СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК B09C1/10 

Изобретение относится к составам для очистки почвы от нефтяных загрязнений. Известен адсорбент для очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов, содержащий многокомпонентное природное образование и модификатор. В качестве многокомпонентного природного образования используется торф или его смесь с сапропелем, в качестве модификатора - соли двухвалентных металлов гуминовых кислот [1].

Данный состав выполняет функцию сорбирующего материала и позволяет удалить нефтяное загрязнение с поверхности разлива по причине того, что высушивание приготовленного состава приводит к гибели микрофлоры и потере способности торфа дополнительно выполнять роль биодекструктора нефтяных углеводородов. Более того, для приготовления сорбента используют торф нарушенной структуры после извлечения из него гуминовых кислот, что приводит к снижению его сорбционной способности по отношению к нефти. Приготовление модификатора, выполняющего роль гидрофобизатора, включающее извлечение из сапропеля солей двухвалентных металлов, является дополнительной и не совсем оправданной операцией.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к предлагаемым изобретениям является состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений, принятый за прототип [2].

Состав по п.1 содержит нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексное удобрение и адсорбент при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтеокисляющие микроорганизмы 1,0-2,0

Комплексное удобрение 9,0-16,0

Адсорбент Остальное

Состав по п.2 дополнительно содержит Clostridium omelianskii и/или Вас. mesentericus при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтеокисляющие микроорганизмы 1,0-2,0

Комплексное удобрение 9,0-16,0

Clostridium omelianskii

и/или Вас. Mesentericus 0,2-0,4

Адсорбент Остальное

Недостатком состава является включение в него дорогостоящих известных бактериальных препаратов, содержащих набор определенных культур микроорганизмов, возможно, не свойственных для конкретного региона, внесение которых в нефтезагрязненную почву, может привести к нарушению биологического баланса в данной местности. К недостаткам получения предлагаемого состава можно отнести трудоемкую операцию аммонизации торфа с целью получения комплексного удобрения, а также осуществление дорогостоящей и длительной операции выделения нефтеусваивающих микроорганизмов.

Задачей изобретения является получение более простого по компонентному составу и способу приготовления экологически чистого и дешевого состава для рекультивации нефтезагрязненных почв, позволяющего за счет его сорбционных свойств и присутствия нефтеокисляющих микроорганизмов за короткий срок очистить различные виды почв разной степени загрязнения.

Поставленная задача решается путем создания составов для очистки почвы от нефтяных загрязнений, содержащих нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, в котором в качестве адсорбента и источника микроорганизмов используется торф, а в качестве удобрения - азотно-фосфорсодержащие минеральные удобрения. При этом первый состав для очистки сильнозагрязненных поверхностей почвы нефтью и нефтепродуктами содержит в 100 г а.с.в. 12-15% азота (N) и 1.8 - 2.3% фосфора (Р) (при соотношении N:Р=1:0,15) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азотное удобрение 24,25-44,10

Фосфорное удобрение 6,50-8,80

Торф (а.с.в.) 47,1-69,25

Второй состав содержит в 100 г а.с.в. 0,15-0,30% азота (N) и 0,065-0,13% фосфора (Р) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азотное удобрение 0,260-0,870

Фосфорное удобрение 0,235-0,500

Торф (а.с.в.) Остальное

Первый состав может быть использован для очистки почвы от нефтяных загрязнений различной степени после предварительного сбора избыточной (плавающей) нефти с почвенной поверхности. Предлагаемый состав внутри заявляемого количественного интервала содержит оптимальное количество азотно-фосфоросодержащих минеральных удобрений, внесение которых в нефтезагрязненную почву любой степени загрязнения обеспечит соотношение C:N:P, равное (10-20):1:0,15, необходимое, по данным эксперимента, для жизнедеятельности углеводородокисляющих микроорганизмов в течение длительного времени. Заявляемые количественные параметры содержания торфа в составе используемого в качестве сорбента нефтяных углеводородов обеспечат их сорбцию. Присутствующие в торфе углеводородокисляющие микроорганизмы при попадании в среду, содержащую нефть, начинают усиленно расти, используя в качестве питания углерод нефти, органические и минеральные соли, содержащиеся в составе, и биоразлагать нефтяные углеводороды.

