Биогеотехнология

и фосфор- и азотсодержащие соли; состав на основе нефтеокисляющих микроорганизмов Clostridiumomelians- kiiили Bacillusmesentericus,удобрения и адсорбента.Таким образом, приоритетными критериями при применении биопрепаратов и создании новых являются выбор штаммов и консорциумов, не обладающих признаками токсичности, патогенности (инвазивно-сти, вирулентности и токсигенности), фитопатогенности, потенциальной генотоксичности.Все вышеперечисленное свидетельствует о необходимости разработки в ближайшее время регламента санитарно-гигиенической оценки микроорганизмов- деструкторов, включаемых в состав биопрепаратов для борьбы с нефтяным загрязнением.Как правило, очистные сооружения нефтехимических производств работают с недостаточной эффективностью. Обеспечение установленных нормативов по всем загрязняющим компонентам сточных вод может быть достигнуто применением гибридных биомембранных и биосорбционно-мембранных установок, сочетающих процессы биохимического окисления и мембранной фильтрации. Гибридные биомембранные технологии позволяют максимально использовать потенциальные возможности биологических процессов имембранного фильтрования, исключив при этом их недостатки. Мембраны используются не для удаления исходных загрязнений, а для задержания биомассы в биореакторе (аэротенке).Использование микро- или ультрафильтрационных мембран на стадии биологической очистки в составе мембранных биореакторов (МБР) исключает вынос микроорганизмов из системы, создавая условия для многократного увеличения концентрации активной биомассы, автоселекции и адаптации микроорганизмов. Это позволяет отказаться от ступеней отстаивания и фильтрования в существующих схемах обработки сточных вод. Кроме того, происходит частичное обеззараживание очищенной воды. В результате производительность очистных сооружений может быть увеличена в 1,5-2 раза при существенном улучшении показателей очищенной воды.Применение микрофильтрационных мембран в сочетании с биосорбционными процессами с использованием порошкообразного активированногоугля (ПАУ) в биосорбционно-мембранном реакторе (БМР) на стадии глубокой очистки обеспечивает удаление основных и специфических органических загрязнений (нефтепродукты, фенол, СПАВ и т.д.), а также соединений азота до уровня ПДК рыбохозяйственных водных объектов. При этом затраты на регенерацию сорбента отсутствуют, что обусловлено протеканием биологической регенерации угля микроорганизмами, иммобилизованными на его поверхности. Биосорбционный метод доочистки сточных вод, основанный на совмещении в одном сооружении процессов адсорбции загрязнений активированным углем и их биологического окисления (биорегенерациясорбента) беспечиваетэффективное удаление из сточных вод на стадии доочистки как биоразлагаемых, так и биорезистентных, токсичных и канцерогенных веществ, таких как: нефтепродукты, детергенты, хлорорганические и фосфорорганические соединения и др., - что недостижимо традиционными методами доочистки.,Для выполнения исследований на очистных сооружениях ЗАО «ННК» в 2007 г. были смонтированы и запущены в работу две экспериментальные установки.Технология биологической очистки с МБР была реализована в аэротенке с установленным в нем мембранным модулем для отделения очищенной водыот активного ила (вместо вторичного отстойника). Конструктивно аэротенк был выполнен в виде колонки рабочим объемом 3,0 л. На первом этапе на установку подавались производственные сточные воды завода (ПСВ) после первичных отстойников без добавления городских сточных вод, на втором этапе - смесь стоков завода и городских сточных вод (ПСВ+ГСВ). В обоих случаях продолжительность аэрации составляла 12 ч.Биосорбционно-мембранная технология была реализована на установке с объемом реактора 0,7 л. На БМР подавалась биологически очищенная сточная вода после вторичных отстойников действующих очистных сооружений. Концентрация ПАУ в реакторе поддерживалась в пределах 10-20 г/л. Продолжительность обработки составляла 2,8 ч.Мембранный модуль в обеих установках был изготовлен из половолоконных микрофильтрационных мембран с размером пор 0,2 мкм. Производительность обеих установок - 6,0 л/сут, площадь поверхности мембран в каждой установке - 0,05 м2. Очищенная сточная вода отделялась от иловой смеси на половолоконной мембране и откачивалась в резервуар очищенной воды за счет разряжения, создаваемого пермеатным насосом. Периодически по сигналу таймера запускался промывной насос с одновременным отключением пермеатного насоса, и осуществлялась обратная промывка мембраны для восстановления ее производительности. Вода для промывки отбиралась из резервуара очищенной воды.Данные эксплуатации пилотного МБР показали, что эффективность удаления фенола на каждом изрежимов работы достигала 99,9 %. При этом удельная скорость окисления фенола в ПСВ составила 0,018 мг/(г • ч), в смеси ПСВ и ГСВ - 0,012 мг/(г • ч), при средней концентрации фенола в очищенной воде 0,0001 мг/л.