RU2815865C1 - Биоремедиационный способ очистки техноземов от тяжелых металлов с использованием микробно-растительной ассоциации - Google Patents
Биоремедиационный способ очистки техноземов от тяжелых металлов с использованием микробно-растительной ассоциации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815865C1 RU2815865C1 RU2022128777A RU2022128777A RU2815865C1 RU 2815865 C1 RU2815865 C1 RU 2815865C1 RU 2022128777 A RU2022128777 A RU 2022128777A RU 2022128777 A RU2022128777 A RU 2022128777A RU 2815865 C1 RU2815865 C1 RU 2815865C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microbial
- heavy metals
- seeds
- vkpm
- technosols
- Prior art date
Links
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 44
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 15
- 241000881862 Paenibacillus edaphicus Species 0.000 claims abstract description 12
- 241000881860 Paenibacillus mucilaginosus Species 0.000 claims abstract description 12
- 239000007633 bacillus mucilaginosus Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000013526 red clover Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 7
- 244000005706 microflora Species 0.000 claims description 4
- 238000009331 sowing Methods 0.000 claims description 4
- 241000379547 Trifolium medium Species 0.000 claims description 3
- 235000015724 Trifolium pratense Nutrition 0.000 abstract description 15
- 240000002913 Trifolium pratense Species 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 17
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 15
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 14
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 5
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 3
- FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N Benz[a]pyrene Chemical compound C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical class [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 240000004658 Medicago sativa Species 0.000 description 2
- 235000017587 Medicago sativa ssp. sativa Nutrition 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 2
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009933 reproductive health Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloroethane Chemical compound CC(Cl)Cl SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004507 Abelmoschus esculentus Species 0.000 description 1
- 241000588625 Acinetobacter sp. Species 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000186074 Arthrobacter globiformis Species 0.000 description 1
- 241000208838 Asteraceae Species 0.000 description 1
- 241001645380 Bassia scoparia Species 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 241000206672 Gelidium Species 0.000 description 1
- 241000588754 Klebsiella sp. Species 0.000 description 1
- 241000222451 Lentinus tigrinus Species 0.000 description 1
- 241000736262 Microbiota Species 0.000 description 1
- 101000678274 Micrurus corallinus Alpha-neurotoxin homolog 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000822878 Micrurus corallinus Alpha-neurotoxin homolog 7 Proteins 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000235575 Mortierella Species 0.000 description 1
- 241000306281 Mucor ambiguus Species 0.000 description 1
- 241000228150 Penicillium chrysogenum Species 0.000 description 1
- 241000589774 Pseudomonas sp. Species 0.000 description 1
- 241001008593 Pseudonocardia carboxydivorans Species 0.000 description 1
- 241000589157 Rhizobiales Species 0.000 description 1
- 241000316848 Rhodococcus <scale insect> Species 0.000 description 1
- 241000187561 Rhodococcus erythropolis Species 0.000 description 1
- 241000322347 Schizophyllum fasciatum Species 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000983364 Stenotrophomonas sp. Species 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001460073 Trichoderma asperellum Species 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 241000307523 Xenostegia media Species 0.000 description 1
- 238000003914 acid mine drainage Methods 0.000 description 1
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001350 alkyl halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000424 bronchial epithelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- JNTHRSHGARDABO-UHFFFAOYSA-N dibenzo[a,l]pyrene Chemical compound C1=CC=CC2=C3C4=CC=CC=C4C=C(C=C4)C3=C3C4=CC=CC3=C21 JNTHRSHGARDABO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N iron (II) ion Substances [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 235000021374 legumes Nutrition 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 1
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000009343 monoculture Methods 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 231100000816 toxic dose Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области биотехнологии и представляет собой способ очистки загрязненных техноземов с использованием микробно-растительной ассоциации, который может быть использован на биологическом этапе очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами. При реализации способа производят засев техноземов симбиотической микробно-растительной ассоциацией, включающей семена клевера лугового Trifolium pratense L. и консорциум микроорганизмов, проявляющих устойчивость к действию тяжелых металлов, Bacillus edaphicus ВКПМ В-7517 и Bacillus mucilaginosus ВКПМ В-7519, причем ассоциация взята из расчета 1,5 л рабочего раствора с концентрацией клеток 1×106-1×107 КОЕ/мл на 1 кг семян, при расходе 19-20 кг семян/га. Техническим результатом изобретения является снижение концентрации тяжелых металлов в почвах техногенно нарушенных территорий. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области биотехнологии и представляет собой способ очистки загрязненных техноземов с использованием микробно-растительной ассоциации, который может быть использован на биологическом этапе очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами.
