СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 2006 года по МПК C12N1/26 B09C1/10 

Предлагаемое изобретение относится к биотехнологическим методам охраны окружающей среды, в частности к рекультивации почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пластовыми водами.

Известен биореагент для очистки почвы от нефтяных загрязнений, представляющий собой жидкий активный ил биохимкомбината (НА. Киреева и др. Использование активного ила для рекультивации почв, загрязненных нефтью // Почвоведение, 1996, №11, стр.1399-1403).

Недостатками применения данной композиции являются: низкая концентрация микробной биомассы и питательных веществ по сухому веществу (1,0%), низкая степень очистки, ограниченность применения для очистки водоемов, длительность периода очистки.

Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ ускоренной рекультивации почвы, загрязненной нефтепродуктами, где на специально обустроенных делянках, имеющих гравийную основу, глинисто-щебенчатый экран, проницаемые для жидкости бортики, разграниченных дренажными канавками, укладывают нефтезагрязненную почву, просушивают, вносят торф, минеральные удобрения. Затем запахивают, выравнивают и наносят слой сухого активного ила, на который высевают семена многолетних трав, поверх наносят тонкий слой торфа. Поверхность увлажняют суспензией ассоциированной культуры углеводородокисляющих микроорганизмов /Пат. 2066944, мки А 01 В 79/02/.

Недостатком этого способа является трудоемкость его осуществления - обустройства специальных делянок, доставка нефтезагрязненной почвы и послойное ее распределение, внесение суспензии ассоциированной культуры углеводородокисляющих микроорганизмов, которые могут нарушить биологический баланс в данной местности, что может явиться причиной непредсказуемых биологических последствий. Способ для своей реализации требует больших материальных затрат.

Задачей изобретения является разработка экологически чистого способа очистки нефтезагрязненных почв, не требующего осуществления трудоемких, дорогостоящих операций, которые позволят в короткие сроки восстановить почву.

Это достигается тем, что в способе очистки почвы от нефтяных загрязнений, включающем обработку поверхности смесью микроорганизмов и питательных веществ, согласно изобретению в качестве смеси микроорганизмов и питательных веществ используют сухой активный ил целлюлозно-бумажных предприятий, представляющий собой смесь микроорганизмов и питательных веществ, со степенью сгущения до 20-35 г/дм³, и в качестве косубстрата вводят углеводно-минеральную добавку (УМД) 0,3-1,5%, при этом для дополнительной аэрации добавляют структурирующий агент для дополнительной аэрации, для нейтрализации кислых почв добавляют известь, а сильнощелочных - гипс, затем проводят агрохимические мероприятия - посев бобовых растений например люцерны. Предпочтительней осуществлять полив водой в количестве не менее 10 л/м².

В отличие от прототипа в предлагаемом способе используют сухой активный ил, представляющий собой готовую смесь промышленной ассоциации аэробно-анаэробных микроорганизмов (бактерии, дрожжи, грибы) в концентрациях 108-1013 кл/мл, относящихся к различным физиологическим группам, питательного субстрата, состоящего из органических и минеральных веществ. В сухом активном иле содержатся полисахариды, целлюлозное волокно, низкомолекулярный лигнин, жирные кислоты. ТУ 2458-001-33-78-25-61-2000. Сухой активный ил используют при степени сгущения до 20-35 г/дм³ и влажности 10-15%. Существенно использование активного ила именно целлюлозно-бумажных производств, так как последующее внесение в качестве структурирующего агента соломы (источника целлюлозы) активизирует процессы адаптации в почве микрофлоры, адаптированной к данному источнику углеродного питания.

Сухой активный ил нетоксичен, не обладает кумулятивным действием и не способен к образованию токсичных соединений.

Основными факторами очистки почвы является то, что с одной стороны, почвенная микрофлора использует сухой активный ил в качестве источника питания, который стимулирует жизнедеятельность почвенной микробиоты.

Органические и минеральные вещества сухого активного ила, попадая в почву, служат энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, благодаря чему в почве усиливается активность микробиологических процессов, под влиянием которых происходит мобилизация питательных веществ и самоочищение почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

С другой стороны, микроорганизмы сорбируются на поверхности структурирующей добавки, и та часть из них, которая способна усваивать продукты разложения целлюлозы, обеспечивается дополнительным источником питания. Активизация жизнедеятельности этих микроорганизмов вносит определенный вклад в процесс биоремедиации почвы.

Значения рН, близкие к нейтральным, являются оптимальными для разложения нефти в почвах:

для нейтрализации кислых нефтезагрязненных почв вносят известь, которая нейтрализует продукты разложения нефти, снижает подвижность токсичных веществ, ускоряет разложение метанонафтеновых структур, а также повышает количество кальция и магния, поглощенного при нефтяном загрязнении, и улучшает агрохимические свойства почвы;

для нейтрализации сильнощелочных нефтезагрязненных почв вносят гипс, который способствует вытеснению поглощенного натрия кальцием, в результате чего образуется сульфат натрия, который легко вымывается и снижает техногенно-обусловленную щелочность среды.

Углеводно-минеральная добавка (УМД) по ТУ 13-0248643-800-90 представляет собой однородную густую жидкость коричневого цвета, имеет плотность 1,25 г/см³. Основными компонентами этой добавки являются моносахариды, органические кислоты, макро- и микроэлементы.

