Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (ГФС) Российский патент 2021 года по МПК B09C1/00 B09B3/00 C05F11/02 C05D9/02 C05G3/80 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при утилизации нефтешламов, образующихся в результате переработки (обезвреживания) отходов бурения, загрязненных нефтью и нефтепродуктами грунтов, шламов очистки трубопроводов, емкостей, железнодорожных цистерн и др. и предназначено для использования при рекультивации нарушенных земель в процессе строительства линейных сооружений и площадочных объектов; ликвидации буровых шламовых амбаров, шламонакопителей, нефтешламонакопителей (внесения изоляционного слоя); утилизации нефтешламов непосредственно на месте их образования; создания рекультивационного слоя при восстановлении нефтезагрязненных земель и для создания плодородного дернового слоя грунта.

Из уровня техники известна грунтошламовая смесь, содержащая нефтешлам, буровой шлам, торф, песок, воду, сорбенты и биодеструкторы углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтешлам и буровой шлам - 20-25; песок - 20-30; торф - 30-35; сорбенты - 2-5; биодеструкторы углеводородов - 2-5; вода - 10. Обеспечивается улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями, уменьшение нефтезагрязненных участков [Пат. РФ 2522317, 20.02.2013].

Недостатком является увеличение стоимости обеззараживания нефтешламов за счет применения сорбентов и биодеструкторов углеводородов и маленький объём утилизируемых нефтешламов по отношению к другим компонентам грунтошламовой смеси.

Известен способ получение грунта, включающего буровой шлам, в который на 97,5% массовых долей вносят прокаленный диатомит в количестве 2,5% массовых долей с последующим механическим перемешиванием до получения однородного грунта. Способ позволяет улучшить воднофизические свойства бурового шлама [Пат. РФ 2704858, 09.01.2019].

Недостатком изобретения является неизвестное время деструкции нефтепродуктов, имеющихся в наличии в заявленной грунтошламовой смеси и дальнейший способ её утилизации.

Прототипом заявленного изобретения является смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки. Используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см³ и влажностью в пределах 30-60%. Содержание компонентов смеси составляет, мас.%: буровой шлам 35-50, песок или супесчаный грунт 25-30, торф марки А, Б 25-30, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки - остальное. Использование данного изобретения позволяет обеспечить экологическую безопасность окружающей среды [Пат. РФ 2631391, 18.10.2015].

Недостатком прототипа слишком обширное содержание различных вариантов, составляющих смеси, что может негативно отразиться как на стоимости шламово-грунтовой смеси и эффективности применения.

Целью изобретения является сокращение затрат на транспортировку нефтешламов до ближайшего пункта утилизации и возможность их переработки сразу после образования путем создания фиторемедиационной смеси с нефтешламом в составе.

Задачей, на которую направлено данное изобретение, является создание фиторемедиационной смеси с добавлением нефтешламов на территории их образования, способной к деструкции углеводородов нефти и активации дерновых процессов.

Указанная задача достигается в грунтошламовой фиторемедиационной смеси, содержащей нефтяной шлам, торф, диатомит, сапропель, мелиоранты биодеструкторы (например, торфо-диатомитовый мелиорант (ТДМ) Пат. РФ 2718815 или др.) для деструкции нефти и нефтепродуктов и для активации дерновых процессов смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis) или ржи озимой - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтешлам - 40-50;

Торф - 25-30;

Сапропель - 5-10;

Диатомит - 5-7;

Мелиоранты биодеструкторы - 3-5;

Смесь трав - остальное.

Грунтошламовая фиторемедиационная смесь изготавливается следующим образом:

Исходное сырье ГФС при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной шлам - 40-50, торф - 25-30, диатомит - 5-7, сапропель - 5-10, мелиоранты биодеструкторы (например, торфо-диатомитовый мелиорант (ТДМ) Пат. РФ 2718815 или др.) - 3-5 и смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis) или ржи озимой - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa - остальное, тщательно перемешивается, например, в машине для перемешивания грунта MC1120 или MC2120 (Фиг. 1) или др. аналогичных моделей, до получения однородной смеси.

