[LT] Šis išradimas priskiriamas aplinkosauginių biotechnologijų sričiai. Jame aprašytas aplinkos objektų valymas nuo naftos teršalų (NT), kuomet jie apdorojami naftos angliavandenilius emulguojančiais ir oksiduojančiais bakteriniais preparatais bei fitoatstatymą užtikrinančiais augalais. Šis būdas yra naudojamas gruntui ir sūriam bei gėlam vandenims valyti. Šiame išradime yra siūlomas naujas kompleksinis NT valymo būdas, kuris pilnai ar bent didžiąja dalimi išsprendžia esamus aplinkos valymo nuo NT trūkumus. Nuo žinomų naftos teršalų valymo būdų išradimas skiriasi tuo, kad NT valymas yra valdomas panaudojant ekspertinę sistemą, kurios veikimas apima pradinės NT sudėties bei aplinkos parametrų įvertinimą, NT valymo būdo, NT biodegraduojančių mikroorganizmų derinių parinkimą, šiuos derinius sudarančių mikroorganizmų optimalių koncentracijų parinkimą, optimalių NT atskyrimo ir biodegradavimo parametrų parinkimą ir tinkamiausių augalų rūšių parinkimą fitoatstatymui.
[EN] The present invention relates to the area of environmental biotechnology. It describes environment object cleaning from oil pollutants (OPs), when they are treated with oil hydrocarbon emulsifying and oxidizing bacterial preparations and plants suitable for phytoremediation. This method is used for cleaning of soil, briny and fresh water. This invention presents a novel complex OP cleaning method, which fully or partially solves the present shortcomings with environment cleaning from OPs. Invention is different from other known oil pollutant cleaning methods, because OP cleaning is managed with a help from an expert system which comprises the evaluation of primary OP composition and environment parameters, selection of OP cleaning method and OP biodegrading microorganism blends, selection of optimal concentrations for these blends, selection of optimal OP separation and biodegradation parameters and selection of the most suitable plants for phytoremediation.
[0001] TECHNIKOS SRITIS
[0002] Šis išradimas priskiriamas aplinkosauginių biotechnologijų sričiai. Jame aprašytas aplinkos objektų valymas nuo naftos teršalų (NT), kuomet jie apdorojami naftos angliavandenilius emulguojančiais ir oksiduojančiais bakteriniais preparatais bei fitoatstatymą užtikrinančiais augalais. Šis būdas yra naudojamas gruntui ir sūriam bei gėlam vandenims valyti.
[0003] TECHNIKOS LYGIS
[0004] Viena iš taršos rūšių, su kuria dažniausiai susiduriama, yra tarša nafta ir jos produktais. Išgavus naftą, ji transportuojama vis didesniais atstumais, dėl to padidėja avarijų tikimybė, o jos naudojimas sukelia šiltnamio efektą didinančių dujų išsiskyrimą, kas veikia įvairių regionų ekologinę būklę. Nustatyta, kad per metus vien tanklaivių avarijose prarandama apie 1 mln. t naftos produktų, iš kurių 1/3 yra lengvosios frakcijos, kurios išgaruoja į aplinką, o kita dalis patenka į krantą ar nuskęsta jūrose. Naftos perdirbimo metu, valant ją nuo pašalinių medžiagų, susidaro naftos šlamas. Tai – daugiausia sunkiosios naftos angliavandenilių frakcijos, absorbuotos durpėse ar grunte. Taip pat susidaro dideli nafta užteršto vandens kiekiai, kuriuos sunku išvalyti. Vos patekę į aplinką, naftos teršalai (NT) yra toksiški biologinei aplinkai, taip pat ir žmogui. Yra daugybė naftos produktų rūšių, pasižyminčių skirtingomis savybėmis. Nevienodas ir jų kenksmingumas aplinkai. Pavojingiausi yra lakieji, aplinkoje greitai išsisklaidyti gebantys naftos produktai. Tai – benzinas, žibalas, dyzelinas ir kiti skystos konsistencijos produktai. Kietojo fizinio būvio naftos produktai, tokie kaip bitumas, aplinkai mažai arba visiškai nepavojingi, todėl toliau bus aptartos tik skystojo būvio NT atmainos. Naftos angliavandeniliais užterštas dirvožemis ir vanduo yra valomi fizikiniais, cheminiais ar biologiniais metodais. Tačiau, dirvožemį valant biologiniu būdu, ne visada pasiekiamas norimas rezultatas, nes naftos teršalus oksiduojančių mikroorganizmų efektyvumui įtakos turi sezoniniai temperatūros pokyčiai ir per didelės NT koncentracijos jame. Vis plačiau taikomas fitoatkūrimo metodas, naudojant augalus naftos teršalams šalinti iš dirvožemio, kadangi šis valymo būdas reikalauja mažiau sąnaudų nei kiti biologinio valymo metodai. Taikant fitoatkūrimą, užterštas dirvožemis prieš tai turi būti papildomai valomas, kad NT koncentracijos sumažėtų iki optimalių augalams vegetuoti. Didėjant aplinkos valymo darbų apimtims, iškyla poreikis juos optimizuoti. Tik naujų kompleksinių technologijų kūrimas ir jų optimalus valdymas bei naujų biopreparatų kūrimas ir taikymas leidžia išspręsti iškilusias problemas.
[0005] Patentinėje literatūroje yra aprašomi įvairūs naftą oksiduojantys ir paviršiaus aktyvias medžiagas sintetinantys mikroorganizmai. Pavieniai naftą oksiduojantys mikroorganizmai (NOM) ir jų asociacijos yra naudojamos dirvožemio, vandenų valymui. Bakterinės kilmės paviršiaus aktyvios medžiagos (BKPAM) ir sintetinės paviršiaus aktyvios medžiagos (SPAM) naudojamos organinių teršalų išplovimui iš aplinkos (vandens, dirvožemio) ar biodegradavimo gerinimui. Taip pat yra patentų, kuriuose aprašomas NT šalinimas augalais.