На установку БМР подавался объединенный поток производственных стоков нефтехимического производства и городских сточных вод, прошедший сооружения биологической очистки ЗАО «ННК».Значение ХПК исходной воды, подаваемой на установку БМР, изменялось от 25 до 58 мг/л. Средняя величина ХПК очищенной воды не превышала 18 мг/л, а БПКполн в среднем составляло 1,79 мг/л. По данным разовых анализов, проведенных лабораторией НИИ ВОДГЕО, БПК5 очищенной на установке БМР воды не превышало 0,5-1,0 мг/л.В настоящее время всё большее значение приобретает относительно новый способ существенного ускорения разложения нефтепродуктов в почве - интродукция специальных биодеструкторов, т. е. искусственное внесение специально подобранных активных нефтеокисляющих микроорганизмов в загрязнённую почву. Сегодня уже можно выделить целую отрасль экологической биотехнологии, основанной на выделении активных штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов; изучении их физико-биохимических свойств; разработке технологий производства и применения биопрепаратов на их основе.Имеющиеся современные данные позволили сформировать фонд экологически полезных микроорганизмов, предназначенных для производства биопрепаратов с целью очистки от нефтяныхзагрязнений почв. Существуют определенные критерии для подбора эффективных микроорганизмов:способность разрушать широкий набор углеводородов;стабильность генетического аппарата микроорганизмов;сохранение жизнеспособности в процессе хранения;быстрый рост после хранения;высокая ферментативная активность;способность к росту в природных условиях;способность выдерживать конкуренцию с местными микроорганизмами.Кроме того, эти микроорганизмы не должны быть патогенными, что важно для санитарно-гигиенических требований производства биопрепаратов. Они не должны накапливаться в качестве конечных и промежуточных продуктов, токсичные и другие вредные для человека, животных, растений соединений; глубинная трансформация углеводородов должна гарантировать максимальное исчерпание источников загрязнения; они должны относиться к группе прототрофов, т. е. расти и функционировать в неприхотливых реальных условиях среды.Современные биопрепараты готовятся на основе выделенных из загрязнённой нефтепродуктами почвы (т. е. местного биоценоза) и культивированных для дальнейшего применения при очистке данной почвы микроорганизмов. Одним из них является биопрепарат «Центридин», разработанный специально для ВС РФ, который в сравнительных испытаниях биопрепаратов показал себя достаточно хорошо.Использованиемикроорганизмовдляочисткинефтезагрязнённых почв находит всё большее применение. При этом имеет место в каждом конкретном случае сугубо эмпирический подход в подборе элементов биоактивации или выборе культур для интродукции микроорганизмов в окружающую среду. Скорость деструкции зависит не только от вида микроорганизмов, субстрата, но и от влажности почвы и наличия микроэлементов азота и фосфора, свободного кислорода, pHи буферности среды.При загрязнении почв нефтью до 10 г/кг очистку их можно производить биопрепаратами без агротехнических приёмов. При концентрации нефти в почве от 10 до 50 г/кг возникает необходимость её предварительного или совместно с внесением биокультур слабого рыхления и аэрации. При загрязнении до 100 г/кг потребуется не только рыхление и аэрация почв, но и неоднократное внесениеминеральных удобрений и биопрепаратов. И только при более сильном загрязнении необходима предварительная механическая очистка почв от нефтепродуктов и снятие как можно менее тонкого нефтенасыщенного слоя почвы с последующей бактериальной доочисткой остаточного загрязнения.В ВС РФ на сегодняшний день для очистки и восстановления нефтезагрязнённых почв разработана биотехнология "Сойлекс", которая применялась приочисткитерриторий Валдайскогонационального парка в местах бывшей дислокации ВС РФ. Там наряду с ведущим биологическим методом используется механический. Этапность в проведении мероприятий по восстановлению почв тесно связывается со стадийность биогеохимической трансформации нефти и всей почвенной экосистемы. Первый этап соответствует наиболее токсичной геохимической обстановке, максимальному ингибированию биоценозов. В биотехнологии по очистке и восстановлению Валдайского национального парка, на первом этапе проводят подготовительные мероприятия: аэрацию, увлажнение, локализацию загрязнения. Цель этих мероприятий - интенсификация микробиологических процессов, а также фотохимического и физического процессов разложения нефти, снижения её концентрации в почве. На первом этапе оценивается глубина изменения почвенной экосистемы, направленность её естественной эволюции. На втором этапе на загрязнённых участках проводится пробный посев культур с целью оценить остаточнуюфитотоксичность почв, интенсифицировать процессы биодеградации нефти, улучшить агрофизические свойства почв. На этом этапе проводиться регулирование водного режима и кислотно-щелочных условий почвы, в случае необходимости проводятся мероприятия по рассолению. На третьем этапе восстанавливаются естественные растительные биоценозы, создаются культурные фитоценозы, практикуется посев многолетних растений. Общая длительность процесса восстановления нефтезагрязнённых почв зависит от почвенно-климатических условий и характера загрязнения.