Тяжелые металлы являются одними из наиболее опасных элементов, загрязняющих почву в результате ряда естественных и антропогенных воздействий. Твердые промышленные отходы, внутренние стоки, побочные продукты горнодобывающей промышленности являются одними из основных источников тяжелых металлов.
Техногенное загрязнение окружающей среды при добыче угля вызвано высокой концентрацией химических элементов, которые попадают в верхние слои почвы с извлекаемыми из недр породами. Уголь обладает богатым химическим составом, в нем содержится свыше 30 химических элементов [1]. Особенно важную роль играют процессы окисления сульфидов железа и других металлов, содержащихся в отвалах вскрышных пород. В результате чего резко увеличиваются минерализация и содержание сульфатов в водах и почвах, рН почв снижается, меняются условия миграции химических элементов [2-5].
Образующиеся при добыче угля отвалы содержат уголь и минералы, в основном сульфиды (пирит и сфалерит), алюмосиликаты, карбонаты и другие богатые микроэлементами минералы [6]. Выщелачивание угольных отходов является основным путем поступления микроэлементов в окружающую среду. Например, сульфиды железа легко окисляются бактериями [7]. Интенсивное окисление пирита находит отражение в кислых шахтных дренажах угольных отходов. Когда пирит реагирует с водой и кислородом, образуются серная кислота (H2SO4) и свободные ионы водорода (Н+), подкисляющие воду. Последующее подкисление вод связано со скоростью, с которой ионы железа (II) окисляются кислородом в зависимости от рН [6].
Добыча полезных ископаемых, является причиной загрязнения почв ароматическими соединениями, тяжелыми металлами (ТМ), редкоземельными элементами, гетероциклическими соединениями (пиридином, фураном, тиофеном), галогеналканами, такими как дихлорметан и дихлорэтан, и другими вредными веществами. Многие тяжелые металлы опасны, поскольку накапливаются в почве, воздухе и воде, оказывая серьезное воздействие на окружающую среду [8].
В результате добычи угля и руд почва загрязняется такими микроэлементами как ртуть, мышьяк, свинец, селен, молибден, ванадий, бор, медь, никель, цинк, марганец, хром, кадмий, кобальт, олово и бериллий. Обычно ТМ встречаются в поверхностных почвах загрязненных добычей полезных ископаемых [9].
В этих условиях биоремедиация считается более благоприятным подходом, чем традиционные методы обработки загрязненных земель, поскольку традиционно используемые физические и химические методы ремедиации являются дорогостоящими и в то же время производят большое количество токсичных промежуточных продуктов [10].
На законодательном уровне установлено, что все нарушенные в процессе угледобычи земли должны быть подвергнуты обязательной процедуре рекультивации [11]. Наиболее перспективным методом восстановления нарушенных почв является биоремедиация с использованием растительно-микробных ассоциаций.
Область поиска направлена на известные способы и технологии получения микробных биопрепаратов для рекультивации техногенно нарушенных ландшафтов на основе микроорганизмов, устойчивых к действию тяжелых металлов. Микробная биоремедиация является экологически безопасным, рентабельным и устойчивым методом очистки загрязненных почв.