[0006] Yra žinomi NOM, kurie naudojami aplinkai nuo naftos teršalų valyti: Azotobacter vinelandii 21 štamas, aprašytas LT patente nr. 3111 B, Pseudomonas fluorescens IGN 57, aprašytas LT patente nr. 4792 B, Candida lipolytica C. 6.1-5 aprašytas LT patente nr. 4793 B. Didžiausias šių mikroorganizmų naudojimo trūkumas yra tas, kad pavienių štamų sintetinamų fermentų nepakanka NT esantiems junginiams pilnai suskaidyti.
[0007] Patente US 6,652,752 B2 aprašomas valymo būdas, kai NOM iš pradžių yra išskiriami iš aplinkos ir pagausinami, o po to jų mišri kultūra naudojama NP užteršto vandens ir naftuoto šlamo valymui reaktoriuje. Būdas tinkamas naudoti naftuoto šlamo valymui, kai šis užterštas sočiaisiais ir aromatiniais angliavandeniliais, asfaltenais, dervomis. Biodegradacijai padidinti yra naudojami mitybiniai priedai, PAM aeruojama ir palaikoma optimali pH reikšmė.
[0008] Šio valymo būdo trūkumai yra: naudojant neidentifikuotų NOM kultūrą sudėtinga valdyti NT biodegradacijos procesą; NT biodegradaciją galima atlikti tik ex situ.
[0009] Žinomi aplinkos valymo nuo NT būdai, kai biodegradacijai naudojami grynų mikroorganizmų kultūrų deriniai. Pavyzdžiui, patente LT 5057 B aprašomas nafta ir jos produktais užterštam gruntui ir vandeniui valyti skirtas biopreparatas, kuriame yra hidrofilinių ir lipofilinių NOM mišinys. Šio biopreparato trūkumas tas, kad jis efektyviai veikia siaurame temperatūros diapazone, be to, tik esant nedidelėms naftos angliavandenilių koncentracijoms.
[0010] Patente RU 2266958 aprašyti NOM štamai Zoogloea sp. 14H, Arthrobacter sp. 13H, Arthrobacter sp. 15H, Bacillus sp. 3H, Bacillus sp. 12 ir jų pagrindu sukurta asociacija, kurie yra naudojami naftos angliavandeniliais užterštiems vandens telkiniams ir dirvožemiui valyti. Patente nurodyta, kad šių štamų augimas yra neslopinamas, kai naftos ir mazuto koncentracija yra atitinkamai 15 ir 10 %. Tačiau šie NOM naftos angliavandenilius pilnai suskaido tik esant mažai jų koncentracijai: naftos - 0,5-0,7 %, o mazuto - 0,4-0,5 %.
[0011] Patente US 6,649,400 aprašomi NOM, priklausantys Acinetobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium ir Moraxella gentims. Šie NOM štamai atskirai ar deriniuose yra skirti aplinkai valyti nuo sunkiųjų naftos angliavandenilių.
[0012] Patente US 5,494,580 aprašytas angliavandeniliais užterštos aplinkos valymo būdas naudojant mikroorganizmus ar jų mišinius, kurie parenkami pagal NT sudėtį ir kiekį bei užterštos aplinkos charakteristikas. Angliavandenilių skaidymui naudojami mikroorganizmai Azotobacter vinelandii 21, Pseudomonas sp.9, Pseudomonas sp.19, Pseudomonas sp.31 ir Acinetobacter calcoaceticus 23.
[0013] Šio patento trūkumas yra tas, kad sunkieji naftos angliavandeniliai skaidomi gana ilgai.
[0014] Patente US 2009/0325271 aprašytas nafta ir jos produktais užteršto dirvožemio valymo būdas, kai pirmajame etape naudojami NEM štamai Pseudomonas aeruginosa IOCX ir Pseudomonas aeruginosa IOCX DHT, atskiriantys NT nuo dirvožemio dalelių. NOM štamai Pseudomonas putida IOC5a1, Pseudomonas putida IOCR1 ir Baccilus subtilis pradedami taikyti bent dviem savaitėm vėliau nei NEM.
[0015] Šio patento trūkumas – nenurodoma, kokiems NT šalinti ir kokiose NT koncentracijos dirvožemyje ribose šie NEM ir NOM yra taikomi.
[0016] Taip pat yra aprašytas naftos angliavandenilių šalinimo iš dirvožemio būdas, kai naudojami aukštesnieji augalai ir NOM. Pavyzdžiui, patente US 2004/0101945 yra aprašytas poliaromatinių junginių šalinimo iš aplinkos būdas naudojant sistemą sudarytą iš: bent vieno tinkamo augalo-šeimininko, kuris išskiria į aplinką fermentus, skaidančius organinius teršalus ir vieno mikroorganizmo, sugebančio skaidyti organinius junginius, gerinančio augalo-šeimininko daigumą, augimą ir išgyvenimą. Rekomenduojami mikroorganizmai yra Burkholderia ATCC Nr. PTA-4755, Burkholderia ATCC Nr. PTA-4756, Sphingomonas ATCC No. PTA-4757. Šio patento trūkumas – ribotas pritaikymas dirvožemio valymui nuo NT, kadangi naftoje ir jos produktuose poliaromatinių junginių nėra daug.
[0017] Patente LT 4593 aprašytas dirvožemio nuo NT valymo būdas, tinkamas naudoti biologinio valymo baigiamoje stadijoje, kai į valomą dirvožemį įterpiama organinių ir mineralinių trąšų, apsėjama atspariomis NP ir mažiau reikliomis dirvai žemės ūkio kultūromis, kurių rizosfera imobilizuoja naftą oksiduojančius mikroorganizmus, kultūros auginamos, kol grunto užterštumas sumažėja iki leistino lygio, ir po to gruntas su augalų biomase apariamas.