Приготовленная ГФС представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текучепластичной до рыхлой консистенции в зависимости от влагосодержания исходного сырья.

Приготовленная ГФС равномерным слоем до 15 см рассыпается на земельную поверхность в непосредственной близости от образования нефтяного шлама и при необходимости орошается.

Для разработки ГФС использовали следующие материалы:

1. Верховой торф. Влажность торфа от 50 до 75%, водородный показатель водной вытяжки (рН) 5,5 - 7,5. Степень разложения верхового торфа не превышает 25 %, зольность - менее 5%. Основные неорганические соединения торфа: азот до 1,5%, фосфор, калий, кальций (в сумме) до 0,6% (N:P:K). Содержание гуминовых веществ в торфе составляет 7,4 - 7,9%.

2. Диатомит по ГОСТ Р 51641-2000 или ТУ 10-05031531-378-94, или ТУ 5761-001-59266087-2005. Диатомит увеличивает степень сорбции углеводородов за счет высокой пористости и представляет собой окаменелые остатки диатомовых водорослей, более чем на 90% состоит из кремнезема.

Исходное нерудное сырьё соответствует следующим параметрам (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика диатомита

Наименование показателя Значение показателя Содержание SiО₂ Не менее 82% Содержание А1₂О₃ Не более 7% Содержание Fe₂О₃ Не более 4% Влажность Не более 8%

3. Сапропель (ТУ 0135-001-94744244-2007). Имеет следующие характеристики:

Таблица 2

Характеристики сапропеля

Наименование показателя Значение показателя 1. Внешний вид, цвет Однородная масса темно-бурого цвета 2. Массовая доля влаги, не более % 60 3. Кислотность (pHсол), не менее 8,1 4. Массовая доля органического вещества в пересчете на сухое вещество, % не менее 52 5. Зольность на сухое вещество, % не более 48 6. Массовая доля макроэлементов питания растений, % на абсолютно сухое вещество, не менее
- азота общего
- фосфора общего
- калия общего 1,5
0,2
0,4

Пример 1 - опытно-промышленные испытания в ОАО «РЖД»

ГФС готовили по вышеуказанному способу с использованием нефтешламов, образованных в основном в связи с промывкой железнодорожных цистерн перевозящих нефтепродукты, на территории эксплуатационного локомотивного депо Егоршино г. Артемовский Свердловской области, на железобетонном нефтеуловителе ОАО «РЖД».

ГФС с различной степенью загрязнения и пропорциями составляющих в двух повторностях высыпали ровным слоем на огороженном перегородками земельном участке в квадраты площадь каждого 1 м² и высевали рожь озимую - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa. В таблице 3 представлены результаты динамики деструкции нефтепродуктов и изменения агрохимических показателей с 1 по 6 квадрат.

Таблица 3

Результаты опытно-промышленных испытаний (фиг. 4-5)

Пропорции составляющих ГФС НШ/Т/Д/С/М/СТ*, % Начальная степень загрязнения нефтепродуктами, г/кг № квадрата Динамика деструкции НП, г/кг Изменение NPK и гумуса объединённых проб K, млн^-1 P, млн^-1 N, % Гумус, % 20.05.2020 20.06.20 20.07.20 20.08.20 20.08.20
28.09.20 40/30/5/7/3/15 132 1 32,83 1,17 0,33 463
534 14
24 1,51
1,31 >15
>15 4 49,83 2,83 1,00 50/25/10/5/5/5 264 2 185,00 35,54 1,83 494
450 10
54 1,37
1,08 >15
>15 5 153,40 43,20 1,33 45/27/7/6/4/11 660 3 352,83 188,83 34,33 364
906 49
10 1
1,58 >15
>15 6 329,17 167,00 33,83 Контроль - - - - - 165 189 0,31 7,2

НШ - нефтешлам; Т - торф; Д - диатомит; С - сапропель; М - мелиоранты; СТ - смесь трав.

