RU2617941C2 - Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates - Google Patents

Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates Download PDF

Info

Publication number
RU2617941C2
RU2617941C2 RU2015143402A RU2015143402A RU2617941C2 RU 2617941 C2 RU2617941 C2 RU 2617941C2 RU 2015143402 A RU2015143402 A RU 2015143402A RU 2015143402 A RU2015143402 A RU 2015143402A RU 2617941 C2 RU2617941 C2 RU 2617941C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
soil
consortium
vkm
microorganisms
Prior art date
Application number
RU2015143402A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015143402A (en
Inventor
Янина Адальбертовна Делеган
Анна Андрияновна Ветрова
Мария Ивановна Чернявская
Марина Алексеевна Титок
Анастасия Алексеевна Иванова
Андрей Евгеньевич Филонов
Александр Михайлович Боронин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук (ИБФМ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук (ИБФМ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук (ИБФМ РАН)
Priority to RU2015143402A priority Critical patent/RU2617941C2/en
Publication of RU2015143402A publication Critical patent/RU2015143402A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617941C2 publication Critical patent/RU2617941C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205Bacterial isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention can be used as a basis of a biological product for soil and water remediation, including saline ones, in hot climates. The consortium contains Gordonia amicalis, Rhodococcus erythropolis and Rhodococcus pyridinivorans bacteria, deposited in the Russian National Collection of Microorganisms IBPM named after G.K. Skryabin RAS under accession number VKM Ac-D 2720, VKM Ac-D 2722 and VKM Ac-D 2721, respectively. At that, the number of microorganisms for the consortium on the treated area should be at least 1×104-1×105 CFU/g of soil (1×104-1×105 CFU/ml), depending on the contamination level.
EFFECT: invention improves the efficiency of soil and water purification at temperatures up to 50 degrees, soil and water salinity to 7 percent and 10 percent soil humidity.
2 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и биотехнологии защиты окружающей среды и может быть использовано при проведении мероприятий по очистке нефтезагрязненных грунтов и вод в условиях жаркого климата. Использование термотолерантных бактерий позволяет проводить очистку грунтов и вод при температурах от 20°C до 50°C, консорциум сохраняет жизнеспособность до 53°C.The invention relates to the field of environmental biotechnology and biotechnology of environmental protection and can be used when carrying out activities to clean oil-contaminated soils and water in a hot climate. The use of thermo-tolerant bacteria allows the treatment of soils and water at temperatures from 20 ° C to 50 ° C, the consortium remains viable up to 53 ° C.

Изобретение представляет собой консорциум термотолерантных непатогенных бактерий, способных эффективно утилизировать нефть и нефтепродукты в условиях повышенных температур. В состав консорциума входят три бактериальных штамма - Gordonia amicalis ВКМ Ас-2720 Д, Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2722 Д, Rhodococcus pyridinivorans ВКМ Ас-2721 Д. Возможно применение консорциума в засоленных (до 7% соли) грунтах и водах, в диапазоне рН 6-8, а также при низкой влажности грунта (порядка 10%). Препарат эффективен при уровне загрязнения грунта до 10% (100 г нефти на 1 кг грунта), в случае большего содержания нефти необходимо снизить ее концентрацию доступными способами. Для осуществления эффективной очистки численность микроорганизмов консорциума на обрабатываемом участке должна быть не менее 1×104-1×105 КОЕ/г грунта (1×104-1×105 КОЕ/мл) в зависимости от уровня загрязнения.The invention is a consortium of thermotolerant non-pathogenic bacteria capable of efficiently disposing of oil and oil products at elevated temperatures. The consortium includes three bacterial strains - Gordonia amicalis VKM Ac-2720 D, Rhodococcus erythropolis VKM Ac-2722 D, Rhodococcus pyridinivorans VKM Ac-2721 D. It is possible to use the consortium in saline (up to 7% salt) soils and waters, in the pH range 6-8, as well as with low soil moisture (about 10%). The drug is effective at a level of soil contamination up to 10% (100 g of oil per 1 kg of soil), in case of a higher oil content, it is necessary to reduce its concentration by available methods. For effective cleaning, the number of microorganisms of the consortium in the treated area should be at least 1 × 10 4 -1 × 10 5 CFU / g of soil (1 × 10 4 -1 × 10 5 CFU / ml) depending on the level of contamination.

Оценка эффективности очистки грунта или воды с использованием консорциума осуществляется путем измерения остаточного содержания углеводородов в сравнении с контролем для оценки абиотической убыли. Технический результат заключается в снижении концентрации углеводородов нефти в грунте и воде в условиях повышенных температур. Реализация способа очистки грунтов и вод консорциумом термотолерантных бактерий является экологически безопасным и перспективным подходом к ликвидации последствий нефтеразливов в условиях жаркого климата и при повышенной солености почвы и воды.Evaluation of the effectiveness of cleaning soil or water using a consortium is carried out by measuring the residual hydrocarbon content in comparison with the control to assess abiotic loss. The technical result consists in reducing the concentration of oil hydrocarbons in soil and water at elevated temperatures. The implementation of the method of cleaning soils and waters by a consortium of thermo-tolerant bacteria is an environmentally safe and promising approach to eliminating the effects of oil spills in hot climates and with increased salinity of the soil and water.

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и может быть использовано при ликвидации последствий нефтеразливов и очистке нефтезагрязненных грунтов и вод in situ и ex situ в условиях жаркого климата.The invention relates to the field of environmental biotechnology and can be used in the aftermath of oil spills and the cleaning of oil-contaminated soils and waters in situ and ex situ in hot climates.

Основному риску в связи с загрязнением окружающей среды нефтью и нефтепродуктами подвержены регионы, где располагаются месторождения и ведется активная добыча и транспортировка нефти. Более половины мировых запасов нефти находится на территориях с жарким климатом, где специфика природных, в частности температурных условий, вынуждает более тщательно подходить к выбору адекватного метода ремедиации загрязненных земель.The main risk due to environmental pollution by oil and oil products are exposed to the regions where the fields are located and oil is actively extracted and transported. More than half of the world's oil reserves are located in areas with a hot climate, where the specifics of natural, in particular temperature conditions, forces us to more carefully approach the choice of an adequate remediation method for contaminated lands.

Одной из главных проблем ремедиации территорий в условиях жаркого климата является тот факт, что высокие температуры снижают вязкость нефти и, таким образом, ускоряют ее диффузию вглубь грунта. Также, высокие скорости испарения легких фракций нефти при повышенных температурах приводят к загрязнению воздуха токсичными продуктами, в то время как оставшиеся нелетучие компоненты с высокой молекулярной массой формируют пленки, плохо подвергающиеся биодеструкции. Высокие скорости испарения воды при температурах выше 40°C приводят к засолению грунтов и вод. Буровые растворы, попадающие в грунт при нефтедобыче, также способствуют засолению территорий. Применение консорциума термотолерантных бактерий-нефтедеструкторов делает возможным удаление углеводородов из грунта и воды в таких условиях. Бактерии, входящие в состав консорциума, способны утилизировать нефть при температурах до 50°C, солености до 7%, рН 6-8 и влажности грунта 10%.One of the main problems of remediation of territories in hot climates is the fact that high temperatures reduce the viscosity of oil and, thus, accelerate its diffusion deep into the soil. Also, the high evaporation rates of light oil fractions at elevated temperatures lead to air pollution with toxic products, while the remaining non-volatile components with a high molecular weight form films that are poorly biodegradable. High rates of water evaporation at temperatures above 40 ° C lead to salinization of soils and waters. Drilling fluids that enter the soil during oil production also contribute to salinization of the territories. The use of a consortium of thermotolerant bacteria-oil destructors makes it possible to remove hydrocarbons from soil and water in such conditions. The bacteria that make up the consortium are able to dispose of oil at temperatures up to 50 ° C, salinity up to 7%, pH 6-8 and soil moisture 10%.

Уровень техникиState of the art

Значительная часть нефтезагрязненных участков на территориях России и стран СНГ расположена в регионах с жарким климатом. Тем не менее, при патентном поиске не было обнаружено коммерческих биопрепаратов, предназначенных для очистки нефтезагрязненных территорий в условиях жаркого климата. Однако существуют препараты на основе как консорциумов, так и монокультур, с верхней границей рабочего температурного диапазона в пределах 40-50°C.A significant part of oil-contaminated sites in Russia and the CIS countries is located in regions with a hot climate. However, in a patent search, no commercial biological products intended for cleaning oil-contaminated areas in hot climates were found. However, there are drugs based on both consortia and monocultures, with the upper limit of the working temperature range within 40-50 ° C.

Известен биопрепарат для очистки почвы и воды от нефти (патент РФ №2365438, Карасева Э.В. с соавт., КубГУ, 2006). В состав препарата входят микроорганизмы Arthrobacter sp. BKM Ас-2272 Д и Rhodococcus sp. BKM Ас-2045 Д; а также (мас. %): глицерин - 8-10, KNO3 - 0.360-0.367, KH2PO4 - 0.054-0.055, Na2HPO4⋅12H2O - 0.126-0.128. Численность жизнеспособных клеток в препарате предполагается не менее 3-1010 кл/мл. Клетки микроорганизмов штаммов Arthrobacter sp. BKM Ас-2272 Д и Rhodococcus sp. BKM Ас-2045 Д выращивали совместно в условиях глубинного культивирования в жидкой минеральной среде с дизельным топливом в качестве источника углерода.Known biological product for cleaning soil and water from oil (RF patent No. 2365438, Karaseva E.V. et al., KubSU, 2006). The composition of the drug includes microorganisms Arthrobacter sp. BKM Ac-2272 D and Rhodococcus sp. BKM Ac-2045 D; and also (wt.%): glycerol - 8-10, KNO 3 - 0.360-0.367, KH 2 PO 4 - 0.054-0.055, Na 2 HPO 4 ⋅12H 2 O - 0.126-0.128. The number of viable cells in the preparation is assumed to be at least 3-10 10 cells / ml. Cells of microorganisms of strains of Arthrobacter sp. BKM Ac-2272 D and Rhodococcus sp. BKM Ac-2045 D was grown together under conditions of deep cultivation in a liquid mineral medium with diesel fuel as a carbon source.

Недостатком препарата является неспособность бактерий, входящих в его состав, утилизировать нефть и продукты ее переработки при температуре выше 40°C. К тому же препарат вносят в виде культуральной жидкости, что требует большого расхода воды при ремедиации больших площадей.The disadvantage of the drug is the inability of the bacteria that make up its composition to dispose of oil and its products at temperatures above 40 ° C. In addition, the drug is introduced in the form of a culture fluid, which requires a large flow of water during the remediation of large areas.