[0018] Šio patento trūkumas - aprašytas NT valymo būdas yra naudojamas tik esant mažai, ne didesnei kaip 6000-7000 mg/kg sauso grunto, užterštumo naftos produktais koncentracijai.
[0019] Aukščiau aprašyti NT valymo būdai pilnai neišsprendžia visų su pramoniniais aplinkos valymo nuo NT procesais susijusių problemų:
[0020] sudėtingi aplinkos valymo nuo NT procesai reikalauja aukštos kvalifikacijos žmogiškųjų išteklių;
[0021] nėra universalios technologijos skirtingiems aplinkos objektams ir teritorijoms valyti nuo NT;
[0022] nėra efektyvios technologijos aplinkai valyti nuo NT, esant skirtingoms klimatinėms sąlygoms;
[0023] nėra siūloma sprendimų aplinką valyti nuo senų NT;
[0024] nėra kompleksinio, biotechnologiniais procesais pagrįsto, būdo aukščiau išvardintoms problemoms spęsti;
[0025] nėra specialaus valdymo proceso pagrindu sukurto sisteminio ir efektyvaus aplinkos valymo nuo NT valdymo.
[0026] IŠRADIMO ESMĖ
[0027] Išradimo tikslas – panaikinti įvairių aplinkos objektų taršą naftos angliavandeniliais ir atstatyti jų pirminę būseną, nesukeliant antrinės taršos, tam pasitelkiant natūralias biopriemones, t.y. NEM ir NOM pagrindu sukurtus bioproduktus bei augalus fitoatstatymui.
[0028] Išradimo esmė yra kompleksinis, biotechnologiniais procesais pagrįstas, aplinkos valymas nuo NT, valdomas specialios ekspertinės sistemos (ES), parenkančios optimaliausius valymo technologinius parametrus: NEM ir NOM derinius, valymo sąlygas bei fitoatstatymą užtikrinančius augalus.
[0029] Šiame išradime yra siūlomas naujas kompleksinis NT valymo būdas, kuris pilnai ar bent didžiąja dalimi išsprendžia esamus aplinkos valymo nuo NT trūkumus. Nuo žinomų naftos teršalų valymo būdų išradimas skiriasi tuo, kad NT valymas yra valdomas panaudojant ES, kurios veikimas apima pradinės NT sudėties bei aplinkos parametrų įvertinimą, NT valymo būdo, NT biodegraduojančių mikroorganizmų derinių parinkimą, šiuos derinius sudarančių mikroorganizmų optimalių koncentracijų parinkimą, optimalių NT atskyrimo ir biodegradavimo parametrų parinkimą ir tinkamiausių augalų rūšių parinkimą fitoatstatymui.
[0030] Antras skirtumas pasireiškia tuo, kad naftos angliavandeniliais užteršti aplinkos objektai valomi mikroorganizmų deriniais atrinktais iš NEM grupės, susidedančios iš Pseudomonassp. NJ13, Acinetobacter sp. PR82, Acinetobacter sp. N3 bei iš NOM grupės, susidedančios iš Acinetobacter sp. N3, Acinetobacter sp. NJ9, Acinetobacter NJ5 ir apima šias pakopas:
[0031] užterštos aplinkos įvertinimą ir NT sudėties bei kiekio nustatymą;
[0032] NEM parinkimą, bioprieinamumui padidinti;
[0033] NOM parinkimą tokiu būdu, kad gauti biopreparatai veiktų plačiose naftos angliavandenilių koncentracijų ribose, esant skirtingiems naftos angliavandeniliams bei aplinkos parametrams: reljefams, temperatūroms, drėgmėms ir atmosferos slėgiams;
[0034] naftos angliavandeniliais užterštos aplinkos kontaktavimą su NT biodegraduojančių mikroorganizmų deriniais;
[0035] NT atskyrimą ir suskaidymą vienu metu, naudojant NEM ir NOM;
[0036] fitoatstatymo panaudojimą likutinių NT išvalymui ir dirvožemio savybių atkūrimui.
[0037] Trečias skirtumas pasireiškia tuo, kad (b) pakopoje naudojamas biopreparatas gali pasižymėti ir NEM ir NOM savybėmis.
[0038] Ketvirtas skirtumas pasireiškia tuo, kad kompleksinis NT valymo būdas naudojamas skirtingų fizikinių ir cheminių savybių bei struktūros naftos angliavandenilių biodegradavimui.
[0039] Penktas skirtumas pasireiškia tuo, kad naudojant NEM ir NOM derinius skirtinguose aplinkos objektuose gali būti išvalomi NT koncentracijų ribose nuo maksimalios (~100 %) iki minimalios (~0 %) koncentracijų, geriausiai koncentracijų ribose nuo 35 iki 0 %.
[0040] Šeštas skirtumas pasireiškia tuo, kad NT oksiduojantys mikroorganizmai gali būti panaudoti derinyje su SPAM.
[0041] Septintas skirtumas pasireiškia tuo, kad NT oksiduojantys mikroorganizmai gali būti panaudoti derinyje su BKPAM.
[0042] Aštuntas skirtumas pasireiškia tuo, kad vanduo, panaudotas NT išplovimui iš grunto, gali būti panaudotas to paties grunto drėkinimui, kadangi likusieji NT iš jo pašalinami.
[0043] Devintas skirtumas pasireiškia tuo, kad BKPAM ar SPAM tirpalai yra naudojami daug kartų, prieš tai kaskart nuo jų atskiriant NT.
[0044] Dešimtas skirtumas pasireiškia tuo, kad bakterinės kilmės PAM tirpale yra gyvų NEM ląstelių.
[0045] Vienuoliktas skirtumas pasireiškia tuo, kad NT emulgavimas atliekamas pH 6-11 intervale ir 20-90 °C temperatūrų intervale.
[0046] Dvyliktas skirtumas pasireiškia tuo, kad NT skaidymas su NOM atliekamas esant pH 2-8,5 intervale ir 4-40°C temperatūrų intervale, geriausiai esant pH=7 ir 30°C temperatūrai.