Известен метод рекультивации нарушенных земель с применение микроорганизмов (патент CN №109174935, опубл. 11.01.2019). Перед посадкой растений в почву вносят удобрение, состоящее из: древесного угля, органических веществ, лузги и гайцита в дозировке 2,0-2,5 кг/м2. После внесения вышеперечисленных веществ почву вспахивают и путем многократного полива вносят микробный агент: Mortierella, Trichoderma asperellum и Mucor circinelloides (дозировка составляет 15-20 г/м2). Далее высеивают бамию, люцерну и кохию обыкновенную. Сбор урожая проводят через 2-3 месяца. Метод применялся для рекультивации территории хвостохранилищ, содержащих отходы добычи железа.
Недостатком данного метода является высокая себестоимость, обусловленная большим количеством этапов технологического процесса, а также низкая вариабельность утилизируемых металлов.
В заявке на изобретение РФ №2020117034, опубл. 25.11.2021 предложен биопрепарат для очистки водных сред и почвогрунтов от нефти и нефтепродуктов, ТМ, радионуклидов и лигниновых компонентов. Биопрепарат включает бактериально-грибной комплекс, состоящий из основы, в качестве которой выступает мицелиальная масса грибов микромицета Penicillium chrysogenum F-1373 и/или базидиомицетов Panus tigrinus F-8/18 или Schizophyllum fasciatum F-499, и биомассы бактерий Rhodococcus erytropolis AC-1226 и/или Pseudonocardia carboxydivorans AC-2046 и/или бактерии Arthrobacter globiformis AC-1232, полученных выращиванием при раздельном культивировании и смешанных в комплексы по объему из биомассы монокультур бактерий и грибов при соотношении 3-10:1-5 соответственно и взятых в эффективном качестве с титром не менее 107 КОЕ/мл или с биомассой не менее 5 г/л.
Недостатком является то, что степень биодеградации нефтяных углеводородов определяется при этом только потенциалом интродуцированных в систему микроорганизмов-деструкторов. То есть потенциал аборигенной микробиоты, присутствующей в загрязненной нефтью или нефтепродуктами экосистеме, по биодеградации углеводородов остается неиспользованным, что снижает эффективность процесса биологической рекультивации. Также недостатком является высокая себестоимость биопрепарата.
Описано биоудобрение на основе угольной породы (патент CN №111011159, опубл. 17.04.20), в состав которого входят: 60 частей частиц угольной породы, 30 частей компоста из ила и 10 частей летучей золы, Acinetobacter sp. NXH1, Klebsiella sp. NXH2, Stenotrophomonas sp. NXH3 и Pseudomonas sp.XKS (данные штаммы устойчивы к действию тяжелых металлов). Вышеописанные штаммы способны проводить биодеструкцию следующих тяжелые металлов: цинка, меди, свинца, хрома, кадмия, никеля, ртути, мышьяка.
Недостатком данного биоудобрения является отсутствие в его составе ризобактерий, позволяющих растениям быстрее адаптироваться к грунту угольных отвалов.
В патенте РФ №2229203 опубл. 27.05.2004 рассмотрен фиторемедиационный способ очистки почв, включающий засев почвы семенами растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых в соотношении 1:1:1 в количестве 1,50-22,90 млн. шт./га с последующим многократным скашиванием их на стадии вегетационного периода, высушиванием и удалением с поверхности почвы. Фиторемедиационный способ очистки почв является экологически чистым и позволяет существенно снизить содержание тяжелых металлов в загрязненных почвах.
Недостатком данного способа является невысокая эффективность в восстановлении плодородия почв, особенно с высокотоксичными концентрациями ТМ (отвалы горных пород, территории вокруг промышленных предприятий, полигоны), и в повышении устойчивости растений к различным стрессам, включая токсичность тяжелых металлов.
Известен способ фиторемедиации почв, загрязненных углеводородами (патент РФ №2618096 опубл. 02.05.2017). Способ включает посев растений-фиторемедиантов (люцерны посевной и пшеницы озимой) и применение суспензии штамма микроорганизма - деструктора углеводородов (Rhodococcus erythropolis ВКМ Ас-2017Д), стимулирующего рост растений для ускорения скорости очистки почв на сильно загрязненных участках.