Второй состав может быть использован для очистки почвы от нефтяных загрязнений невысокой степени - до 8 л/м². Использование первого состава в этом случае нецелесообразно по причине его более высокой стоимости и высокого содержания в нем минеральных удобрений, не нужных в таком количестве для питания углеводородокисляющих микроорганизмов при низкой степени загрязнения. Заявляемый количественный интервал внесения в состав азотно-фосфоросодержащих минеральных удобрений и торфа обусловлен использованием состава в этом интервале в качестве удобрения под сельскохозяйственные культуры. Состав вносится в нефтезагрязненную почву из расчета внесения с этим составом торфа (влажность - 60%), азота (N) и пятиокиси фосфора (P₂O₅) в дозе 100 т, 60-120, 60-120 кг соответственно на 1 га. Количество азота и фосфора, содержащееся в составе, соответствует тому минимальному значению, которое оказывает заметное влияние на скорость деструкции нефти.

Об эффективности очистки нефтезагрязненной почвы судят по степени деструкции нефтяных углеводородов и численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Для этого через год после обработки проводят анализ почвы. При необходимости доочистки на следующий весенне-летний период для интенсификации жизнедеятельности углеводородокисляющих микроорганизмов в обрабатываемый участок вносят азотно-фосфорные удобрения в количестве, обеспечивающем необходимое соотношение C:N:P.

Новым в заявляемых составах является то, что в качестве источника микроорганизмов используют торф, который является носителем углеводородокисляющей микрофлоры, адаптированной к нефтяному загрязнению, между тем как в прототипе источником микроорганизмов являются дорогостоящие бактериальные препараты, содержащие набор определенных культур, возможно, не свойственных для конкретного региона.

В заявляемых составах в качестве удобрения используют минеральные удобрения, содержащие азот и фосфор, внесение которых в торф способствует его активации, которая приводит к интенсификации роста нефтеокисляющих микроорганизмов при внесении состава в среду, содержащую нефть, и сохраняющих свою активность в течение длительного периода. Дополнительное присутствие в составе удобрения калия, магния, микроэлементов, как в комплексном удобрении прототипа, не требуется по причине их содержания в достаточном количестве в самом торфе.

В качестве адсорбента в заявляемом изобретении используют торф, который обладает сравнительно высокой емкостью поглощения нефти и не требует утилизации, поскольку является широко используемым органическим удобрением, между тем как в прототипе, где адсорбентом служат древесные стружки и для их утилизации используют целлюлозоразрушающие микроорганизмы.

Предлагаемые составы для очистки почвы от нефтяных загрязнений являются экологически безопасными, поскольку для их приготовления используется многокомпонентное природное образование - торф, который является носителем макро- и микроэлементов, органическим удобрением, а также может выступать в роли рыхлителя (физического мелиоранта), что улучшает аэрацию почвы и создает благоприятные условия для деструктивной деятельности нефтеокисляющих микроорганизмов.

Предлагаемые составы экономически выгодны и с точки зрения отсутствия дополнительной операции аммонизации торфа с целью получения основного компонента комплексного удобрения как в прототипе, поскольку в предлагаемых составах при внесении в торф азотсодержащего удобрения при последующей инкубации в мезофильном режиме в течение 3-7 суток проходит его частичная аммонизация.

Для приготовления составов используют торф влажности от 55 до 70%, при которой создаются наилучшие условия для поглощения ионов аммония и фосфат-ионов, и минеральные удобрения, содержащие азот и фосфор, являющиеся питательной средой для микроорганизмов и обеспечивающие увеличение численности нефтеокисляющей микрофлоры при внесении состава в нефтезагрязненную почву. Необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов калий, магний, микроэлементы (Сu, Мо) находятся в достаточном количестве в самом торфе.

