Коми) и дизельного топлива (ГОСТ Р 523682005; ЕН 590:2004).

Нефть тяжелая, с высоким содержанием тяжелых парафинов и смолисто-асфальтовых веществ [6]. Концентрация нефти в воде 1 и 3%, ДТ - 1% от объема. Соотношение поллютанта и биосорбента для нефти 1мл : 3г и 3мл : 3г, для ДТ - 1 мл : 3 г. Комплексные биосорбенты составлены в соотношении 1:1:1 смешиванием масс биосорбентов с иммобилизованной монокультурой, где титр микроорганизмов не превышал 107 колониеобразующих единиц (КОЕ/г сорбента). Контроль - загрязненная НУГВ вода с внесенным сорбентом «Ц» без микроорганизмов.По окончании опыта (60 суток) определяли показатели снижения содержания НУГВ в отделенных фильтрованием воде и сорбенте [8, 9], а также количественный и качественный состав микроорганизмов [10].

Результаты и обсуждение. Биодеструкция НУГВ обусловлена биохимической активностью иммобилизованных монокультур УОМ на поверхности загрязненного сорбента в трехфазной системе вода - сорбент (биосорбент) - НУГВ. При этом эффективная биорегенерация загрязненного сорбента, иммобилизированного УОМ, возможна при условии, когда нефтенагруженность или соотношение НУГВ к сорбенту не превышает его максимальной нефтеемкости.

Снижение содержания НУГВ в сорбенте (очистка-биорегенерация сорбента, являющегося источником и носителем УОМ) сопровождается, очевидно, не только нефтепотреблением иммобилизованными микроорганизмами, но и процессами адсорбции, десорбции и диффузии в порах сорбента как углеводородов, так и микроорганизмов. Недостаточная прочность прикрепления микроорганизмов на носителе-сорбенте, характерная для адсорбционной иммобилизации, при применении в водной среде биосорбентов, полученных таким способом, проявляется активностью «свободных» (десорбированных) клеток микроорганизмов (фрагментов мицелия) непосредственно в толще воды.

Как показали проведенные исследования, степень биодеструкции НУГВ в неф-тезагрязненной водной среде существенно различается в зависимости от применяемых биосорбентов. Эти различия проявляются не только в степени биорегенерации сорбента, но и в количественном и качественном составе микроорганизмов в зависимости от сочетания внесенных биосорбентов. В вариантах с биосорбентами, где им-мобилизирована монокультура, численность микроорганизмов ниже по сравнению с вариантами опыта при тех же загрязнениях водной среды, где вносились комплексные биосорбенты, составленные из бактериального, дрожжевого и грибного биосорбентов. При использовании биосорбентов с монокультурой микроорганизмов численность составила (4,1±0,3)х105 - (1,8±0,5)х107 КОЕ /г сорбента, в то время как в вариантах с комплексными биосорбентами численность УОМварьировала от (8,6±0,5)х107 до (3,2х±0,6)109 КОЕ /г сорбента.

Особенно это характерно при загрязнении водной среды нефтью при концентрации 3% (25 г/л). Более высокий (3%) уровень загрязнения водной среды нефтью сопровождался активным увеличением численности микроорганизмов в сравнении с 1%-ым нефтезагрязнением. Отмечено также, что в вариантах, где в водных средах, загрязненных нефтью или дизтопливом, были использованы комплексные бактериально-грибные биосорбенты, в микробном сообществе численно доминировали бактерии Rhodococcus.

Использованные концентрации нефтезагрязнений или исходное соотношение НУГВ к сорбенту (биосорбенту), которое не превышало его максимальной нефтеем-кости, позволило внесенным биосорбентам в основной массе находиться на поверхности водной среды достаточно длительное время - не менее 40 суток. Тогда как загрязненный НУГВ сорбент «Ц», не обработанный биомассой микроорганизмов, до окончания опыта оставался на поверхности в пресноводной среде сосудов. Постепенное погружение внесенных биосорбентов на дно лабораторных сосудов сопровождалось помутнением воды, что, очевидно, обусловлено процессом биодеструкции нефтяных углеводородов.

Результаты анализа остаточной концентрации НУГВ показали, что все исследованные культуры, а также их ассоциации в иммобилизованном на целлюлозном сорбенте состоянии проявили достаточно высокую активность в отношении деструкции углеводородов нефти и дизельного топлива. В целом биодеструкция углеводородов в водной среде при использовании биосорбентов с иммобилизованными монокультурами бактерий и грибов составила при загрязнении нефтью 25-60%, дизельным топливом - не менее 30%.

Заключение.

Использование целлюлозосодержащего волокна в качестве материала для получения гидрофобного нефтяного сорбента, а также комплексного био-сорбента перспективно. Химически гидрофобизированный целлюлозный сорбент «Ц» и полученный на его основе биосорбент имеют определенные преимущества по сравнению с торфосорбентами по нефтеемкости и длительности сохранения положительной плавучести на поверхности нефтезагрязненной пресноводной среды. Комплексный биосорбент с иммобилизованными на целлюлозном сорбенте бактериальной и грибными монокультурами способствует эффективной биодеградации НУГВ в пресноводных средах, загрязненных нефтью и дизельным топливом.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока