способ рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами

Формула изобретения

Способ рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, включающий внесение в почву минеральных азотно-фосфорных добавок и природного высокопористого минерала-мелиоранта с последующим рыхлением, отличающийся тем, что в качестве минерала-мелиоранта используют минерал из группы алюмосиликатов, а рыхление проводят на глубину не менее 25-30 см.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв.

Известен способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью (патент РФ №20113095, МПК А01В 79/00, опубл. 20.06.98 г.). Рекультивацию осуществляют поэтапно в течение трех лет, в первый год наносят сорбенты, затем рыхлят с последующим чизеливанием.

Недостатками способа является то, что рекультивационные мероприятия в этих случаях ограничиваются только удалением избытка нефти, а для полной очистки почвы от остаточной нефти, в значительной степени уже адсорбированной почвенными частицами и потому недоступной для применяемых адсорбентов, необходимо стимулирование углеводородокисляющей микрофлоры самой почвы, а также продолжительные сроки восстановления земель.

Известен также способ очистки почвы от загрязнения нефти и нефтепродуктами (патент РФ №2137559, МПК В 09 С 1/08, опубл. 20.09.99 г.), в котором очистку почвы проводят путем введения в загрязненную среду торфа, предварительно активированного минеральными добавками.

Недостатками этого способа являются внесения больших доз торфа, что не экономично, кроме того, основные нефтеперерабатывающие предприятия находятся в северных регионах, где преобладают торфяные почвы, поэтому дополнительное внесение нецелеобразно.

Наиболее близким способом, выбранным нами за прототип, является способ рекультивации нефтезагрязненных земель (М.З.Гайнутдинов и др. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны Татарии // Сборник научных трудов. Современные проблемы биосферы. М.:Наука,1988, 177-191 с.). Способ заключается в том, что в загрязненную почву вносятся различные виды минеральных удобрений, навоза, извести и их сочетаний на фоне рыхления.

Недостатками этого способа являются большая продолжительность восстановления почвы (при 5% степени загрязнения почвы до 3 лет, при 10% до 4 лет), а также внесение высоких доз минеральных удобрений, что не экономично, кроме того, большие дозы минеральных удобрений приводят к подавлению естественной микробиологической азотфиксации почвы.

Основным техническим результатом предложенного способа является сокращение сроков восстановления почвы. Предложенный способ позволяет при 5% степени загрязнения сократить сроки восстановления до одного года, а при степени загрязнения более 10% до двух лет. При рекультивации почвы сокращается количество вносимых удобрений в 2-3 раза.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, включающем внесение в почву минеральных азотно-фосфорных добавок и природного высокопористого минерала-мелиоранта с последующим рыхлением согласно предложенному решению в качестве минерала-мелиоранта используют минерал из группы алюмосиликатов, а рыхление проводят на глубину не менее 25-30 см.

Способ осуществляется следующим образом.

Приготовленный сухой минерал-мелиорант разбрасывают по территории в количестве от 1 до 3 т/га, в зависимости от степени загрязнения почвы. Одновременно с минералом-мелиорантом вносят источники азотного и фосфорного питания в виде минеральных удобрений. Причем, учитывая высокий уровень микробиологической фиксации атмосферного азота, из расчетного количества азотных удобрений вычитают количество удобрений, соответствующее по действительному веществу 30-50 кг азота. Для равномерного распределения минерала-мелиоранта в объеме загрязненного грунта, а также для усиления аэрации проводят рыхление с помощью экологических машин типа ЭМ-М, ЭМ-4М и ЭМ-3БМ на глубину не менее 25-30 см, так как при рыхлении на меньшую глубину в рекультивацию не включается весь загрязненный слой. В случае высокой степени загрязнения грунта целесообразно провести повторное внесение минерала-мелиоранта в количестве 1-1,5 т/га с последующим рыхлением грунта.

Если за один сезон необходимая степень деструкции нефтепродуктов не будет достигнута, то на следующий год частицы минерала-мелиоранта сразу же после повышения температуры вновь возобновят свои функции стимулятора микробиологической активности почвы, так как обладают протекторными свойствами для клеток микроорганизмов, адсорбированных на поверхности и в поровом пространстве минерала. Высокие концентрации углеводородных поллютантов в почве приводят к расширению соотношения углерода и азота и частичной гипоксии, что способствует 1,5-2-кратному усилению в нефтезагрязненной почве процессов микробиологической азотфиксации. Введение в нефтезагрязненную почву минерала-мелиоранта, содержащего в составе микроэлементного комплекса молибден, обеспечивает максимальный уровень несимбиотической азотфиксации в грунте за счет активации нитрогеназного ферментного комплекса азотфиксирующих бактерий.