Существенным недостатком настоящего изобретения является ограниченная применимость данного метода на территориях, загрязненных тяжелыми металлами, так как основное действие микробно-растительной системы направлено на утилизацию углеводородов.
Указанное изобретение принято в качестве ближайшего аналога.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного технического решения, состоит в разработке эффективного способа биоремедиации техноземов угольных отвалов.
Техническим результатом, достигаемым при реализации разработанного способа, является снижение концентрации тяжелых металлов в почвах техногенно нарушенных территорий (техноземов).
Согласно изобретению настоящая задача решается за счет использования симбиотической микробно-растительной ассоциации, включающей клевер луговой и штаммы микроорганизмов, предпочтительно, выделенных из почв и проявляющих устойчивость к действию тяжелых металлов, Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519. При реализации разработанного способа производят засев техноземов симбиотической микробно-растительной ассоциацией, включающей семена клевера лугового Trifolium pratense L. и консорциум микроорганизмов, проявляющих устойчивость к действию тяжелых металлов, Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519, причем ассоциация взята из расчета 1,5 л рабочего раствора с концентрацией клеток 1×106-1×107 КОЕ/мл на 1 кг семян, при расходе 19-20 кг семян/га.
В предпочтительном варианте реализации разработанного способа используют консорциум микроорганизмов, выделенных из почв и проявляющих устойчивость к действию тяжелых металлов, Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519, в соотношении 1:1
В некоторых вариантах реализации используют микробную биомассу для микробно-растительной ассоциации, полученную на основе консорциума Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519 в соотношении 1:3 соответственно.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В работе использованы штаммы микроорганизмов из коллекции Национального биоресурсного центра ВКПМ НИЦ «Курчатовский институт» - Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519. Штаммы выделены из природных источников, а именно почвенной микрофлоры, и характеризуются устойчивостью к действию тяжелых металлов.
Штаммы культивируют при температуре 30°С в течение 24-48 ч в 9 мл питательной среды следующего состава: гидрофосфат натрия 24,0 г; дигидрофосфат калия 12,0 г; хлорид натрия 2,0 г; хлорид аммония 4,0 г; дистиллированная вода до 1 л; рН 7,2±0,2 [12]. Для подбора наиболее активного микробного компонента микробно-растительной ассоциации исследуют влияние чистых культур Bacillus edaphicus В-7517, Bacillus mucilaginosus В-7519 и консорциумов на их основе на всхожесть и выживаемость семян клевера лугового Trifolium pratense L.
Далее осуществляют наработку микробной биомассы консорциума В-7517 и В-7519 в соотношении 1:1 соответственно при температуре 25°С до концентрации клеток 1-4×106 КОЕ/мл на питательной среде следующего состава: гидрофосфат натрия 24,0 г; дигидрофосфат калия 12,0 г; хлорид натрия 2,0 г; хлорид аммония 4,0 г; вода до 1 л; рН 7,2±0,2.
Для концентрирования и дальнейшего хранения микробной биомассы культуральную жидкость центрифугируют при 9000 об/мин в течение 15 мин. Далее к осадку добавляют защитную среду в соотношении микробная биомасса: защитная среда, равном 1:1,5, замораживают при температуре -50°С в и сублимационно высушивают течение 24 часов. В качестве защитной среды используют среду М.М. Файбича [13] следующего состава: сахароза -100,0 г; желатин - 15,0 г; агар-агар - 0,1 г; вода дистиллированная до 1 л.
Для приготовления рабочего раствора микробной биомассы смешивают лиофилизированную биомассу и воду в соотношении 1:9 с получением концентрата, после чего концентрат разбавляют с водой в соотношении 1:100. Концентрация клеток в полученном рабочем растворе составляет 1×106-1×107 КОЕ/мл.