[0047] Tryliktas skirtumas pasireiškia tuo, kad kompleksinis NT valymas yra atliekamas in situ arba ex situ.
[0048] Keturioliktas skirtumas pasireiškia tuo, kad kompleksinis NT valymas gali būti pradedamas ex situ ir po migruojančios NT frakcijos pašalinimo gali tęsiamas in situ.
[0049] Penkioliktas skirtumas pasireiškia tuo, kad po aplinkos valymo nuo NT, panaudojant NEM ir NOM derinius, yra taikomas fitoatstatymas.
[0050] TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS
[0051] 1 pav. NT šalinimo procesų valdymo principinė schema
[0052] 2 pav. NT emulguojančių biopreparatų paruošimo principinė schema
[0053] 3 pav. NT oksiduojančių biopreparatų paruošimo principinė schema
[0054] 4 pav. Kompleksinio NT šalinimo iš vandens (a) ir grunto (b) principinės schemos
[0055] 5 pav. NT išplovimo iš užteršto grunto technologinė schema
[0056] 6 pav. NT užteršto vandens valymo technologinė schema
[0057] 7 pav. Atviro tipo NT šalinimo iš grunto technologinė schema
[0058] 8 pav. Kompleksinio NT šalinimo iš grunto biodegradacijos būdu technologinė schema
[0059] TINKAMIAUSI ĮGYVENDINIMO VARIANTAI
[0060] NT valymo iš įvairių aplinkos objektų procesas yra koordinuojamas pasitelkiant ES (1 pav.). Tokios sistemos veikimas paremtas informacijos iš NT išsiliejimo vietos surinkimu ir panaudojimu NT valymo procesams valdyti. Šios sistemos pagalba yra parenkami optimaliausi teritorijų valymo nuo NT technologiniai parametrai ir jų pagrindu atrenkamas (parengiamas) aplinkosauginių biotechnologijų metodais pagrįstas NT pašalinimo scenarijus. Kompleksinis NT šalinimas atliekamas pasitelkiant bioproduktus, sukurtus NEM ir NOM pagrindu bei fitoatstatymą augalais.
[0061] Naftą degraduojančiomis savybėmis pasižymintiems bioproduktams sukurti buvo atrinkti geriausiai naftos angliavandenilius emulguojantys ir oksiduojantys mikroorganizmai.
[0062] Naftos teršalus geriausiai emulsuoja Pseudomonas sp. NJ13, Acinetobacter sp. Pr82 ir N3 mikroorganizmų štamai. Šių mikroorganizmų štamai deponuoti UAB "Biocentras" mikroorganizmų kolekcijoje. Jų charakteristikos yra:
[0063] Pseudomonas sp. NJ13 štamas (UAB "Biocentras" kolekcijos registracijos numeris B-96-8N) buvo išskirtas iš nafta užteršto vandens telkinio prie Neftejugansko miesto Tiumenės srityje (Rusija).
[0064] Ląstelės. Ląstelės lazdelių bukais galais formos, jų dydis 0,5-0,6 x 1,0-2,3 (m. Ląstelės judrios, matomos pavienės ar sukibusios poromis lazdelės, pagal Gramą dažosi neigiamai, endosporų nesudaro.
[0065] Kolonijos. Ant standžios mitybinės terpės po 24 val. išauga lygiu paviršiumi iškilios, blizgios, kreminės spalvos lygiais kraštais kolonijos, kurių konsistencija yra gleivėta.
[0066] Fiziologinės - biocheminės savybės. Tai aerobas. Katalazės ir oksidazės reakcijos teigiamos, hidrolizuoja želatiną. Kamienui augti optimali temperatūra 25-30 (C ir pH 7,0. Kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja gliukozę oleino rūgštį, dyzeliną, naftą, oktadekaną, krakmolą, alyvuogių bei saulėgrąžų aliejų, natrio acetatą.
[0067] Remiantis 16S rDNR geno analize, šis mikroorganizmas artimiausias Pseudomonas sp. genčiai, pavaizduotai SEQ ID Nr. 1.
[0068] Acinetobacter sp. PR82 štamas (UAB "Biocentras" kolekcijos registracijos numeris B-94-6N) buvo išskirtas Kaliningrado srityje Rusijoje iš sunkiaisiais naftos produktais užteršto juodžemio.
[0069] Ląstelės. Ląstelių forma ir dydis kinta priklausomai nuo kultūros amžiaus ir augimo sąlygų, gali būti nuo kokų (0,5 – 0,7(m skersmens) iki lazdelių (0,6-0,8 x 1,2-1,6 (m dydžio) formos. Kultūroje ląstelės nevienodo dydžio. Ląstelės judrios, pagal Gramą dažosi variabiliai.
[0070] Kolonijos. Ant standžios mitybinės terpės po 24 val. išauga 1-2 mm skersmens lygiu paviršiumi iškilios, blizgios, neperšviečiamos, balkšvos lygiais kraštais kolonijos.
[0071] Fiziologinės-biocheminės savybės. Tai aerobas. Katalazės reakcija teigiama, oksidazės ir ureazės – neigiama. Rūgščiai neatspari kultūra. Kamienui augti optimali temperatūra 30 – 40 (C ir pH 4,5-9,0. Krakmolo ir želatinos nehidrolizuoja. Kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja gliukozę, fruktozę, galaktozę, sacharozę, ksilozę, etanolį, acetatą, citratą, L-alaniną, L-fenilalaniną, D/L argininą, kai kuriuos angliavandenilius, naftą ir jos produktus, riebalus.
[0072] Remiantis 16S rDNR geno analize, šis mikroorganizmas artimiausias Acinetobacter sp. genčiai, pavaizduotai SEQ ID Nr. 2.
[0073] Acinetobacter sp. N3 štamas (UAB "Biocentras" kolekcijos registracijos numeris B-92-11AA) buvo išskirtas Norvegijoje iš NT.
