CZ283310B6

CZ283310B6 - Způsob bioasanace ropného znečištění půd pomocí selektovaných mikroorganismů

Info

Publication number: CZ283310B6
Application number: CS91509A
Authority: CZ
Inventors: Petr Ing. Musil; Jiří Rndr. Čížek; Jaroslav Žák; Kateřina Doc. Ing. Csc. Demnerová; Miroslav Doc. Ing. Csc. Marek
Original assignee: Vysoká Škola Chemicko-Technologická
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1998-02-18
Also published as: CZ50991A3; SK50991A3

Abstract

Způsob bioasanace půd spočívá v tom, že se do půdy kontaminované ropnými uhlovodíky (letecký petrolej, motorová nafta, motorové oleje apod.) přidá inokulum v množství 0,1 až 1 % hmotn. nakultivovaných mikroorganismů rodu Bacillus sp. a/nebo Acinetobacter sp. a/nebo Klebsiella sp. a/nebo Enterobacter sp. a/nebo Mycobacterium sp. a/nebo Corynebacterium sp. a/nebo Pseudomonas sp. isolovaných z kontaminované půdy a půda se periodicky kultivuje provzdušňováním a promíchávámím např. pomocí podmítacího pluhu, brán nebo vyorávače brambor a současně se zavlažuje vodou, případně se přidávají přírodní (chlévská mrva apod.) nebo minerální fosforečná a dusíkatá hnojiva v koncentraci 0,02 až 2 g fosforečnanových iontů/litr a 0,04 až 0,1 dusíku/litr ve formě dusičnanových nebo s výhodou amonných iontů. ŕ

Description

Způsob bioasanace ropného znečištění půd pomocí selektovaných mikroorganismů

Oblast techniky

Vzrůstající spotřeba ropných produktů v národním hospodářství přináší stále se zvyšující riziko úniku těchto látek do půdy a do kolektorů podzemní vody. Ropné produkty znehodnocují půdu a podzemní vodu tak, že se stává pro člověka nepoživatelnou. Zasáhnou-li tyto produkty vodní zdroj, jsou ekonomické a společenské důsledky obrovské. Rozpad ropných látek přirozenou cestou je dlouhodobou záležitostí, literatura uvádí až 200 let do úplného rozkladu. Pro asanaci ropného znečištění je tedy třeba aktivního přispění člověka.

Dosavadní stav techniky

Dosud nejčastěji používané metody asanace ropného znečištění půdy spočívají vjejím pálení, popřípadě odvětrávání těkavých složek. Kontaminovanou půdu lze také uskladnit propráním této zeminy v pračce.

V poslední době je věnována velká pozornost možnostem odstraňování ropných uhlovodíků pomocí mikroorganismů. Při praktickém uplatňování této metody však vznikají velké problémy s vytvořením vhodných podmínek pro růst mikroorganismů a tím i pro účinný rozklad znečišťujících kontaminantů.

Podle většiny známých pramenů se k dekontaminaci půdy či vody používají mikroorganismy, nakultivované z čistých nebo směsných kultur vpředu vyjmenovaných rodů mikroorganismů.

Aplikované kmeny mikroorganismů mohou v některých případech vykazovat nedostatečnou schopnost utilizovat některé složky kontaminantů, vyskytujících se v dané lokalitě. K tomu, aby se přizpůsobil jejich metabolismus na rozklad těchto kontaminantů, je potřeba určitá časová adaptace. V některých případech musí být hledány jiné kmeny mikroorganismů, aby mohl být rozklad některých kontaminantů vůbec realizován.

Ze znečištěných půd a vod byly izolovány mikroorganismy rodů Bacillus sp., Acinetobacter sp., Klebsiella sp., Enterobacter sp., Mycobacterium sp., Corynebacterium sp., Pseudomonas sp. a další (B. Ellis, M.T. Balba, P. Theile, Bioremediation of oil contaminated land, Enviromental Technology, Vol. 11, pp. 443-455; Ronald M. Atlas, Microbial Degradation of Petroleum Hydrocarbons: an Enviromental Perspective, Microbiological Reviws, March 1981, p. 180-209).