Полученным рабочим раствором микробной биомассы обрабатывают семена клевера лугового Trifolium pratense L. из расчета 1,5 л на 1 кг семян путем настаивания в течение 3-5 ч. На рекультивируемый технозем высевают в количестве 19-20 кг семян/га обработанные семена и выращивают растения по стандартным технологиям, применимым к клеверу луговому, конкретным почвенным условиям и климатическому региону.
Для исследования способности микробно-растительной ассоциации очищать почвы от тяжелых металлов осуществляют посев предварительно обработанных в рабочем растворе микробной биомассы семян клевера лугового Trifolium pratense L. в почву с добавлением солей тяжелых металлов (сернокислый магний, сернокислый марганец, сернокислая медь; сернокислый цинк; сернокислое железо) в концентрации 100 мг/кг почвы. В качестве критерия оценки используют остаточную концентрацию тяжелых металлов в почве после проведения рекультивационных работ с использованием микробно-растительной ассоциации.
Пример 2. Аналогичен примеру 1, но в данном случае микробную биомассу для микробно-растительной ассоциации получают на основе консорциума Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519 в соотношении 1:3 соответственно.
Пример 3. Аналогичен примеру 1, но рабочий раствор микробной биомассы используется для непосредственной обработки почвы, а именно орошения, в концентрации 1 л рабочего раствора на 10 м2 с последующим посевом необработанных семян клевера лугового Trifolium pratense L.
Пример 4. Аналогичен примеру 3, но в данном случае микробную биомассу для микробно-растительной ассоциации получают на основе консорциума Bacillus edaphicus В-7517 и Bacillus mucilaginosus В-7519 в соотношении 3:1 соответственно.
Для контроля анализируют необработанные микроорганизмами семена. Результаты всхожести и выживаемости семян представлены в таблице 1. По результатам исследования наибольшую активность на показатели роста клевера лугового, по сравнению с контрольными образцами семян без обработки микроорганизмами, оказывают консорциумы с соотношением исходных штаммов 1:1 по примеру 1 (всхожесть 91,3%; выживаемость 86,4%) и 1:3 по примеру 2 (всхожесть 89,1%, выживаемость 84,0%).
Результаты определения концентрации тяжелых металлов в почве представлены в таблице 2. Показано, что максимальные результаты характерны для способа биоремедиации по примеру 1 как по показателям всхожести и выживаемости семян клевера лугового Trifolium pratense L. (90,1 и 85,2% соответственно), так и по убыли концентрации металлов в почве (суммарный показатель убыли для всех металлов - 641,10 мг/кг).
Таблица 2 иллюстрирует достигнутый технический результат - снижение концентрации тяжелых металлов в техноземах.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить эффективный способ биоремедиации техноземов угольных отвалов на основе микробно-растительной ассоциации
Список литературы
1. Li, W. Environment and reproductive health in China: challenges and opportunities Environ. / W. Li, B. Chen, X. Ding // Health Persp. - 2012. - №5. - P. 184-185.
2. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment:An overview of principles and criteria of fundamental processes. / R. Dixit [et al.] // Ecology. 2015. V. 2 (7). P. 2189-2212. https://doi.org/10.3390/su7022189.
3. Li W., Chen В., Ding X. Environment and reproductive health in China: challenges and opportunities Environ. // Health Persp. - 2012. - V. 5. - P. 184-185.
4. Avgushkevich I.V., Sidoruk E.I., Bronovets T.M. Standard methods of coal tests // Coal Classification. - 2018. - 576 p.
5. Zhuravleva, E.V., Mikhailova E.S., Zhuravleva N.V., Ismagilov Z.R. Polycyclic aromatic hydrocarbons from coal in the objects of the environment // Chemistry for Sustainable Development. - 2020. - V. 28. - P. 318-325.