[0074] Ląstelės. Ląstelių forma ir dydis kinta priklausomai nuo kultūros amžiaus ir augimo sąlygų kinta nuo kokų iki tiesių ar netaisyklingos formos lazdelių (0,6x2,0 (m dydžio). Ląstelės judrios, pagal Gramą dažosi silpnai teigiamai, nors senstant kultūrai ląstelės tampa gramneigiamos.
[0075] Kolonijos. Po 48 val. ant standžios mitybinės terpės išauga balsvos, blizgančios, lygiu paviršiumi, apvalios 1 - 3 mm skersmens kolonijos.
[0076] Fiziologinės-biocheminės savybės. Tai aerobas, optimali augimo temperatūra 20-30 (C, pH 6,4-7,0. Oksidazės reakcija neigiama, katalazės - teigiama. Kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja ksilozę, galaktozę, fruktozę, acetatą, L-alaniną, DL-argininą, tviną-80, kai kuriuos aromatinius ir alifatinius angliavandenilius, naftą ir naftos produktus. Gliukozę asimiliuoja silpnai, želatinos neskystina, denitrifikacija nevyksta, ureazės reakcija teigiama.
[0077] Remiantis 16S rDNR geno analize, šis mikroorganizmas artimiausias Acinetobacter sp. genčiai, pavaizduotai SEQ ID Nr. 3.
[0078] NT geriausiai skaido šie NOM: Acinetobacter sp. NJ9, Acinetobacter sp. NJ5 mikroorganizmų štamai. Šiomis savybėmis taip pat pasižymi ir NT emulguojantis Acinetobacter sp. N3. Šių mikroorganizmų štamai deponuoti UAB "Biocentras" mikroorganizmų kolekcijoje. Jų charakteristikos yra:
[0079] Acinetobacter sp. NJ9 štamas (UAB "Biocentras" kolekcijos registracijos numeris B-96-2N) buvo išskirtas iš nafta užteršto vandens telkinio prie Rusijos Tiumenės srities Neftejugansko miesto.
[0080] Ląstelės. Pavienių ar sukibusių poromis kokų (0,5 (m) ir lazdelių (0,5x2,0 (m) formos, lazdelės gali sudaryti netikrą micelį ar būti išsidėsčiusios V ir W konfigūracija. Pagal Gramą dažosi nepastoviai, kultūra sudaryta iš gramteigiamų ir gramneigiamų ląstelių. Ryškiai išreikštas ciklas kokai - lazdelės - kokai. Ląstelės yra judrios.
[0081] Kolonijos. Ant standžios mitybinės terpės po 48 val. išauga 1,0 - 3,0 mm skersmens, lygiu paviršiumi iškilios, blizgančios peršviečiamos ir fluorescuojančios pilkšvai balsvos, pastos konsistencijos kolonijos.
[0082] Fiziologinės-biocheminės savybės. Tai aerobas, katalazės reakcija teigiama, oksidazės - neigiama, optimali augimo temperatūra 25-30 (C, optimalus pH 5,5-7,0. NJ9 kamienas hidrolizuoja krakmolą, celiuliozės ir želatinos nehidrolizuoja. Kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja gliukozę, ksilozę, galaktozę, maltozę, gliceriną, etanolį, tviną-80, natrio acetatą, L-alaniną, kai kuriuos alifatinius ar aromatinius angliavandenilius, naftą ir jos produktus.
[0083] Remiantis 16S rDNR geno analize, šis mikroorganizmas artimiausias Acinetobacter sp. genčiai, pavaizduotai SEQ ID Nr. 4.
[0084] Acinetobacter sp. NJ5 štamas (UAB "Biocentras" kolekcijos registracijos numeris B-96-1N) buvo išskirtas iš nafta užteršto molio prie Rusijos Tiumenės srities Neftejugansko miesto.
[0085] Ląstelės. Kultūra pleomorfinė, vystymosi ciklas (kokai- lazdelės – kokai) priklauso nuo terpės sudėties, auginimo temperatūros bei aeracijos. Kokų skersmuo 0,7 – 0,9 (m, lazdelės 0,7-1,1 x 1,1-1,7 (m dydžio. Lazdelės yra judrios. Pagal Gramą dažosi nepastoviai, kultūra sudaryta iš gramteigiamų ir gramneigiamų ląstelių.
[0086] Kolonijos. Ant standžios mitybinės terpės po 48 val. išauga 2,0 - 4,0 mm skersmens lygiu paviršiumi iškilios, silpnai blizgios, balkšvos lygiais kraštais kolonijos, kurių konsistencija yra pastos pavidalo.
[0087] Fiziologinės-biocheminės savybės. Tai aerobas. Katalazės reakcija teigiama, oksidazės, metilo raudonojo ir Voges-Proskauer testų – neigiama. Rūgščiai neatspari. Optimali augimo temperatūra 20-30 (C ir pH 7,0-7,5. Celiuliozės neskaido, krakmolo ir želatinos nehidrolizuoja. Kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja gliukozę, ksilozę, galaktozę, laktozę, L-alaniną, kai kuriuos angliavandenilius, naftą ir jos produktus, riebalus.
[0088] Remiantis 16S rDNR geno analize, šis mikroorganizmas artimiausias Acinetobacter sp. genčiai, pavaizduotai SEQ ID Nr. 5.
[0089] Užterštos aplinkos parametrų įvertinimas, NT cheminės prigimties ir kiekio nustatymas
[0090] NT patekus į aplinką, pirmiausia pagal standartines procedūras išanalizuojama jų cheminė prigimtis, kiekis ir užterštos aplinkos parametrai. Gauti duomenys perduodami į ES, kurios veikimas apima pradinės NT sudėties bei aplinkos parametrų įvertinimą, NT šalinimo būdo, NEM ir NOM derinių parinkimą, šiuos derinius sudarančių mikroorganizmų optimalių koncentracijų parinkimą, optimalių NT atskyrimo ir biodegradavimo parametrų parinkimą bei tinkamiausių augalų rūšių parinkimą fitoatstatymui. Sprendimų priėmimo valdymo proceso pagalba ES modulyje tarpusavyje yra apdorojami ir susiejami pagrindiniai geografiniai, geologiniai, NT pobūdžio ir kiekio, klimatiniai ir užterštos aplinkos pobūdžio ir kt. duomenys (1 lentelė).