ЗаключениеПриведенный обзор разработок в области биогеотехнологии свидетельствует о перспективности применения бактерий в процессах переработки минерального сырья цветных и благородных металлов: кучного выщелачивания меди из бедных руд, чанового выщелачивания упорных золотосульфидных руд и концентратов, извлечения ценных компонентов из отходов горнометаллургического комплекса, флотации руд цветных металлов, пассивации углеродистого вещества перед цианированием и др. Применение биогеотехнологий позволяет вовлечь в переработку бедное и труднообогатимое минеральное сырье благородных и цветных металлов, повысить комплексность его переработки и извлечение полезных компонентов.Отдельно стоит отметить большие успехи современной отечественной и зарубежной биогеотехнологии в разработке высокоэффективных марок биосорбентов и биодеструкторов для очистки водоемов и почв от загрязнений тяжелыми металлами и нефтепродуктами.Список литературыБеляев С.С., Борзенков И.А. и др. Использование микроорганизмов в биотехнологии повышения нефтеизвлечения.- Микробиология.2004. - Т.73, №5 - С.687-697Могилевский Г: Микробиологический метод разведки нефти и газа. - Разведка Недр 1940, - 12:32-43.Айкен С. Джонс Д., Лартер С. Анаэробная биодеградация углеводородов в глубоких подземных резервуарах нефти. - Журнал «Найчер» 2004, - 431:291-294.Хитзман Д. Микробиологическая вторичная добыча нефти. - Патент США 1962, 3032472.Каравайко Г.И., Кузнецов С.И., Голомзик А.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд. - М.: Наука, 1972. - 248 с.Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. - М.: Недра, 1982. - 288 с.Sovmen V.K., BelyiА.V, DannekerM.Yu., Gish A. A.,Biooxidation of refractory gold sulfide concentrate of Olympiada deposit - Adv. Mat. Res. 2009. Vol. 71-73. - P. 477-480.Т.Ф. Кондратьева, А.Г. Булаев, М.И. Муравьев. - Микроорганизмы в биогеотехнологиях переработки сульфидных руд. - М.: Наука, 2015.212 с.Биогеотехнология металлов. Практическое руководство. Ред. Г.И.Кравайко, Дж. Росси, А.Агате, С. Грудев, З.А. Авакян. - Центр международныхпроктов ГКНТ. М. 1989. - 375 с.Адамов Э.В., Панин В.В. Биотехнологияметаллов, - М.: «Учеба», 2003.Худякова Р. В., Сафронов А. Ю.Биотехнология металлов: Методические указания - Иркутск: РИО ИГУ, 1997,- 44 сНебера В. П., Соложенкин П. М. Проблемы биогеотехнологии // Горный информационно-аналитический бюл. / Моек.гос. горный ун-т - 1999.- № 2 - С. 48 -54.Совмен В.К., Гуськов В.Н., Белый А.В. и др. Переработка золотоносных руд с применением бактериального окисленияв условиях Крайнего Севера. - Новосибирск: Наука, 2007. - 144 с.Церцвадзе Л.А., Дзадзалия Т.Д., Петриашвили Ш.Т. и др. Разработка методики бактериального выщелачивания металлов из «бедных» руд, пород и промышленных отходов с использованием нейтронного активационного анализа. - г. Дубна Моск. обл., Ин-тядер.исслед., 2001 - 20 с.Булаев А.Г., Пименов Н.В. Биотехнологические методы очистки сточных вод цветной металлургии. - Биотехнология. 2015. - С.8-29.Минеев Г. Г. Биометаллургия золота.- М.: Металлургия, 1989.- 160 с.Куликова И.Ю., Дзержинская И.С. Использование микробиологического метода для очистки нефтезагрязненной морской воды - Вестник АГТУ.2007.№4 (39) - С. 128—132.Кураков А.В., Ильинский В.В., Котелевцев С.В., Садчиков А.П. Биоиндикация и реабилитация экосистем при нефтяных загрязнениях. - М. :Графтон, 2006.- 336 с.Швецов В.Н. и др. Теоретические и технологические аспекты применения биомембранных технологий глубокой очистки сточных вод - Водоснабжение и санитарная техника, 2007, N° 1, ч. 1.Швецов В.Н., Морозова К.М. Биосорберы - перспективные сооружения для глубокой очистки природных и сточных вод.- Водоснабжение и санитарная техника, 1994, № 1.Aerobic MBRs for domestic wastewater treatment: a review with cost considerations. M. Gander, B. Jefferson, S. Judd - Sep. Purif. Technol, 2000, 18, № 119 (30).Степанов А.С. Исследования процессовбиологической очистки сточныхводнефтехимического производства - Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения по очистке природных и сточных вод: межвузовский сборник научных трудов памяти академика РАН С.В. Яковлева. - Самара, 2008.Швецов В.Н. и др. Очистка нефтесодержащих сточных вод биомембранными методами. - Водоснабжение и санитарная техника, 2008, № 3.Биотехнологические методы ликвидации загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. - Обзорная информация. М., 1993. - 56 с.Методы борьбы с нефтезагрязнениями почв в ВС РФ. М. - ЭУМО РФ, 1995. - 120 с.