DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 01.09.2008

Материалы

загрузка...

Переработка нефтешламов с последующей доочисткой до экологически безопасного уровня

Головцов Михаил Владимирович, 01.09.2008

 

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, методики, экспериментальной части, обсуждения результатов исследования, выводов, списка литературы и приложений, включает 7 таблиц, 11 рисунков. Библиографический список включает 122 наименований, в том числе иностранных 21.

Аналитический обзор литературы. В обзоре произведен анализ влияния нефти, нефтепродуктов и нефтешламов на окружающую среду. Рассмотрены методы переработки нефтешламов: термический, механический, химический, физико-химический и биологический. Приведены основные методы активации роста аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов. Представлены физиолого-биохимические, морфопопуляционные особенности бактерий, утилизирующих нефтепродукты.

Материалы и методы исследований. В исследованиях использовался нефтешлам, отобранный из шламонакопителя ОАО «Новоил» с содержанием нефти и нефтепродуктов 10,5 % масс. Также в экспериментах применялись чернозем типичный и песок речной.

При проведении экспериментов применяли современные микробиологические и биохимические методы исследований.

Количественный анализ нефти и нефтепродуктов проводили методами ИК-спектрофотометрии.

Количество гетеротрофных микроорганизмов определяли чашечным методом

Лабораторно-аналитические исследования образцов почвогрунтов проводили в соответствии с общепринятыми в почвоведении методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1 Поиск и подбор консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов

В настоящее время все большее применение находят биологические методы очистки почвы и воды от нефтяных загрязнений, основанные на применении активных микробных штаммов, проявляющих способность использовать в качестве источника углерода и энергии углеводороды нефти и нефтепродуктов.

Подбор штаммов микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов осуществляли из числа коллекционных культур музея кафедры «Прикладная экология» УГНТУ.

В результате исследования более 50 музейных культур установлено, что наибольшую активность при биодеструкции нефти и нефтепродуктов проявляет консорциум следующих непатогенных микроорганизмов: Rhodococcus erythropolis AC-1339 Д, Bacillus subtilis ВКМ 1742 Д и Fusarium species №56, взятых в соотношении 1:1:1.

Изучение биодеструкции нефти и нефтепродуктов (гексадекана, дизельного топлива, мазута) проводили в полной минеральной среде. В качестве единственного источника углерода и энергии добавляли нефть и нефтепродукты в количестве 1-5 % масс. Биодеструкцию нефти и нефтепродуктов осуществляли при помощи консорциума непатогенных нефтеокисляющих микроорганизмов: Rhodococcus erythropolis BKM AC–1339Д; Bacillus subtilis BKM B-1742 Д (16); Fusarium sp. №56 (3% об.). Эксперимент проводили в конических колбах (объем 250 мл) на термостатированной качалке, при температуре 30?С в течение трех суток. О биодеструкции нефти и нефтепродуктов судили по их остаточному количеству.

Подобранный консорциум способен разлагать не только легкие фракции нефти, такие как гексадекан, но и дизельное топливо и более тяжелые фракции нефти, например мазут, т.е. деструктировать широкий спектр углеводородов. Причем консорциум не теряет свою окислительную активность при содержании гексадекана, дизельного топлива, нефти и мазута при 5% масс. Максимальная биодеструкция наблюдается при содержании исследуемых нефтепродуктов в количестве 1% масс. и составляет через 48 суток для гексадекана- 90%, дизельного топлива- 85%, нефти- 82%, мазута- 52% (рисунок 1).

Рисунок 1 – Степень биодеструкции нефти и нефтепродуктов в полной минеральной среде

Из проведенных исследований следует, что степень биодеструкции нефти и нефтепродуктов подобранным консорциумом на 10-15% выше по сравнению с монокультурой Rhodococcus erythropolis AC-1339 Д.

2 Подбор биостимуляторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов

2.1 Исследование отхода производства минеральных удобрений в качестве минеральной добавки гетеротрофных нефтеокисляющих микроорганизмов

Известно, что для развития всех живых объектов, в том числе бактериальных клеток, необходимы макро- и микроэлементы. Одним из наиболее важных элементов – фосфор и кальций. Недостаток одного из этих элементов уже является лимитирующим фактором роста клетки.