Известен биопрепарат «Дестройл» и способ его использования на очистных сооружениях для утилизации нефтепродуктов (заявка 2008129964/13, Надеин А.Ф.). Препарат «Дестройл» содержит монокультуру Acinetobacter sp., численность жизнеспособных клеток составляет 1×108 КОЕ/мл. Условия работы препарата: рН 4,5-8,5 и температур - от +5 до +38°C, жизнеспособен до +42°C. В способе ремедиации, основанном на совместном использовании препарата и активного ила в аэротенках, температура сточных вод должна быть не выше 22°C. Расход препарата составляет 2 г на 1 м3 водно-иловой смеси, находящейся в аэротенке.Known biological product "Destroyl" and the method of its use in wastewater treatment plants for the disposal of petroleum products (application 2008129964/13, Nadein AF). The Destroil preparation contains a monoculture of Acinetobacter sp., The number of viable cells is 1 × 10 8 CFU / ml. The working conditions of the drug: pH 4.5-8.5 and temperatures - from +5 to + 38 ° C, viable to + 42 ° C. In the method of remediation, based on the joint use of the drug and activated sludge in aeration tanks, the temperature of the wastewater should not be higher than 22 ° C. The consumption of the drug is 2 g per 1 m 3 water-sludge mixture located in the aeration tank.

Недостатком препарата является использование монокультуры, что сужает спектр соединений, окисляемых в процессе ремедиации. Также, использование грамотрицательного штамма в качестве основного агента биоремедиации ограничивает максимальную температуру использования препарата.The disadvantage of the drug is the use of monoculture, which narrows the spectrum of compounds oxidized in the process of remediation. Also, the use of a gram-negative strain as the main agent of bioremediation limits the maximum temperature of use of the drug.

Известен биопрепарат «Биоойл-Югра» (патент РФ №2337069, Алексеев А.Ю. с соавт., 2007), основанный на ассоциации дрожжевых и бактериальных штаммов: Saccharomyces sp. ККМ ГНЦ ВБ «Вектор» №Y-1036, Bacillus sp. ККМ ГНЦ ВБ «Вектор» №В-1040, Bacillus sp. ККМ ГНЦ ВБ «Вектор» №В-1039, Enterobacter sp. ККМ ГНЦ ВБ «Вектор» №В-1038. В состав также входят протекторы (сахароза, агароза и желатин). Рабочий диапазон препарата: температура - от +1°C до +41°C (оптимум 7-27 С); рН 4,5-9,0, соленость до 7%.Known biological product "Biooil-Yugra" (RF patent No. 2337069, Alekseev A.Yu. et al., 2007), based on the association of yeast and bacterial strains: Saccharomyces sp. KKM SSC WB "Vector" No. Y-1036, Bacillus sp. KKM SSC WB "Vector" No. B-1040, Bacillus sp. KKM SSC WB "Vector" No. B-1039, Enterobacter sp. KKM SSC WB "Vector" No. В-1038. The composition also includes protectors (sucrose, agarose and gelatin). The working range of the drug: temperature - from + 1 ° C to + 41 ° C (optimum 7-27 C); pH 4.5-9.0, salinity up to 7%.

Микробная ассоциация подобрана для утилизации нефти в умеренном и холодном климате. Недостатком препарата при использовании его в жарком климате является малая эффективность при повышении температуры.The microbial association is selected for the disposal of oil in temperate and cold climates. The disadvantage of the drug when used in hot climates is its low efficiency with increasing temperature.

Известен препарат «Олеоворин» (Приказ Госкомэкологии РФ ОТ 02.04.97 №139 об утверждении заключения экспертной комиссии государственной экологической экспертизы материалов экологического обоснования технических условий (ТУ) на препарат бактериальный «Олеоворин»). Препарат «Олеоворин» разработан на основе выделенных из природного биоценоза бактериальных штаммов рода Acinetobacter oleovorum (штаммы ВСБ-712 и ВСБ-568), обладающих окислительной активностью по отношению к нефти и нефтепродуктам. В ТУ препарата указано, что «Олеоворин» активен при утилизации моно- и полиароматических углеводородов. Патент на препарат «Олеоворин» отсутствует.The known drug "Oleovorin" (Order of the Goskomekologiya RF dated 04/02/97 No. 139 on the approval of the conclusion of the expert commission of the state environmental review of materials for environmental substantiation of technical conditions (TU) on the bacterial drug "Oleovorin"). The drug "Oleovorin" was developed on the basis of bacterial strains of the genus Acinetobacter oleovorum isolated from a natural biocenosis (strains VSB-712 and VSB-568), which have oxidative activity in relation to oil and oil products. The technical specifications of the preparation indicate that Oleovorin is active in the disposal of mono- and polyaromatic hydrocarbons. There is no patent for Oleovorin.

Недостатком биопрепарата является его низкая активность в отношении алканов, которые составляют до 70% всех углеводородов нефти. Кроме того, использование в препарате двух близкородственных штаммов приближает его свойства к препаратам на основе монокультур.The disadvantage of a biological product is its low activity against alkanes, which make up up to 70% of all oil hydrocarbons. In addition, the use of two closely related strains in a preparation brings its properties closer to monoculture based preparations.

В патенте на изобретение №2014286 (Биттеева М.Б. с соавт., 1994) предлагается использовать термотолерантные ассоциативные штаммы бактерий Mycococcus lactis ВСБ-574 и ВСБ-Д-5 для очистки водной поверхности и емкостей от нефтепродуктов, а также сточных вод, содержащих нефтепродукты. Штаммы культивировали при 40-42°C, рН среды 6.8-7.0, на минеральной среде N9 (состав, на 1 л: NH4H2PO4 - 10 г, K2HPO4 - 10 г, MgSO4 - 0.7 г, микроэлементы Fe2(SO4)3 - 12.5 мг, ZnSO4 - 12.5 мг, MnSO4 - 12.5 мг, CuSO4 - 3 мг). В качестве источника углерода использовали моторное масло, нефтепродукт с осмоленным осадком в концентрации 0,5 об. %, депарафинизат дизельного топлива в концентрации 10 об. %.In the patent for invention No. 2014286 (Bitteeva MB et al., 1994) it is proposed to use the thermotolerant associative strains of bacteria Mycococcus lactis VSB-574 and VSB-D-5 for cleaning the water surface and tanks from oil products, as well as wastewater containing petroleum products. The strains were cultured at 40-42 ° C, pH 6.8-7.0, on mineral medium N9 (composition, 1 l: NH 4 H 2 PO 4 - 10 g, K 2 HPO 4 - 10 g, MgSO 4 - 0.7 g, trace elements Fe 2 (SO 4 ) 3 - 12.5 mg, ZnSO 4 - 12.5 mg, MnSO 4 - 12.5 mg, CuSO 4 - 3 mg). As a carbon source used engine oil, oil with tarred sediment in a concentration of 0.5 vol. %, dewaxing of diesel fuel at a concentration of 10 vol. %

Применение близкородственных штаммов приближает свойства препарата к монокультуре. Низкие используемые концентрации загрязнителей в испытаниях позволяют предположить, что эффективность такого препарата может снижаться при повышении содержания нефтепродуктов в среде культивирования.The use of closely related strains brings the properties of the drug closer to monoculture. The low used concentrations of pollutants in the tests suggest that the effectiveness of such a drug may decrease with an increase in the content of petroleum products in the culture medium.

Известен биопрепарат «Деворойл» (патент РФ №2023686, C02F 3/34, 1994.11.30), разработанный на основе консорциума штаммов микроорганизмов: Rhodococcus erytropolis 367-2, Rhodococcus maris 367-5, Rhodococcus erytropolis 367-6, Pseudomonas stutzeri 367-1, Candida lipolytica 367-3. Микроорганизмы, входящие в препарат, способны к росту и деструкции углеводородов в широком диапазоне солености (от 0,05% до 15%). Рабочий температурный диапазон составляет от +5°C до +40°C.Known biological product "Devoroil" (RF patent No. 2023686, C02F 3/34, 1994.11.30), developed on the basis of a consortium of microorganism strains: Rhodococcus erytropolis 367-2, Rhodococcus maris 367-5, Rhodococcus erytropolis 367-6, Pseudomonas stutzeri 367-6 1, Candida lipolytica 367-3. The microorganisms included in the preparation are capable of growth and destruction of hydrocarbons in a wide range of salinity (from 0.05% to 15%). The operating temperature range is + 5 ° C to + 40 ° C.

Недостатком препарата «Деворойл» является неспособность утилизации углеводородов микроорганизмами при температурах выше 40°C.The disadvantage of Devoroil is the inability to utilize hydrocarbons by microorganisms at temperatures above 40 ° C.

Наиболее близким аналогом предлагаемого микробного консорциума для ремедиации грунтов и вод в жарком климате является биопрепарат «Микрозим Петротрит», разработка РСЭ Трейдинг (Москва), санитарно-эпидемиологическое заключение №77.99.02.515.Д.001102.03.05 от 11.03.2005. Однако патент на препарат отсутствует. В состав «Микрозима» входит консорциум микроорганизмов родов Bacillus sp., Atherobacter sp., Nocardia sp., Rhodococcus sp., Pseudomonas sp., соли, носитель; количество жизнеспособных клеток в препарате предполагается 1012 КОЕ/г. В качестве носителя используется кукурузная мука. «Микрозим» может быть использован вместе с подкормкой «Нутризим». Рабочий диапазон препарата: температура от +5°C до +50°C (оптимум от +10°C до +40°C), рН 4-10.The closest analogue of the proposed microbial consortium for remediation of soils and water in hot climates is the biological product "Mikrozim Petrotrit", developed by RSE Trading (Moscow), sanitary and epidemiological conclusion No. 77.99.02.515.D.001102.03.05 of 03/11/2005. However, there is no patent for the drug. The composition of "Microzyme" includes a consortium of microorganisms of the genera Bacillus sp., Atherobacter sp., Nocardia sp., Rhodococcus sp., Pseudomonas sp., Salts, carrier; the number of viable cells in the preparation is assumed to be 10 12 CFU / g. Corn flour is used as a carrier. “Microzyme” can be used with Nutrizim top dressing. Working range of the drug: temperature from + 5 ° C to + 50 ° C (optimum from + 10 ° C to + 40 ° C), pH 4-10.