Для получения состава по пп.1 и 2 торф смешивают с минеральными удобрениями. Затем в течение 3-7 суток приготовленную смесь инкубируют в мезофильном режиме для обеспечения необходимого уровня численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

Характеристика состава для очистки почв от нефтяных загрязнений, выполняющего роль сорбента и окислителя нефтяных углеводородов:

- сорбционная емкость по отношению к нефти - 3,5-8 г нефти/1 г а.с.в;

- общая численность углеводородокисляющих микроорганизмов (100-400)·10⁸ клеток/1 г а.с.в.

Пример 1. Готовится состав по п.1 путем смешения торфа степени разложения 23%, зольности 25%, влажности 60%, с величиной емкости поглощения нефти 6,5 г/1 г а.с.в и общей численностью углеводородокисляющих микроорганизмов 1232,9 клеток/1 г а.с.в в количестве 690 кг (47,1 мас.%), аммиачной селитры и двойного суперфосфата в количестве 258,4 (44,1 мас.%) и 51,6 (8,8 мас.%) кг соответственно. Содержание азота (N) и фосфора (Р) в 100 г а.с.в. составляет 15 и 2,3% соответственно. Полученная смесь смешивается в смесителе в течение 8-10 мин и выдерживается в мезофильном режиме в течение 7 суток при температуре 22°С для обеспечения необходимого уровня численности углеводородокисляющих микроорганизмов и сорбции торфом ионов аммония и фосфат-ионов.

Полученный состав в дозе 100 т/га вносится в нефтезагрязненную почву со степенью загрязнения 15 л/м² (5,2 г/100 г почвы), что обеспечивает соотношение C:N:P, равное 13:1:0,15. Внесение состава осуществляется в весенне-летний период с помощью разбрасывателя минеральных удобрений с последующим перемешиванием с верхним слоем почвы на глубину 20 см. При попадании в нефтезагрязненную почву состав осуществляет одновременно сорбцию нефтяных углеводородов, а также способствует интенсификации углеводородокисляющих микроорганизмов, ответственных за деструкцию нефтяных углеводородов.

Через 7 суток, 1 и 3 месяца после обработки осуществляли анализ почвы. Об эффективности состава судили по степени деструкции нефти и численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

В таблице приведены результаты определения степени деструкции нефти и общая численность углеводородокисляющих микроорганизмов. При использовании предлагаемого состава степень деструкции за 1 месяц составила 23%, за 3 месяца 64,4%. Количество углеводородокисляющих микроорганизмов, возросшее в начале опыта, остается стабильно высоким в течение трех месяцев.

Пример 2. Готовится состав по примеру 1 с иным массовым содержанием компонентов и другими удобрениями, используемыми в качестве источника азота и фосфора. Смешивается 849 кг (69,25 мас.%) торфа влажности 60%, 118,9 кг (24,25 мас.%) карбамида и 31,9 кг (6,5 мас.%) аммофоса. Содержание азота (N) и фосфора (Р) в 100 г а.с.в составляет 12% и 1,8% соответственно.

Полученный состав в дозе 100 т/га вносится в нефтезагрязненную почву со степенью загрязнения 15 л/м² (5,2/100 г почвы), что обеспечивает C:N:P, равное 19:1:0,15.

Об эффективности состава, как и в примере 1, судят по степени деструкции нефти и численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

В таблице показано, что при использовании предлагаемого состава степень деструкции за 1 месяц составила 21%, а за 3 месяца 63,5%.

Количество углеводородокисляющих микроорганизмов, возросшее в начале опыта, остается стабильно высоким в течение трех месяцев.

Пример 3. Готовится состав по п.2 по примеру 1 путем смешивания 994,5 кг (98,63 мас.%) торфа влажности 60%, 3,5 кг (0,87 мас.%) аммиачной селитры и 2,0 кг (0,50 мас.%) двойного суперфосфата.