[0091] ES taip pat apdoroja duomenų bazėse kaupiamą informaciją apie NT valymui reikalingus materialiuosius, logistinius ir žmogiškuosius išteklius bei įvertina finansines išlaidas ir nuostolius.
[0092] Po pirminių NT valymo parametrų įvertinimo, ES parenka biopreparatų sudėtis bei NT valymo technologinius ir biodegradavimo parametrus.
[0093]
[0094] NEM įvertinimas
[0095] Dirvožemis dėl savo struktūros ypatumų gali sorbuoti į jį patekusius NT. Sorbcijos geba priklauso nuo grunto tipo ir nuo NT frakcinės sudėties. Tam yra naudojamos BKPAM, kurios padidina NOM bioprieinamumą prie NT ir tokiu būdu pagreitina naftos angliavandenilių skaidymo procesą.
[0096] Viena iš svarbiausių BKPAM savybių yra gebėjimas sumažinti paviršiaus įtempį tarpfaziniame paviršiuje. NEM štamai atskirai buvo auginami skystoje mitybinėje terpėje. Po 16 val. NEM kultūrinio skysčio paviršiaus įtempis matuotas tenziometru 21 °C temperatūroje (2 lentelė).
[0097] 2 lentelė. BKPAM produkuojančių mikroorganizmų įvertinimas pagal paviršiaus įtempį
[0098]
[0099] OM įvertinimas pagal skirtingos sudėties ir struktūros naftos angliavandenilių skaidymą
[0100] NT sudarantys angliavandeniliai pagal jų molekulėse esančių anglies atomų skaičių skirstomi į lengvuosius (C6-C10), vidutinio sunkumo (C10-C28) ir sunkiuosius (C28-C40) (3 lentelė).
[0101] 3 lentelė NT suskaidymas su NOM
[0102]
[0103] Tokios struktūros naftos angliavandenilių daugiausia aptinkama esant "senai taršai".
[0104] NT angliavandenilių skaidymo laipsniui įtakos taip pat turi ir jų erdvinė struktūra. (4 lentelė).
[0105] 4 lentelė. Skirtingos erdvinės struktūros sunkiųjų NT skaidymas su NOM
[0106]
[0107] NT skaidymas grunte
[0108] Skirtingo tipo grunte buvo įvertintas pavienių NOM gebėjimas skaidyti NT (5 lentelė).
[0109] 5 lentelė. Naftos:mazuto (1:1) mišinio skaidymas pavieniais NOM skirtingo tipo dirvožemiuose.
[0110]
[0111] Skirtingo tipo grunte taip pat buvo įvertintas NT skaidymas NOM ir NEM deriniais (6 lentelė)
[0112] 6 lentelė. Naftos:mazuto (1:1) mišinio skirtingo tipo grunte skaidymas NEM ir NOM deriniais
[0113]
[0114] NT skaidymas gėlame vandenyje
[0115] NT skaidymas gėlame vandenyje buvo atliekamas naudojant NOM kultūras. Visi mikroorganizmai efektyviau skaidė naftą, lyginant su mazutu (7 lentelė).
[0116] 7 lentelė. Naftos ir mazuto (1:1) skaidymas su NOM gėlame vandenyje
[0117]
[0118] NT skaidymas sūriame vandenyje
[0119] Sūraus vandens valymas nuo NT taip pat buvo atliekamas naudojant NOM kultūras (8 lentelė).
[0120] 8 lentelė. Naftos ir mazuto (1:1) skaidymas su NOM jūrų ir vandenynų vandenyje
[0121]
[0122] Biopreparatų kompozicijos parinkimas
[0123] Šalia pirminių NT valymo duomenų į ES yra įvedami NEM ir NOM gebėjimo šalinti NT duomenys skirtingo tipo grunte ir skirtingo druskingumo vandenyse. ES sprendimų priėmimo valdymo proceso pagalba šiuos duomenis įvertina ir remiantys gautais rezultatais parenka tinkamiausius NEM ir NOM derinius.
[0124] Augalų rūšių fitoatstatymui parinkimas
[0125] NT šalinimo etapas naftos angliavandenilius biodegraduojančiais NEM ir NOM deriniais yra baigiamas, kai NT koncentracija sumažėja iki 25 g /kg grunto. Likutinei naftos taršai šalinti yra naudojamas fitoatstatymas. Šio proceso metu gali būti naudojami pavieniai augalai: rausvieji dobilai (Trifolium pratense L.), motiejukai (Phleum pratense), svidrės (Lolium perenne); arba jų deriniai.
[0126] NT valymo procesas nutraukiamas, kai naftos angliavandenilių koncentracijos neviršija aplinkosauginių reikalavimų. Visi gauti duomenys nukreipiami į ES.
[0127] NT valymo proceso valdymas
[0128] ES, apdorodama visus esamus ir naujai įvedamus NT šalinimo technologinius parametrus, parenka optimaliausią NT šalinimo technologinį scenarijų konkrečiam aplinkos objektui ir kontroliuoja NT šalinimo eigą. Jeigu NT šalinimo eiga neatitinka parinkto scenarijaus, pastarasis iškart keičiamas kitu, labiau tinkančiu, pasiekti maksimalų NT šalinimo laipsnį.
[0129] Kuomet NT koncentracijos tenkina aplinkosauginius reikalavimus, ES parengia galutinę NT šalinimo ataskaitą, įvertinančią ne tik NT valymo proceso eigą, bet ir jo kaštus.