Недостатком препарата «Микрозим Петротрит» является большое количество (12 штаммов) используемых микроорганизмов, что существенно осложняет технологию его получения и повышает затраты на его производство и наработку биомассы.The disadvantage of the drug “Microzym Petrotrit” is a large number (12 strains) of microorganisms used, which significantly complicates the technology for its production and increases the cost of its production and biomass production.

Несмотря на присутствие на российском рынке биопрепаратов с рабочим температурным пределом около 50°C, по находящейся в открытом доступе информации, их применение в основном рассчитано на умеренный или даже холодный климат. Отсутствует информация об испытаниях этих препаратов в условиях повышенных температур.Despite the presence on the Russian market of biological products with a working temperature limit of about 50 ° C, according to publicly available information, their use is mainly designed for moderate or even cold climates. There is no information on testing these drugs at elevated temperatures.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей разработки является создание эффективного микробного консорциума для очистки от нефти грунтов и вод как при умеренных, так и при повышенных (до 50°C) температурах. Решение задачи достигается посредством использования термотолерантных бактерий, способных утилизировать нефть в диапазоне температур 20-50°C, что делает их перспективными агентами ремедиации нефтезагрязненных грунтов и вод в регионах с жарким климатом.The development task is to create an effective microbial consortium for cleaning soil and water from oil both at moderate and elevated (up to 50 ° C) temperatures. The solution to the problem is achieved through the use of thermo-tolerant bacteria capable of utilizing oil in the temperature range of 20-50 ° C, which makes them promising agents for the remediation of oil-contaminated soils and waters in regions with a hot climate.

Принимая во внимание высокие скорости испарения воды при повышенных температурах и, как следствие, засоленность грунтов и водных экосистем, при разработке консорциума были использованы микроорганизмы, способные утилизировать углеводороды в присутствии соли в среде (до 7%) и при низком уровне влажности (около 10%).Taking into account the high rates of water evaporation at elevated temperatures and, as a consequence, the salinity of soils and aquatic ecosystems, the consortium was developed using microorganisms capable of utilizing hydrocarbons in the presence of salt in the medium (up to 7%) and at low humidity (about 10% )

В состав консорциума входят бактерии-деструкторы как алифатической, так и ароматической фракций нефти. Использование бактерий, способных к деградации широкого спектра субстратов, обеспечивает более эффективное удаление нефти из грунтов и водных экосистем. Эффективность разработанного консорциума бактерий при удалении углеводородов нефти в грунте и воде была подтверждена с помощью модельных экспериментов как при нормальной (24°C), так и при повышенной (45°C) температуре. При культивировании в жидкой среде с 2% нефти и 3% соли консорциум обеспечивает деструкцию 68% углеводородов при 24°C и 38% углеводородов при 45°C за 14 суток. В процессе деструкции нефти в грунте консорциумом было утилизировано 70% нефти при 24°C и 59% нефти при 45°C (исходная концентрация нефти 2%, соленость 3%, влажность грунта 10%) за 21 сутки.The consortium includes bacteria-destructors of both aliphatic and aromatic fractions of oil. The use of bacteria capable of degradation of a wide range of substrates provides a more efficient removal of oil from soils and aquatic ecosystems. The effectiveness of the developed consortium of bacteria in the removal of oil hydrocarbons in soil and water was confirmed using model experiments both at normal (24 ° C) and elevated (45 ° C) temperatures. When cultured in a liquid medium with 2% oil and 3% salt, the consortium provides the destruction of 68% hydrocarbons at 24 ° C and 38% hydrocarbons at 45 ° C for 14 days. In the process of oil destruction in soil, the consortium utilized 70% of oil at 24 ° C and 59% of oil at 45 ° C (initial oil concentration of 2%, salinity of 3%, soil moisture of 10%) for 21 days.

Разработанный микробный консорциум может быть использован в ходе мероприятий по восстановлению нефтезагрязненных грунтов и вод, ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в регионах с жарким климатом.The developed microbial consortium can be used in the course of restoration of oil-contaminated soils and water, and the elimination of the consequences of emergency oil and oil products spills in regions with a hot climate.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Изобретение представлено консорциумом термотолерантных микроорганизмов-нефтедеструкторов и может быть применено при ремедиации нефтезагрязненных грунтов и вод в регионах с жарким климатом. Консорциум составлен из одного штамма бактерий рода Gordonia и двух штаммов бактерий рода Rhodococcus, эффективен в диапазоне температур 20-50°C, максимальная рабочая температура консорциума составляет 53°C. Применение консорциума возможно также в засоленных (до 7%) грунтах и водах.The invention is presented by a consortium of thermotolerant microorganisms-oil destructors and can be used in remediation of oil-contaminated soils and waters in regions with a hot climate. The consortium is composed of one strain of bacteria of the genus Gordonia and two strains of bacteria of the genus Rhodococcus, is effective in the temperature range of 20-50 ° C, the maximum working temperature of the consortium is 53 ° C. The consortium can also be used in saline (up to 7%) soils and waters.

Эффективность изобретения при удалении углеводородов нефти в грунте и воде была подтверждена с помощью модельных экспериментов как при нормальной (24°C), так и при повышенной (45°C) температуре.The effectiveness of the invention in the removal of oil hydrocarbons in soil and water was confirmed by model experiments both at normal (24 ° C) and at elevated (45 ° C) temperatures.