В качестве структурирующего агента применяется солома (измельченная, т.к. лучше протекают микробиологические процессы в почве, происходит более быстрая минерализация органических соединений и меньшее накопление токсических соединений) злаковых озимых культур, которая улучшает плодородие почвы, является гидрофобным материалом, воздействуя на почву в отношении ее теплового режима из-за низкой теплопроводности.

В качестве фитомелиоранта используется люцерна посевная (Medicago sativa), растения семейства бобовых способны повышать микробиологическую активность почв и их плодородие.

Способ биологической очистки почв от нефтяных загрязнений осуществляется следующим образом:

- внесение сухого активного ила, УМД и структурирующего агента, извести (гипса);

- рыхление ежемесячно (обычная вспашка и боронование), при этом происходит активизация жизнедеятельности микроорганизмов, улетучиваются легкие и газообразные фракции нефти, уменьшается глыбистость почвенных частиц, улучшается водно-воздушный режим, пористость почвы и биохимическая активность;

полив водой не менее 10 л/м², в сухое время года не реже одного раза в 7-10 дней;

посев многолетних трав бобовых растений (люцерна) с развитой корневой системой, которая способствует улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащает почву азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой (в почву) в процессе жизнедеятельности растений.

Сроки внесения - с весны до поздней осени на освобожденные от снега (льда) поверхности. Обработанная препаратом нефть разлагается в течение одного летнего сезона.

Примеры конкретного применения способа.

Испытания способа очистки нефтезагрязненной почвы проводились на серой лесной почве, загрязненной товарной нефтью (рН водный 5,8).

Пример 1. Нефтезагрязненная почва без обработки (табл.1).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%). Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 2. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил (табл.1).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 3. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь (табл.1).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, а также известь 10 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 4. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь + УМД (табл.1).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, а также известь 10 г на 100 г почвы и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 5. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь + УМД + солома + люцерна через 30 суток (табл.1).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, известь 10 г на 100 г почвы, и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы, а также солому. Через 30 суток производили посев люцерны. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Испытания способа очистки нефтезагрязненной почвы проводились на дерново-подзолистой почве, загрязненной товарной нефтью (рН водный 7,2).

Пример 6. Нефтезагрязненная почва без обработки (табл.2).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%). Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 7. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил (табл. 2).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 8. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс (табл.2).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, а также гипс 10 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 9. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД (табл.2).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, а также гипс 10 г на 100 г почвы и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 10. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД + солома + люцерна (табл.2).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, гипс 10 г на 100 г почвы, УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы, а также солому. Через 30 суток производили посев люцерны. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Инкубация в термостате (30°С) продолжалась 90 суток. Анализы на содержание нефтепродуктов проводились через 10, 30, 90 дней. Повторность опыта трехкратная. В таблице приведены усредненные данные.

Как видно из полученных данных табл.1 и 2, в процессе рекультивации наблюдалось последовательное снижение количества нефтепродуктов, причем максимальное снижение концентрации было в варианте 4, с использованием сухого активного ила, извести (гипса), соломы и люцерны, где в почве не обнаружено нефтепродуктов.

Таким образом, предлагаемый способ очистки нефтезагрязненных почв позволяет ускорять процесс биодеградации нефти и увеличивать степень очистки почвы под воздействием микробной биомассы и питательных веществ сухого активного ила, целлюлозного волокна, низкомолекулярного лигнина, входящих в состав сухого активного ила, извести (гипса), УМД, соломы, проведения агротехнических мероприятий.

Способ прост в исполнении, экологически безопасен.

Таблица 1ВариантыЭффективность биоразложения нефтепродукта в почве, %10 суток30 суток90 суток1. Нефтезагрязненная почва (без обработки)6,112,120,62. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил41,064,090,23. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь42,674,192,34. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил +известь + УМД42,876,394,85. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь + УМД + солома + люцерна44,180,3отсут.Таблица 2ВариантыЭффективность биоразложения нефтепродукта в почве, %10 суток30 суток90 суток6. Нефтезагрязненная почва (без обработки)3,121,128,67. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил42,060,890,28. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил +гипс45,672,594,79. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД48,173,897,410. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД +солома + люцерна50,176,4отсут.

Предлагаемое изобретение относится к биотехнологическим методам охраны окружающей среды, в частности к рекультивации почв, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и пластовыми водами. Способ включает обработку поверхности сухим активным илом целлюлозно-бумажных предприятий, представляющим собой смесь микроорганизмов и питательных веществ, со степенью сгущения до 20-35 г/дм³. Введение углеводно-минеральной добавки (УМД) 0,3-1,5%, при этом для дополнительной аэрации добавляют солому, для нейтрализации кислых почв добавляют известь, а сильнощелочных - гипс. Затем проводят агрохимические мероприятия - посев бобовых растений. Предлагаемый способ очистки нефтезагрязненных почв позволяет ускорять процесс биодеградации нефти и увеличить степень очистки почвы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений, включающий обработку поверхности сухим активным илом целлюлозно-бумажных предприятий со степенью сгущения 20-35 г/дм³, отличающийся тем, что дополнительно вводят углеводно-минеральную добавку в количестве 0,3-1,5 мас.% в качестве косубстрата, при этом для дополнительной аэрации добавляют солому, при необходимости для нейтрализации кислых почв добавляют известь, а для сильнощелочных почв - гипс, затем проводят агротехнические мероприятия путем посева бобовых растений - люцерны.2. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений, отличающийся тем, что после внесения сухого активного ила, углеводно-минеральной добавки и соломы осуществляют полив водой в количестве не менее 10 л/м².