В результате опытно-промышленных испытаний (табл. 3, фиг. 4-5) в период положительных температур 2020 года наблюдалась устойчивая динамика к снижению нефтепродуктов и практически везде прослеживалась положительная динамика изменения агрохимических показателей ГФС.

Пример 2 - результаты лабораторных испытаний

ГФС готовили по вышеуказанному способу с использованием нефтешламов, образованных в основном в связи с промывкой железнодорожных цистерн, перевозящих нефтепродукты, в лабораторных условиях.

ГФС с различной степенью загрязнения и пропорциями составляющих в трех повторностях высыпали в лабораторные горшки и высевали смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis). После высева наблюдали энергию прорастания семян, всхожесть, длину ростков, корней и биомассу растений. Длительность эксперимента - 31 день.

Таблица 4

Энергия прорастания (ЭП), всхожесть, суммарные длины ростков и корней, и суммарная биомасса растений

№ п/п Пропорции составляющих ГФС НШ/Т/Д/С/М/СТ, % Шифр ЭП (3 дня), % Всхожесть, % Суммарная длина ростков, мм Суммарная длина корней, мм Суммарная биомасса, мг 1 40/30/5/7/3/15 ГФС50(1) 60 90 3466 1242 2,1893 50/25/10/5/5/5 ГФС40(2) 30 60 2422 970 0,919 2 40/30/5/7/3/15 ГФС50(3) 25 50 1310 498 0,177 50/25/10/5/5/5 ГФС40(4) 25 40 1249 433 0,202 3 40/30/5/7/3/15 ГФС50(5) 50 90 2202 819 0,258 50/25/10/5/5/5 ГФС40(6) 30 40 1288 362 0,229 4 ГН50** 5 0 0 0 0 ГН40** 20 60 852 315 0,062 К Контроль 15 70 1949 935 0,9355

**ГН50 - грунт/нефтешлам /50г/50г; **ГН40 - грунт/нефтешлам /50г/40г

В результате проведенных исследований наблюдается эффективность применения ГФС на развитие стебля и корней растений и на прирост биомассы как по отношению к контролю, так и по отношению к загрязненному грунту без применения ГФС (Фиг. 2-3, 6).

На грунте, загрязненном нефтешламом ГН50, прорастание семян наблюдалось в начале эксперимента, но через непродолжительное время они погибли. Прорастание семян может быть связано с тем, что они находилось на поверхности исследуемого грунта и когда корни ростков начали стремиться в грунт, то подверглись токсическому влиянию НШ и погибли. На образцах ГН50 с меньшей степенью загрязнения наблюдается отставание суммарных длин корней, ростков, биомассы и др. показателей растений от образцов с применением ГФС.

Внедрение ГФС позволяет сэкономить нефтедобывающим, перерабатывающим и транспортирующим нефть и нефтепродукты предприятиям на штрафных санкциях и решить проблему утилизации нефтешламов.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (ГФС) содержит нефтяной шлам, торф, мелиоранты биодеструкторы, причем она дополнительно содержит диатомит, сапропель, смесь трав. Все компоненты взяты при определенном соотношении. Изобретение позволяет создать фиторемедиационную смесь с добавлением нефтешламов на территории их образования, способную к деструкции углеводородов нефти и активации дерновых процессов. 6 ил., 4 табл., 2 пр.

Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (ГФС), содержащая нефтяной шлам, торф, мелиоранты биодеструкторы, отличающаяся тем, что дополнительно содержит диатомит, сапропель, смесь трав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтешлам 40-50 Торф 25-30 Сапропель 5-10 Диатомит 5-7 Мелиоранты биодеструкторы 3-5 Смесь трав Остальное