При моделировании водных и грунтовых сред показано, что консорциум трех штаммов утилизировал нефть более эффективно, чем индивидуальные культуры. Возможность использования и эффективность предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.When modeling water and ground media, it was shown that a consortium of three strains utilized oil more efficiently than individual crops. The possibility of use and effectiveness of the invention is confirmed by the following examples.

Пример 1. Контроль абиотической убыли нефти в водных системах.Example 1. Monitoring abiotic loss of oil in aqueous systems.

В жидкую минеральную среду Эванса или стерильную водопроводную воду вносят морскую соль до конечной концентрации 3% и нефть до конечной концентрации 2%. Модельные системы закрывают для исключения попадания посторонней микрофлоры, однако негерметично, чтобы обеспечить испарение, непрерывно перемешивают в ходе всего эксперимента. Опыт проводят как при 24°C, так и при 45°C. По окончании 14 суток эксперимента измеряют остаточную концентрацию углеводородов в образцах методом ИК-спектроскопии с помощью анализатора нефтепродуктов АН-2 в соответствии с РД 52.24.476-2007 «Массовая концентрация нефтепродуктов в водах. Методика выполнения измерений ИК-фотометрическим методом», после чего и оценивают абиотическую убыль в системах без микроорганизмов.Sea salt to a final concentration of 3% and oil to a final concentration of 2% are added to the Evans liquid mineral medium or sterile tap water. Model systems are closed to prevent the ingress of extraneous microflora, however, they are continuously leaked continuously to ensure evaporation, during the whole experiment. The experiment is carried out both at 24 ° C and at 45 ° C. At the end of the 14th day of the experiment, the residual concentration of hydrocarbons in the samples is measured by IR spectroscopy using an AN-2 oil analyzer in accordance with RD 52.24.476-2007 “Mass concentration of oil products in waters. The measurement technique using the IR-photometric method ", after which they evaluate abiotic decrease in systems without microorganisms.

Абиотическая убыль нефти в эксперименте при температурах 24°C и 45°C составила 6% и 11% соответственно через 14 суток.The abiotic loss of oil in the experiment at 24 ° C and 45 ° C was 6% and 11%, respectively, after 14 days.

Пример 2. Деструкция нефти микроорганизмами в водных системах.Example 2. The destruction of oil by microorganisms in aqueous systems.

Подготовку систем осуществляют по той же схеме, что и в Примере 1. Эксперимент проводят как с монокультурами микроорганизмов, так и с консорциумом:The systems are prepared according to the same scheme as in Example 1. The experiment is carried out both with monocultures of microorganisms and with a consortium:

а) клеточную суспензию штамма Gordonia amicalis ВКМ Ас-2720 Д;a) a cell suspension of a strain of Gordonia amicalis VKM Ac-2720 D;

б) клеточную суспензию штамма Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2722 Д;b) a cell suspension of a strain of Rhodococcus erythropolis VKM Ac-2722 D;

в) клеточную суспензию штамма Rhodococcus pyridinivorans ВКМ Ас-2721 Д;c) a cell suspension of a strain of Rhodococcus pyridinivorans VKM Ac-2721 D;

г) консорциум трех штаммов в соотношении 1:1:1.d) a consortium of three strains in a ratio of 1: 1: 1.

Численность микроорганизмов в опыте должна быть не менее 1×104 КОЕ/г грунта (1×104 КОЕ/мл воды). Для получения консорциума монокультуры выращивают отдельно, затем готовят суспензии монокультур с концентрацией клеток не менее 1×104 КОЕ/мл и смешивают их в равных соотношениях.The number of microorganisms in the experiment should be at least 1 × 10 4 CFU / g of soil (1 × 10 4 CFU / ml of water). To obtain a consortium, monocultures are grown separately, then monoculture suspensions are prepared with a cell concentration of at least 1 × 10 4 CFU / ml and mixed in equal proportions.

Опыт проводят параллельно при 24°C и 45°C. По окончании эксперимента измеряют остаточную концентрацию углеводородов в образцах и оценивают абиотическую убыль в системах без микроорганизмов.The experiment is carried out in parallel at 24 ° C and 45 ° C. At the end of the experiment, the residual concentration of hydrocarbons in the samples is measured and abiotic loss is estimated in systems without microorganisms.

На Фиг. 1 приведены результаты очистки - показана степень микробной деструкции нефти штаммами G. amicalis ВКМ Ас-2720 Д, R. erythropolis ВКМ Ас-2722 Д, R. pyridinivorans ВКМ Ас-2721 Д и консорциумом, составленным из этих трех штаммов, в водных модельных системах за вычетом абиотической убыли. Абиотическая убыль нефти через 14 суток при температурах 24°C и 45°C составила 6% и 11%, соответственно. В жидкой среде культивирования с 2% нефти и 3% соли консорциум обеспечивает 68% деструкции при 24°C и 38% деструкции при 45°C за 14 суток.In FIG. 1 shows the results of purification - the degree of microbial degradation of oil by G. amicalis VKM As-2720 D, R. erythropolis VKM As-2722 D, R. pyridinivorans VKM As-2721 D strains and a consortium composed of these three strains in water model systems is shown net of abiotic attrition. Abiotic oil loss after 14 days at 24 ° C and 45 ° C was 6% and 11%, respectively. In a liquid cultivation medium with 2% oil and 3% salt, the consortium provides 68% destruction at 24 ° C and 38% destruction at 45 ° C for 14 days.