U uvedených kmenů byla sledována schopnost utilizovat ropné kontaminanty.

Tyto mikroorganismy byly blíže charakterizovány a využity k bioasanacím kontaminované půdy, z níž byly předtím izolovány. Namnožení mikroorganismů před vlastní asanací uhlovodíky, a s limitujícím obsahem glukózy. Proces namnožení mikroorganismů trval 48 až 80 hodin a poté byla nakultivovaná biomasa čištěna centrifugací a suspendována ve fiziologickém roztoku. Nevýhodou tohoto procesu namnožení potřebné biomasy k asanaci kontaminované zeminy je poměrně dlouhá doba kultivace.

Podobně jako v EP 0228626 byl zjištěn příznivý vliv přítomnosti dusíku, kyslíku a fosforu během biodegradace uhlovodíků.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob bioasanace půd, kontaminovaných ropnými produkty, pomocí mikroorganismů, utilizujících uhlovodíky ropného znečištění, vybraných ze skupiny rodů Bacilus, Acinetobacter, Klebsiella, Enterobacter, Mycobacterium, Corynebacterium a Pseudomonas, izolovaných z kontaminované zeminy, při němž se do půdy aplikuje nakultivovaná biomasa včetně kultivačního média, připravená z mikrooorganismů, izolovaných z kontaminované půdy, kultivovaných v minerálním médiu, obsahujícím kontaminující látky podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že se narostlé inokulum pomnoží 12 až 24 hodinovou kultivací v médiu, obohaceném bílkovinami a sacharidy při teplotě 20 až 40 °C, za současného provzdušňování, a potom se aplikují do půdy, která se periodicky kultivuje provzdušňováním a promícháváním, například pomocí podmítacího pluhu, brán nebo vyorávače brambor, a současně se zavlažuje vodou. Případně se přidávají přírodní (chlévská mrva apod.) nebo minerální fosforečná a dusíkatá hnojivá v koncentraci 0,02 až 2 g fosforečnanových iontů/litr a 0,04 až 0,1 g dusíku/litr ve formě dusičnanových nebo s výhodou amonných iontů, stopové prvky, popřípadě vitaminy a jiné růstové faktory.

Případně se nakultivovaná biomasa přidá v množství 0,1 až 5 % hmotn. do vyhnojené zeminy, např. kompostu, obsahující ropné uhlovodíky, obsažené v lokalitě, určené k asanaci, a po namnožení mikroorganismů se tato zemina vrací do půdy s ropným znečišťěním v poměru 1 až 5 hmotn. dílů kompostu ku 10 až 100 hmotn. dílům znečištěné zeminy.

Oxidoredukční potenciál se dle vynálezu s výhodou optimalizuje provzdušňováním zeminy, potřebný obsah vody, nezbytný k růstu mikroorganismů, se udržuje pravidelným zvlhčováním půdy. Mikroorganismy jsou dodávány do půdy na začátku bioasanace, případně se dle potřeby dodávají i během ní. Pravidelnou kultivací půdy, např. bránami, podmítacím pluhem apod., se zabezpečuje dokonalé promíchávání kontaminované půdy s mikroorganismy a živinami, zároveň také dochází k provzdušňování a tím ke zrychlení růstu mikroorganismů. Způsobem dle vynálezu se do půdy dodávají mikroorganismy, pocházející přímo z kontaminované lokality po laboratorní selekci a namnožení v potřebném množství. Při bioasanaci lokalit s podobným zdrojem se s výhodou použijí mikroorganismy získané již během předchozí izolace. Jedná se např. o mikroorganismy Bacillus sp., Acinetobacter sp., Klebsiella sp., Enterobacter sp., Mycobacterium sp., Corynebacterium sp., Pseudomonas sp. a jiné.

Výhoda způsobu bioasanace ropného znečištění dle vynálezu spočívá především ve snadnosti získání potřebné kultury mikroorganismu, utilizujícího produkty ropného znečištění, v možnosti optimalizace růstu mikroorganismu a tím i rychlosti biologického odbourávání znečišťujících látek.