6. Effect of consortium bioaugmentation and biostimulation on remediation efficiency and bacterial diversity of diesel-contaminated aged soil / D.K. Chaudhary, R. Bajagain, S.W. Jeong, J. Kim // World J Microbiol Biotechnol. - 2021. - Vol. 37. - №3. - P. 46. https://lrnk.sprmger.com/article/10.1007/s11274-021-02999-3.
7. Heavy metal- and organic-matter pollution due to self-heating coal-waste dumps in the Upper Silesian Coal Basin (Poland) / A. Nadudvari, B. Kozielska, A. Abramowicz, M. Fabiahska, J. Ciesielczuk, J. Cabala, T. Krzykawski. // J Hazard Mater. - 2021. - Vol. 412 (15). - P. 125244. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125244.
8. A review of green remediation strategies for heavy metal contaminated soil / L. Wang, J. Rmklebe, F.M.G. Tack, D. Hou // Soil Use Manag. - 2021. - P. 1-28.
9. N.-.D. Dat, M.B. Chang Review on characteristics of PAHs in atmosphere, anthropogenic sources and control technologies// Sci. Total Environ. - 2017. - Vol. 609. - P. 682-693.
10. Chapter 12 - Microbial bioremediation: A promising approach to withstand heavy metal contamination in soil and its future possibilities / Romio Saha, Debjyoti Bandhu Banerjee, Sourav Manna, Saptadipa Banerjee // Synergistic Approaches for Bioremediation of Environmental Pollutants: Recent Advances and Challenges. - 2022. - P. 227-262. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91860-2.00018-X.
11. Comparative mechanisms of PAH toxicity by benzo[a]pyrene and dibenzo[def,p]chrysene in primary human bronchial epithelial cells cultured at air-liquid interface / Y. Chang [et al.] // Toxicology and Applied Pharmacology. - 2019. - V. 379.
12. Концевая, И.И. Микробиология: культивирование и рост бактерий / И.И. Концевая. - Чернигов: «Десна Полиграф»: 2017. - 44 с.
13. Грачева, И.В. Традиционные и новые защитные среды для низкотемпературной консервации бактерий / И.В. Грачева, Т.В. Валова, Г.В. Григорьева // Микробиология. - 2011. - №4. - С. 36-40.
Claims (3)
1. Биоремедиационный способ очистки техноземов от тяжелых металлов с использованием микробно-растительной ассоциации, включающий посев растений-фиторемедиантов и применение штаммов микроорганизмов, отличающийся тем, что производят засев техноземов симбиотической микробно-растительной ассоциацией, включающей семена клевера лугового Trifolium pratense L. и консорциум микроорганизмов Bacillus edaphicus ВКПМ B-7517 и Bacillus mucilaginosus ВКПМ B-7519, выделенных из почвенной микрофлоры, взятой из расчета 1,5 л рабочего раствора с концентрацией клеток 1×106-1×107 КОЕ/мл на 1 кг семян, при расходе 19-20 кг семян/га.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют консорциум микроорганизмов Bacillus edaphicus ВКПМ B-7517 и Bacillus mucilaginosus ВКПМ B-7519, выделенных из почвенной микрофлоры в соотношении 1:1.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют консорциум микроорганизмов Bacillus edaphicus ВКПМ B-7517 и Bacillus mucilaginosus ВКПМ B-7519, выделенных из почвенной микрофлоры в соотношении 1:3.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815865C1 true RU2815865C1 (ru) | 2024-03-22 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106903148A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-30 | 哈尔滨师范大学 | 利用枯草芽孢杆菌强化蔊菜修复钒矿污染土壤的方法 |
| RU2630237C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-09-06 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ рекультивации нарушенных земель |
| CN108311533A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-07-24 | 辽宁大学 | 利用生物质炭-植物-微生物联合修复土壤中重金属的方法 |
| RU2757503C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-18 | Владлен Валерьевич Редькин | Способ получения гуминового препарата и его применение для рекультивации нефтезагрязненных, нарушенных и деградированных земель |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630237C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-09-06 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ рекультивации нарушенных земель |