Пример 3. Контроль абиотической убыли нефти в грунтовых системах.Example 3. Monitoring abiotic loss of oil in soil systems.

В стерильный песок вносят морскую соль до конечной концентрации 3%, нефть до конечной концентрации 2% и стерильную жидкую минеральную среду или водопроводную воду до конечной концентрации 10%. Системы с песком закрывают для исключения попадания посторонней микрофлоры, однако негерметично, чтобы обеспечить испарение, и рыхлят каждые 3-4 дня в ходе всего эксперимента. Опыт проводят как при 24°C, так и при 45°C. По окончании эксперимента измеряют остаточную концентрацию углеводородов методом ИК-спектроскопии с помощью анализатора нефтепродуктов АН-2 в соответствии с МУК 4.1.1956-05 «Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии», после чего оценивают абиотическую убыль в системах без микроорганизмов.In sterile sand, sea salt is added to a final concentration of 3%, oil to a final concentration of 2%, and sterile liquid mineral medium or tap water to a final concentration of 10%. Systems with sand are closed to prevent the ingress of extraneous microflora, however, it is leaky to ensure evaporation, and they are loosened every 3-4 days during the entire experiment. The experiment is carried out both at 24 ° C and at 45 ° C. At the end of the experiment, the residual concentration of hydrocarbons is measured by IR spectroscopy using an AN-2 oil analyzer in accordance with MUK 4.1.1956-05 "Determination of oil concentration in the soil by infrared spectrophotometry", after which the abiotic loss in systems without microorganisms is evaluated.

Пример 4. Деструкция нефти микроорганизмами в грунтовых системахExample 4. The destruction of oil by microorganisms in soil systems

Подготовку систем проводят по той же схеме, что и в Примере 3. Эксперимент проводят как с монокультурами микроорганизмов, так и с консорциумом. Варианты систем описаны в Примере 2. Численность микроорганизмов в опыте должна быть не менее 1×104 КОЕ/г грунта (1×104 КОЕ/мл). Для получения консорциума монокультуры выращивают отдельно, затем готовят суспензии монокультур с концентрацией клеток 1×104 КОЕ/мл и смешивают их в равных соотношениях.The preparation of the systems is carried out according to the same scheme as in Example 3. The experiment is carried out both with monocultures of microorganisms and with a consortium. The system options are described in Example 2. The number of microorganisms in the experiment should be at least 1 × 10 4 CFU / g of soil (1 × 10 4 CFU / ml). To obtain a consortium, monocultures are grown separately, then monoculture suspensions are prepared with a cell concentration of 1 × 10 4 CFU / ml and mixed in equal proportions.

Опыт проводят параллельно при 24°C и 45°C. По окончании эксперимента измеряют остаточную концентрацию углеводородов в образцах и оценивают абиотическую убыль в системах без микроорганизмов.The experiment is carried out in parallel at 24 ° C and 45 ° C. At the end of the experiment, the residual concentration of hydrocarbons in the samples is measured and abiotic loss is estimated in systems without microorganisms.

На Фиг. 2 приведены результаты очистки - показана степень микробной деструкции нефти штаммами G. amicalis ВКМ Ас-2720 Д, R. erythropolis ВКМ Ас-2722 Д, R. pyridinivorans ВКМ Ас-2721 Д и консорциумом, составленным из этих трех штаммов, в грунте за вычетом абиотической убыли. Абиотическая убыль нефти через 21 сутки при температурах 24°C и 45°C составила 20% и 33%, соответственно. В процессе деструкции нефти в грунте консорциумом было утилизировано 70 и 59% нефти (при температурах 24°C и 45°C соответственно) при исходной концентрации нефти 2%, солености 3% и влажности 10% за 21 сутки.In FIG. 2 shows the cleaning results - the degree of microbial degradation of oil by G. amicalis VKM As-2720 D, R. erythropolis VKM As-2722 D, R. pyridinivorans VKM As-2721 D strains and a consortium composed of these three strains in the soil minus abiotic attrition. Abiotic oil loss after 21 days at 24 ° C and 45 ° C was 20% and 33%, respectively. In the process of oil destruction in the soil, the consortium disposed of 70 and 59% of oil (at temperatures of 24 ° C and 45 ° C, respectively) at an initial oil concentration of 2%, salinity of 3%, and humidity of 10% in 21 days.

Claims (1)

Консорциум бактериальных штаммов Gordonia amicalis ВКМ Ас-2720 Д, Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2722 Д, Rhodococcus pyridinivorans ВКМ Ас-2721 Д для деструкции нефти и нефтепродуктов в грунтах и водах в регионах с жарким климатом, характеризующийся тем, что способен утилизировать нефть и нефтепродукты в диапазоне температур 20-50°С и при солёности среды до 7%, в диапазоне pH 6-8, при влажности грунта около 10% и концентрации нефти в грунте/воде до 10%.A consortium of bacterial strains of Gordonia amicalis VKM Ac-2720 D, Rhodococcus erythropolis VKM Ac-2722 D, Rhodococcus pyridinivorans VKM Ac-2721 D for the destruction of oil and oil products in soils and waters in regions with a hot climate, characterized by the fact that it is able to utilize oil and in the temperature range of 20-50 ° C and with salinity of up to 7%, in the pH range of 6-8, with soil moisture of about 10% and oil concentration in soil / water up to 10%.
RU2015143402A 2015-10-13 2015-10-13 Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates RU2617941C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143402A RU2617941C2 (en) 2015-10-13 2015-10-13 Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143402A RU2617941C2 (en) 2015-10-13 2015-10-13 Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015143402A RU2015143402A (en) 2017-04-19
RU2617941C2 true RU2617941C2 (en) 2017-04-28