Кальций и фосфор входят в состав отхода сернокислотной и меланжевой переработки фосфатного сырья при производстве минеральных удобрений. Поэтому было сделано предположение о возможности вторичного использования отхода производства минеральных удобрений – фосфогипса – в качестве дешевой, доступной и эффективной минеральной добавки, стимулирующей рост нефтеокисляющих микроорганизмов при очистке нефтешламов.

Исследование фосфогипса в качестве минеральной добавки, стимулирующей рост микроорганизмов при биодеструкции нефти, проводили в жидкой минеральной среде без солей кальция и фосфора. В среду добавляли нефть в количестве 1% масс. Биодеструкцию нефти осуществляли при помощи подобранного консорциума непатогенных нефтеокисляющих микроорганизмов: Rhodococcus erythropolis BKM AC–1339Д; Bacillus subtilis BKM B-1742 Д (16); Fusarium sp. №56 (3% об.).

Фосфогипс вносили в количестве 1; 5 и 10% масс. Контролем служил образец с минеральной средой, нефтью и микроорганизмами, но без минеральных добавок. Культивирование проводили в течение четырех суток на термостатированной качалке при 300С.

О стимулирующей способности фосфогипса судили по убыли нефти и приросту гетеротрофных микроорганизмов.

Установлено, что уже за трое суток культивирования степень биодеструкции нефти и нефтепродуктов в образцах с фосфогипсом составила более 25% по отношению к контролю (рисунок 2), причем количество фосфогипса не влияло на степень биодеструкции. На протяжении всего эксперимента наблюдался прирост количества гетеротрофных микроорганизмов (рисунок 3).

Рисунок 2 – Степень биодеструкции нефти в полной минеральной среде с добавлением фосфогипса

Рисунок 3 – Рост гетеротрофных микроорганизмов в полной минеральной среде с добавлением фосфогипса

На следующем этапе работы исследовали фосфогипс в качестве минеральной добавки, стимулирующей рост гетеротрофных микроорганизмов, при очистке нефтешлама со шламонакопителя. Для этого был взят нефтешлам с содержанием нефтепродуктов 10,5% масс. Опыт проводили в стеклянной чашке объемом 200 мл. Для биодеструкции нефти в нефтешлам вносили подобранный консорциум непатогенных нефтеокисляющих микроорганизмов: Rhodococcus erythropolis BKM AC-1339Д; Bacillus subtilis BKM B-1742 Д (16); Fusarium sp. №56 (3% об.). В качестве минеральной добавки вносили фосфогипс в количестве 1; 5 и 10 % масс. Контролем 1 служила чашка с нефтешламом и микроорганизмами, но без минеральных добавок. Контролем 2 служила чашка с нефтешламом без микроорганизмов и минеральных добавок. По мере необходимости осуществлялся полив водой до влажности верхнего слоя 60%. Опыт проводился в течение 60 суток при 300С. О стимулирующей способности фосфогипса судили по убыли нефти и нефтепродуктов, а также косвенно по приросту гетеротрофных микроорганизмов.

Исследования показали, что уже на 30 сутки эксперимента степень биодеструкции нефти и нефтепродуктов в образцах с содержанием фосфогипса в качестве минеральной добавки составила более 11%, а через 60 суток более 14% по отношению к контролю 1. На протяжении всего эксперимента наблюдался прирост количества гетеротрофных микроорганизмов в среднем на два порядка. В контроле 2 убыль нефти не наблюдалась (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние фосфогипса на биодеструкцию нефти в нефтешламе

Вариант опыта Степень биодеструкции, %

10 сут 30 сут 60 сут

Нефтешлам + консорциум +

фосфогипс (1% масс.) 10,2±0,05 36,1±0,05 45,1±0,05

Нефтешлам + консорциум + фосфогипс (5% масс.) 11,9±0,05 36,7±0,05

Нефтешлам + консорциум +

фосфогипс (10%масс.) 10,1±0,05 35,8±0,05 44,7±0,05

Нефтешлам + консорциум без фосфогипса (контроль 1) 6,7±0,05 24,3±0,05 30,6±0,05

Нефтешлам без фосфогипса (контроль 2) 2±0,05 3±0,05 4±0,05

Таким образом, отход производства минеральных удобрений – фосфогипс – является активным стимулятором роста гетеротрофных микроорганизмов и может служить заменителем дорогостоящих минеральных добавок.