Kultivace biomasy mikroorganismů, prováděná na plnohodnotném médiu, obsahujícím sacharidy, bílkoviny a vitaminy, probíhá podstatně kratší dobu, přičemž si narostlé mikroorganismy udržují schopnost utilizovat ropné uhlovodíky. Nakultivovaná biomasa je aplikována do kontaminované zeminy společně s kultivačním médiem, poskytujícím určitý podíl živin v počáteční fázi růstu mikroorganismů v asanované zemině. Pro urychlení růstu mikroorganizmů v počátku biodegradačního procesu se nakultivovaná biomasa před aplikací do kontaminované půdy s výhodou aplikuje do vyhnojené zeminy, kompostu nebo rašeliny, obsahující ropné uhlovodíky, obsažené v lokalitě, určené k asanaci.

Při použití tohoto způsobu jsou znečišťující látky kompletně odstraněny (metabolickými drahami mikroorganismů až na vodu, oxid uhličitý a biomasu mikroorganismu).

-2CZ 283310 B6

Příklady provedení

Vynález je dokumentován příklady použití, aniž by se jimi omezoval.

Příklad 1

Bioasanace půdy, kontaminované leteckým petrolejem. Inokulum se připraví následujícím způsobem: 10 g půdy, kontaminované leteckým petrolejem, se rozsuspenduje v 15 ml fyziologického roztoku. Na sterilní Petriho misku se napipetuje 1 ml tohoto roztoku, přidá se 0,5 ml leteckého petroleje a přelije 15 ml sterilní minerální půdy. Kultivace probíhá při 37 °C po dobu 72 hodin. Z narostlých kolonií se vybere mikrobiální kmen, který má v tomto případě pro danou lokalitu největší schopnost utilizovat letecký petrolej, a blíže se charakterizuje a pracovně označí. V daném případě se jednalo o Acinetobacterium sp.. Takto připravený kmen se pěstuje ve 100 ml sterilního masopeptonového bujónu s přídavkem leteckého petroleje v 1000 ml baňkách na třepacím stroji při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin.

% hmotn. inokula kultivovaného selektovaného mikroorganismu Acinetobacter sp. výše uvedeným způsobem se zaočkuje fermentor. Kultivace probíhá v médiu, složeném z 0,4 % hmotn. masopeptonového bujónu a 0,2 % hmotn. baktopeptonu s přídavkem 0,2 % hmotn. melasy, 0,2 % hmotn. kvasničného autolyzátu a 0,05 % hmotn. leteckého petroleje za provzdušňování při 37 °C po dobu 24 hodin. U takto připravené kultury během 24 hodin kultivace dojde k nárůstu biomasy na 10¹²až 10¹³ zárodků mikroorganismů/1 ml.

Takto připravená nakultivovaná biomasa z fermentoru se aplikuje přímo do půdy v množství 100 ml na 1 m² kontaminované půdy. Vrstva půdy se pravidelně zavlažuje, aby nedošlo k vyschnutí této půdy. Pravidelnou kultivací půdy bránami se zabezpečuje dokonalé promíchání kontaminované půdy s mikroorganismy a živinami, zároveň také dochází k provzdušňování a tím ke zrychlení růstu mikroorganismů. Výše uvedeným způsobem se o půdu pečuje několik týdnů až měsíců, dokud se nesníží obsah ropných uhlovodíků pod požadovanou hodnotu.

Příklad 2

Zemina, kontaminovaná leteckým petrolejem, se smíchá s kompostem a s chlévskou mrvou v poměru 5 hmotn. dílů kontaminované půdy, 10 hmotn. dílů kompostu a 1 hmotn. díl chlévské mrvy a směs se rozprostře do vrstvy, vysoké 25 cm. Příslušné živiny pro mikroorganismy se nacházejí v chlévské mrvě. Inokulum se připraví dle příkladu 1 s tím rozdílem, že se ke kultivaci použije vybraný izolovaný Enterobacter aerogenes. Zemina se periodicky provzdušňuje a zavlažuje. Po namnožení mikroorganismu na 10¹² zárodků na 1 ml se zemina vpraví do půdy, kontaminované leteckým petrolejem, v poměru 1 hmotn. díl : 2 hmotn. dílům, případně 1 hmotn. díl : 100 hmotn. dílům (v závislosti na množství a druhu kontaminantu) a periodicky se upravuje vhodným způsobem, jako v příkladu 1.