Family

ID=58641789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015143402A RU2617941C2 (en) 2015-10-13 2015-10-13 Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617941C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697317C1 (en) * 2018-11-15 2019-08-13 Общество С Ограниченной Ответственностью "Арктический Научно-Проектный Центр Шельфовых Разработок" Microbial preparation for recycling hydrocarbon contaminants

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312891C1 (en) * 2006-03-10 2007-12-20 Андрей Евгеньевич Филонов Bioemulgator-producing association microorganism strains for degradation of petroleum and petroleum products in soil, fresh and sea water
RU2365438C2 (en) * 2006-06-21 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" Biopreparation for soil and water purification from oil and oil products
RU2489485C1 (en) * 2012-08-14 2013-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт" (ФГУП "ВНИГРИ") STRAIN Rhodococcus Erythropolis, USED FOR DECOMPOSITION OF OIL

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312891C1 (en) * 2006-03-10 2007-12-20 Андрей Евгеньевич Филонов Bioemulgator-producing association microorganism strains for degradation of petroleum and petroleum products in soil, fresh and sea water
RU2365438C2 (en) * 2006-06-21 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" Biopreparation for soil and water purification from oil and oil products
RU2489485C1 (en) * 2012-08-14 2013-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт" (ФГУП "ВНИГРИ") STRAIN Rhodococcus Erythropolis, USED FOR DECOMPOSITION OF OIL

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕТРОВА А.А., ИВАНОВА А.А. и др., Сравнительная эффективность деградации нефтепродуктов консорциумом плазмидсодержащих штаммов деструкторов и биопрепаратами "Микробак" и "Биоойл", Известия Тульского Государственного Университета. Естественные науки, 2013, вып. 2 ч.1, стр. 258-272. ХОМЕНКО Л.А., НОГИНА Т.М., Штаммы углеводородокисляющих актинобактерий- перспективные продуценты поверхностно- активных веществ, Материалы Международной Научной Конференции "Достижения и перспективы развития биотехнологии" 3-5 октября 2012, стр. 154. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697317C1 (en) * 2018-11-15 2019-08-13 Общество С Ограниченной Ответственностью "Арктический Научно-Проектный Центр Шельфовых Разработок" Microbial preparation for recycling hydrocarbon contaminants

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015143402A (en) 2017-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yemashova et al. Biodeterioration of crude oil and oil derived products: a review
Hassanshahian et al. Bioremediation (bioaugmentation/biostimulation) trials of oil polluted seawater: a mesocosm simulation study
Jain et al. Biotechnology of bioremediation-a review
Pi et al. Bioremediation of the oil spill polluted marine intertidal zone and its toxicity effect on microalgae
Ansari et al. Study the microbial communities’ changes in desert and farmland soil after crude oil pollution
Darmayati et al. The effect of biostimulation and biostimulation-bioaugmentation on biodegradation of oil-pollution on sandy beaches using mesocosms
Kardena et al. Biological treatment of synthetic oilfield-produced water in activated sludge using a consortium of endogenous bacteria isolated from a tropical area
Shaieb et al. Studies on crude oil degrading bacteria isolated from Libyan desert
CN101962230A (en) Method for preparing biological expanded graphite for in-situ repair of petroleum polluted water body
Narmanova et al. Biological products for soil and water purification from oil and petroleum products
Wemedo et al. Biodegradation potential of bacteria isolated from crude oil polluted site in South South, Nigeria
Otitoju et al. Enzyme–based assay for toxicological evaluation of soil ecosystem polluted with spent engine oil
RU2617941C2 (en) Thermotolerant bacterial strains consortium for oil and oil products degradation in soil and waters in hot climates
Ule et al. Myco-enhanced Bioremediation in Open Field Crude Oil Contaminated Soil Using Mucor racemosus and Aspergillus niger
Al-Hadithi et al. Bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons by Acinetobacter species isolated from ecological sources
RU2553337C2 (en) Rhodococcus erythropolis STRAIN FOR CLEANING WATER, SOIL, COASTAL AREAS AND BOTTOM SEDIMENTS FROM OIL AND OIL PRODUCTS
RU2093478C1 (en) Method of water and soil treatment from oil, petroleum products and polymeric additions in drilling fluid
Sunar et al. The effectiveness of bioremediation treatment for diesel-soil contamination
Ogbonna et al. Percentage bioremediation assessment of spent mushroom substrate (SMS) and mucor racemosus in hydrocarbon contaminated soil
Yasin et al. Bioremediation of polluted water with crude oil in South Baghdad power plant
Tusief et al. Bioremediation of textile wastewater through floating treatment wetland system.
RU2311237C1 (en) Method for microbiological treatment of oil slimes and ground polluted with petroleum derivatives (variants)
Ogbonna Seasonal dynamics of microbial population and physicochemical characteristics of a water body receiving industrial pollutants in Port Harcourt, Nigeria
Feknous et al. Isolation characterization and growth of locally isolated hydrocarbonoclastic marine bacteria (eastern Algerian coast)
Peyton et al. Biotransformation of toxic organic and inorganic contaminants by halophilic bacteria