Полученный состав в дозе 100 т/га вносится в нефтезагрязненную почву со степенью загрязнения 8 л/м² (2,8 г/100 г почвы).

Об эффективности состава, как и в примерах 1,2, судят по степени деструкции нефти и численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

В таблице показано, что при использовании предлагаемого состава степень деструкции за 1 месяц составила 32%, за 3 месяца 68%. Количество углеводородокисляющих микроорганизмов, возросшее в начале опыта, несколько снижается к третьему месяцу испытаний.

Пример 4. Готовится состав по примеру 3 с иным массовым содержанием компонентов и иными азотно-фосфоросодержащими удобрениями, входящими в этот состав. Смешивается 998 кг (99,505 мас.%) торфа влажности 60% 1,04 кг (0,260 мас.%) карбамида, 0,94 кг (0,235 мас.%) аммофоса.

Полученный состав в дозе 100 т/га вносится в нефтезагрязненную почву на площадь 100 м со степенью загрязнения 8 л/м (2,8 г/100 г почвы).

В таблице показано, что при использовании предлагаемого состава степень деструкции за 1 месяц составила 30%, за 3 месяца 67%.

Количество углеводородокисляющих микроорганизмов, возросшее в начале опыта, несколько снижается к третьему месяцу испытаний.

Заявляемые составы для очистки почвы от нефтяных загрязнений по сравнению с известными, в том числе и с прототипом являются более эффективными, доступными, не требуют больших затрат при их производстве, позволяют за короткий срок очистить почву различной степени загрязнения.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2126717, кл. В 01 J 20/00, опубл. 02.27.1999 г. “Сорбент для очистки вод от нефти и нефтепродуктов”.

2. Патент Российской Федерации №2112610, кл. С 02 F/34, опубл. 06.10.1998 г. “Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки почвы от нефтяных загрязнений”.

Изобретение относится к составам, предназначенным для очистки почвы от нефтяных загрязнений. Состав содержит нефтеокисляющие микроорганизмы, адсорбент и удобрение. В качестве адсорбента и источника микроорганизмов он содержит торф, а в качестве удобрения - азотно-фосфоросодержащие минеральные удобрения при условии содержания в 100 г абсолютно сухого вещества состава 12-15% азота и 1,8-2,3% фосфора и соотношения азота и фосфора 1:0,15 при следующем соотношении компонентов, мас.%: азотное удобрение - 24,25-44,10, фосфорное удобрение - 6,50-8,80, торф (абсолютно сухое вещество) - 47,10-69,25. Для очистки почвы невысокой степени загрязнений нефтью и нефтепродуктами предлагается состав, содержащий в 100 г абсолютно сухого вещества состава 0,15-0,30% азота и 0,065-0,13% фосфора при следующем соотношении компонентов, мас.%: азотное удобрение - 0,260-0,870, фосфорное удобрение -0,235-0,500, торф (абсолютно сухое вещество) - остальное. Технический результат - получение более простого по компонентному составу и способу приготовления экологически чистого и дешевого состава для рекультивации нефтезагрязненных почв, позволяющего за короткий срок очистить различные виды почв разной степени загрязнения. 2 н.п.ф-лы, 1 табл.

1. Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений, содержащий нефтеокисляющие микроорганизмы, адсорбент и удобрение, отличающийся тем, что в качестве адсорбента и источника микроорганизмов он содержит торф, а в качестве удобрения - азотно-фосфоросодержащие минеральные удобрения при условии содержания в 100 г абсолютно сухого вещества состава 12-15% азота и 1,8-2,3% фосфора и соотношения азота и фосфора, равного 1:0,15, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азотное удобрение 24,25 - 44,10

Фосфорное удобрение 6,50 - 8,80

Торф (абсолютно сухое вещество) 47,10 - 69,25

Азотное удобрение 0,260 - 0,870

Фосфорное удобрение 0,235 - 0,500

Торф (абсолютно сухое вещество) Остальное