| CN106903148A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-30 | 哈尔滨师范大学 | 利用枯草芽孢杆菌强化蔊菜修复钒矿污染土壤的方法 |
| CN108311533A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-07-24 | 辽宁大学 | 利用生物质炭-植物-微生物联合修复土壤中重金属的方法 |
| RU2757503C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-18 | Владлен Валерьевич Редькин | Способ получения гуминового препарата и его применение для рекультивации нефтезагрязненных, нарушенных и деградированных земель |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Микроорганизмы как агенты биомониторинга загрязненных почв / Т.Я. Ашихмина и др.; под общ. ред. Т.Я. Ашихминой, Л.И. Домрачевой. - Киров: Науч. изд-во ВятГУ. - 2018. - С. 211-213. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tirry et al. | Screening of plant growth promoting traits in heavy metals resistant bacteria: prospects in phytoremediation | |
| Kumar et al. | Effective role of indigenous microorganisms for sustainable environment | |
| Vasilyeva et al. | Adsorptive bioremediation of soil highly contaminated with crude oil | |
| Yahaghi et al. | Isolation and characterization of Pb-solubilizing bacteria and their effects on Pb uptake by Brassica juncea: implications for microbe-assisted phytoremediation | |
| Rajkumar et al. | Perspectives of plant-associated microbes in heavy metal phytoremediation | |
| Singh et al. | Efficient soil microorganisms: a new dimension for sustainable agriculture and environmental development | |
| Hrynkiewicz et al. | The potential of rhizosphere microorganisms to promote the plant growth in disturbed soils | |
| Ali et al. | Streptomyces pactum assisted phytoremediation in Zn/Pb smelter contaminated soil of Feng County and its impact on enzymatic activities | |
| Zhang et al. | Effect of organic wastes on the plant-microbe remediation for removal of aged PAHs in soils | |
| CN108893419B (zh) | 微生物菌株及其筛选方法与在处理重金属污染土壤中的应用 | |
| Bashan et al. | Environmental uses of plant growth-promoting bacteria | |
| Krishna et al. | Aspergillus tubingensis reduces the pH of the bauxite residue (red mud) amended soils | |
| Oladipo et al. | Ecological impact of mining on soils of Southwestern Nigeria | |
| Mahohi et al. | Functionally dissimilar soil organisms improve growth and Pb/Zn uptake by Stachys inflata grown in a calcareous soil highly polluted with mining activities | |
| Ji et al. | Effect of heavy metal-solubilizing microorganisms on zinc and cadmium extractions from heavy metal contaminated soil with Tricholoma lobynsis | |
| Mahohi et al. | The performance of mycorrhizae, rhizobacteria, and earthworms to improve Bermuda grass (Cynodon dactylon) growth and Pb uptake in a Pb-contaminated soil | |
| Fu et al. | Dissipation of polycyclic aromatic hydrocarbons and microbial activity in a field soil planted with perennial ryegrass | |
| JP2008528029A (ja) | 扱い難い有機物および重金属の汚染修復のための界面活性生体触媒 | |
| Cao et al. | Exopolysaccharide-producing bacteria enhanced Pb immobilization and influenced the microbiome composition in rhizosphere soil of pakchoi (Brassica chinensis L.) | |
| KR101207867B1 (ko) | 아미노산 액비를 이용한 토양 내 중금속의 제거방법 | |
| RU2815865C1 (ru) | Биоремедиационный способ очистки техноземов от тяжелых металлов с использованием микробно-растительной ассоциации | |
| RU2421291C2 (ru) | Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами | |
| Sager et al. | The effect of soil bacteria and perlite on plant growth and soil properties in metal contaminated samples | |
| Zhang et al. | Remediation of refinery oily sludge using isolated strain and biosurfactant | |
| RU2529735C1 (ru) | Способ получения биопрепарата для очистки и восстановления плодородия почвогрунтов, загрязненных нефтепродуктами |