[0130] Kompleksinis grunto valymas nuo NT in situ
[0131] Į ES įvedami šie duomenys:
[0132] užterštos žemės plotas - 10 ha;
[0133] grunto tipas – priemolis;
[0134] vidutinė grunto temperatūra – 20 ºC;
[0135] grunto drėgmė – 20 %;
[0136] grunto pH=7,2;
[0137] NT koncentracija grunte - apie 162 g /kg;
[0138] NT cheminė sudėtis: sočiųjų junginių – 68 %, aromatinių junginių – 14 %, dervų – 8 %, asfaltenų – 10 %.
[0139] ES, apdorojusi esamus ir įvestus duomenis, parinko šį NT šalinimo technologinį scenarijų:
[0140] NEM štamas Pseudomonas sp. NJ13; NOM - Acinetobacter sp. N3;
[0141] NEM ir NOM santykis derinyje - 1:2.
[0142] pradinė derinio koncentracija darbinėje suspensijoje - 2,7x107 KSV/ml;
[0143] mitybiniai priedai (N ir P);
[0144] valymo trukmė - iki 18 mėnesių
[0145] numatytas kontrolinių mėginių ėmimo dažnis – 1kartas/3 mėn.
[0146] ES parinktame scenarijuje numatyto, kad NT koncentracijai sumažėjus iki 25 g/kg, pradedamas naudoti grunto fitoatstatymas motiejukų (Phleum pratense) ir svidrės (Lolium perenne) sėklų mišiniu. NT koncentracijai grunte nukritus iki 2g/kg, nutraukiami NT šalinimo darbai ir parengiama galutinė ataskaita apie NT proceso šalinimo eigą ir jo kaštus.
[0147] Kompleksinis grunto valymas nuo NT ex situ
[0148] Į ES įvedami šie duomenys:
[0149] naftuoto šlamo kiekis – 1400 t;
[0150] grunto tipas – priemolis;
[0151] naftuoto šlamo drėgmė – 50 %;
[0152] naftuoto šlamo pH=6,8;
[0153] NT koncentracija šlame - apie 285 g /kg;
[0154] NT cheminė sudėtis: C28-C40 NT – 42,5 %, kitos NT frakcijos – 57,5 %.
[0155] ES, apdorojusi esamus ir įvestus duomenis, parinko šį NT šalinimo technologinį scenarijų:
[0156] NT emulgavimas.
[0157] NT atskyrimas plovimo įrenginyje;
[0158] NEM štamas - Acinetobacter sp. Pr82;
[0159] NT atskyrimo temperatūra – 45-50 ºC;
[0160] emulgavimo suspensijos pH=8,5;
[0161] NT emulgavimas nutraukiamas NT koncentracijai sumažėjus iki 170 g/kg.
[0162] NT skaidymas.
[0163] NT biodegradavimas atliekamas specialiai įrengtoje NT valymo aikštelėje;
[0164] Pasklidimo sluoksnio storis - 0,4 m;
[0165] NOM štamai: Acinetobacter sp. NJ5 ir Acinetobacter sp. NJ9.
[0166] NOM santykis derinyje - 1:1;
[0167] pradinė derinio koncentracija darbinėje suspensijoje - 5x107 KSV/ml;
[0168] mitybiniai priedai (N ir P);
[0169] NT skaidymas nutraukiamas NT koncentracijai sumažėjus iki 25 g/kg.
[0170] Fitoatstatymas.
[0171] Grunto atkūrimas vykdomas specialiame fitoatstatymo lauke;
[0172] Grunto pasklidimo sluoksnio storis - 0,2-0,3 m;
[0173] arimas ir kultivavimas
[0174] augalai fitoatstatymui – raudonieji dobilai (Trifolium pratense L.).
[0175] fitoatstatymas baigiamas NT koncentracijai sumažėjus iki 2 g/kg.
[0176] Galutinė NT šalinimo ataskaita.
[0177] duomenys apie NT šalinimo eigą;
[0178] duomenys apie NT šalinimo kaštus.
[0179] Kompleksinis gėlo vandens telkinio valymas nuo NT
[0180] Į ES įvedami šie duomenys:
[0181] užteršto gėlo vandens telkinio plotas – 1 km2;
[0182] vidutinė vandens temperatūra – 18 ºC;
[0183] vandens pH=7,1;
[0184] NT koncentracija vandens paviršiuje apie 0,5 g/l;
[0185] NT cheminė sudėtis: dyzelinas.
[0186] ES, apdorojusi esamus ir įvestus duomenis, parinko šį NT šalinimo technologinį scenarijų:
[0187] NOM štamai - Acinetobacter sp. N3, Acinetobacter sp. NJ9;
[0188] santykis derinyje – 2,5:1;
[0189] pradinė derinio koncentracija darbinėje suspensijoje – 1,8x106 KSV/ml;
[0190] valymo trukmė - iki 6 mėnesių;
[0191] kontrolinių mėginių ėmimo dažnis – kas 0,5 mėn.;
[0192] apdorojimo dažnis – 1 kartą/mėn.
[0193] ES parinktame scenarijuje numato, kad NT koncentracijai sumažėjus iki 0,4 mg/l, NT valymo darbai nutraukiami ir parengiama galutinė ataskaita apie NT proceso valymo eigą ir jo kaštus.
[0194] Kompleksinis sūraus vandens valymas nuo NT
[0195] Į ES įvedami šie duomenys:
[0196] avarija naftos siurbimo platformoje;
[0197] naftos kiekis jūroje – 200 t;
[0198] naftos kiekis pakrantėje – 5 t;
[0199] užterštos jūros vandens plotas – 20 km2;
[0200] užterštos pakrantės ilgis – 15 km;
[0201] vandens druskingumas – 8,5 ‰;
[0202] NT cheminė sudėtis: žalia nafta.
[0203] ES apdorojusi esamus ir įvestus duomenis parenka šį technologinį NT šalinimo scenarijų:
[0204] Vandens valymas.