Příklad 3

Zemina, kontaminovaná motorovou naftou, se smíchá s rašelinou v poměru 20 hmotn. dílů kontaminované zeminy ku 1 hmotn. dílu rašeliny. Směs se rozprostře do vrstvy 30 cm. K bioasanaci se použije mikroorganismus Bacillus sp., kultivovaný dle příkladu 1 s tím rozdílem, že se biomasa po odstředění podrobuje mrazové sublimaci s výhodou velmi snadného transportu a možnosti dlouhodobého uchovávání. Před použitím se sušený preparát rozsuspenduje v masopeptonovém bujónu v poměru 1 hmotn. díl sušeného preparátu ku 10 hmotn. dílům

-3 CZ 283310 B6 masopeptonového bujónu. Suspenze se míchá přes noc při 30 °C a druhý den se zředí vodou v poměru 1 obj. díl masopeptonového bujónu ku 100 obj. dílům vody, obsahující rozpuštěné fosforečné hnojivo (KH₂PO₄, superfosfát apod.) v konečné koncentraci 1 g fosforečnanových iontů/l a dusíkaté hnojivo (NH₄NO₃, (NH₄)₂HPO₄, (NH4)₂SO₄, technický ledek a pod.) v konečné koncentraci 0,1 g dusíku/1. Takto připravená biomasa se aplikuje postřikem na kontaminovanou zeminu v množství 1,5 1 na 1 m². Následná péče o půdu je shodná s příkladem 1 s tím rozdílem, že ke kultivaci se používá vyorávač brambor.

Příklad 4

Zem, kontaminovaná leteckým petrolejem, se podrobí bioasanaci dle příkladu 1 s tím rozdílem, že ke kultivaci se používá izolovaná směsná kultura, složená z Acinetobacter sp., Acinetobacter sp., Bacillus sp. a Enterbacter aerogenes.

Průmyslová využitelnost

Způsob bioasanace půd, kontaminovaných ropnými produkty, pomocí selektovaných bakterií a pomnožených kultivací podle vynálezu je využitelný všude tam, kde dochází k únikům ropných kontaminantů do zemin, tj. v průmyslu, v zemědělství, v dopravě a v armádě.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob bioasanace půd, kontaminovaných ropnými produkty, pomocí mikroorganismů, utilizujících uhlovodíky ropného znečištění, vybraných ze skupiny rodů Bacilus, Acinetobacter, Klebsiella, Enterobacter, Mycobacterium, Corynebacterium a Pseudomonas, izolovaných z kontaminované zeminy, při němž se do půdy aplikuje nakultivovaná biomasa včetně kultivačního média, připravená z mikroorganismů, izolovaných z kontaminované půdy, kultivovaných v minerálním médiu, obsahujícím kontaminující látky, vyznačující se tím, že se narostlé inokulum pomnoží 12 až 24 hodinovou kultivací v médiu, obohaceném bílkovinami a sacharidy, při teplotě 20 až 40 °C za současného provzdušňování, a potom se aplikuje do asanované půdy, která se periodicky kultivuje provzdušňováním a současně se zavlažuje vodou.
2. Způsob bioasanace dle nároku 1, vyznačující se tím, že se narostlé inokulum přidá v množství 0,1 až 5 % hmotn. do vyhnojené zeminy, např. kompostu, obsahující ropné uhlovodíky, obsažené v lokalitě, určené k asanaci, a po namnožení mikroorganismů se tato zemina vrací do půdy s ropným znečištěním v poměru 1 až 5 hmotn. dílů kompostu ku 10 až 100 hmotn. dílům znčištěné zeminy. ³
3. Způsob bioasanace dle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že do zavlažovači vody se přidávají přírodní hnojivá nebo minerální fosforečná a dusíkatá hnojivá v koncentraci 0,02 až 2 g fosforečnanových iontů/litr a 0,04 až 0,1 g dusíku/litr ve formě dusičnanových nebo s výhodou amonných iontů.