[0205] NOM štamas - Acinetobacter sp. NJ9;
[0206] pradinė koncentracija darbinėje suspensijoje – 1,1x107 KSV/m2;
[0207] valymo trukmė - 3 mėn.;
[0208] kontrolinių mėginių ėmimo dažnis – 2 kartai/mėn.;
[0209] apdorojimo dažnis – 2 kartai/mėn.
[0210] Pakrantės valymas.
[0211] NEM štamas: Acinetobacter sp.N3, NOM štamas Acinetobacter sp. NJ9;
[0212] santykis derinyje – 1:1;
[0213] pradinė koncentracija darbinėje suspensijoje – 1,3 x107 KSV/ml;
[0214] dozavimo tūris – 1litas/pakrantės ilgio metrui;
[0215] valymo trukmė - 3 mėn.;
[0216] kontrolinių mėginių ėmimo dažnis – 2 kartai per mėn.;
[0217] apdorojimo dažnis – ne rečiau kaip 1 kartą per mėn.
[0218] ES parinktuose scenarijuose numato, kad NT koncentracijai sumažėjus iki 0,1 mg/l vandenyje ir – iki 1g/kg pakrantės, NT šalinimo darbai nutraukiami ir parengiama galutinė ataskaita apie NT proceso valymo eigą ir jo kaštus.
[0219] SEKOS
[0220]
[0221]
[0222]
[0223]
[0224]
1. Kompleksinis NT šalinimo būdas, naudojant NT biodegraduojančių mikroorganizmų derinius (biopreparatus), sudarytus iš NEM ir NOM, besiskiriantis tuo, kad apima šias etapus:
(a) užterštos aplinkos įvertinimą ir NT sudėties bei kiekio nustatymą;
(b) mikroorganizmų derinio parinkto iš NEM (Pseudomonas sp. NJ13, Acinetobacter sp. PR82, Acinetobacter sp. N3) ir NOM (Acinetobacter sp. N3, Acinetobacter sp. NJ9, Acinetobacter sp. NJ5), parinkimą tokiu būdu, kad gauti preparatai veiktų plačiose skirtingos cheminės prigimties naftos angliavandenilių koncentracijų ribose bei esant skirtingiems aplinkos parametrams: reljefams, gamtinėms zonoms, temperatūroms, drėgmei ir atmosferos slėgiams;
(c) NT atskyrimo su NEM;
(d) NT suskaidymo su NOM;
(e) BKPAM nuo NT atskirto vandens panaudojimą grunto drėkinimui;
(f) fitoatstatymo panaudojimą likutiniam NT išvalymui.
2. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad (b) pakopoje naudojamas biopreparatas yra mišinys iš vieno NEM ir mažiausiai vieno NOM štamų.
3. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal 1 arba 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad NT yra skirtingos cheminės prigimties naftos angliavandeniliai: tiesios grandinės, šakoti, aromatiniai angliavandeniliai ir kiti NT junginiai.
4. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį 1-3 punktų, besiskiriantis tuo, kad naudojant NEM ir NOM derinius skirtinguose aplinkos objektuose gali būti išvalomi NT koncentracijų ribose nuo maksimalios (~100 %) iki minimalios (~0 %) koncentracijų, bet optimaliausiai - koncentracijų ribose nuo 35 iki 0 %.
5. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį iš 1-4 punktų, besiskiriantis tuo, kad NT emulgavimui ir jų oksidavimui naudojama sintetinės PAM derinyje su NOM štamais.
6. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį iš 1-5 punktų, besiskiriantis tuo, kad emulgavimui ir oksidavimui naudojama bakterinės kilmės PAM derinyje su NOM štamais.
7. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad vanduo, panaudotas NT išplovimui iš grunto, gali būti panaudotas to paties grunto drėkinimui, kadangi likusieji NT iš jo pašalinami.
8. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal 5 arba 6 punktą, besiskiriantis tuo, kad bakterinės kilmės ir sintetinės PAM tirpalai gali būti panaudoti daug kartų, prieš tai kaskart nuo jų atskiriant NT.
9. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį iš 5-8 punktų, besiskiriantis tuo, kad bakterinės kilmės PAM tirpale yra gyvų NEM ląstelių.
10. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį iš 1-10 punktų, besiskiriantis tuo, kad NT emulgavimas atliekamas terpėje pH 6-11 intervale ir 20-90 °C temperatūrų intervale.
11. Kompleksinis NT šalinimas būdas pagal bet kurį iš 1-11 punktų, besiskiriantis tuo, kad NT skaidymas su NOM atliekamas esant pH 2-8,5 intervale ir 4-40 °C temperatūrų intervale, geriausiai esant pH=7 ir 30°C temperatūrai.
12. Kompleksinis NT valymo būdas pagal bet kurį iš 1-11 punktų, besiskiriantis tuo, kad minėtas NT šalinimas yra atliekamas in situ arba ex situ.
13. Kompleksinis NT šalinimo būdas pagal bet kurį iš 1-12 punktų, besiskiriantis tuo, kad NT šalinimas gali būti pradedamas ex situ ir po migruojančios NT frakcijos pašalinimo gali būti tęsiamas in situ.
14. Kompleksinis NT šalinimas būdas pagal bet kurį iš 1-13 punktų, besiskiriantis tuo, kad po aplinkos valymo nuo NT, panaudojant NEM ir NOM derinius, yra taikomas fitoatstatymas.
15. Ekspertinė sistema, besiskirianti tuo, kad minėta sistema yra skirta panaudoti kompleksiniam NT šalinimo būdui pagal bet kurį iš 2-14 punktus, bei tuo, kad ji apima: pradinės NT sudėties bei aplinkos parametrų įvertinimą, valymo būdo, panaudojant NEM ir NOM ir jų derinius, jų koncentracijų, išplovimo ir biodegradavimo parametrų parinkimą ir augalų fitoremediacijai parinkimą.