Согласно экспериментальным данным введение в нефтезагрязненный грунт минерала-мелиоранта, стимулирующего азотфиксацию, может обеспечить поступление в почву из атмосферы около 30-50 кг азота на 1 га почвы за сезон. В пересчете на полное азотное удобрение такое количество фиксируемого биологического азота позволяет компенсировать применение 200-300 кг азофоски и 100-150 кг аммиачной селитры на 1 га обрабатываемой площади. Удобрения вносят дробно, количество, приемны внесения и сроки определяются типом почвы, характером и степенью загрязнения. Стартовые дозы внесения азотных минеральных удобрений при любых почвенных и климатических условиях не должны превышать количеств, соответствующих 100 кг действующего вещества на 1 га почвы. При проведении фитомелиорации на заключительном этапе рекультивационных работ высев семян многолетних трав проводят одновременно с внесением калийных удобрений, в количестве, соответствующем не менее 120-150 г действующего вещества на 1 кг почвы. Усиление процессов азотфиксации в нефтезагрязненном грунте за счет стимулирования минералом-мелиорантом аборигенной микрофлоры позволяет в определенной степени нивелировать пространственную неоднородность распределения поллютантов, так как интенсивность несимбиотической азотфиксации находится в прямой зависимости от увеличения соотношения углерода и азота, т.е. от количества нефти на конкретном участке почвы.

Характеристика минерала-мелиоранта: общая пористость 70-75%; сорбционная емкость по отношению к нефти 1,5-2,0 г нефти на 1 г минерала; адгезионная способность по отношению к микрофлоре 5-10·10 клеток на см².

Содержание биогенных макро- и микроэлементов, %:

кальций-1,00-1,10;

магний - 0,60-0,65;

калий - 0,75-0,80;

натрий - 0,25-0,30;

цинк - 0,0035-0,0040;

медь - 0,0026-0,0030;

бор - 0,0025-0,0030;

марганец - 0,0075-0,0085;

молибден - 0,0010-0,0015;

кобальт - 0,0010-0,0015;

никель - 0,0035-0,0040.

Пример 1.

Исходное содержание нефтепродуктов на участке загрязненной почвы площадью 1·104 м² составляло 75-90 г на 1 кг почвы, что соответствует 15%-му уровню загрязнения (от объема почвы). Для очистки от нефтепродуктов в почву всего было внесено: 2 т минерала-мелиоранта; 500 кг азофоски и 500 кг азотного удобрения. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхления на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерал-мелиорант одновременно обеспечил сорбцию нефтяных углеводородов и 5-6-кратное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Уровень несимбиотической азотфиксации возрос более чем на порядок и составил 7-8 мг N/г почвы. При этом актуальная активность азотобактера составила 95-98% от потенциально возможной для данной почвы. Высокая численность углеводородокисляющей микрофлоры и активность азотфиксации отмечались на протяжении всего периода наблюдений, т.е. 30 суток, по истечении которых содержание нефти снизилось до 18-20 г/кг почвы. Это соответствует 85-88%-й очистке почвы.

Пример 2.

Исходное содержание нефтепродуктов на участке загрязненной почвы площадью 1·104 м² составляло 150 г на 1 кг почвы, что соответствует 25%-му уровню загрязнения (от объема почвы). Для очистки от нефтепродуктов в почву всего было внесено: 2,5 т минерала-мелиоранта; 300 кг аммиачной селитры; 1 т суперфосфата и 300 кг азотного удобрения. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхления на глубину не менее 25-30 см. Сразу после внесения в почву минерал-мелиорант одновременно обеспечил сорбцию нефтяных углеводородов и рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов до уровня 5-6·10 клеток в 1 г почвы и более чем 10-кратное увеличение активности азотфиксации.

Высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов отмечалась на протяжении первого месяца и снизилась на порядок к концу третьего месяца наблюдений в результате уменьшения запасов биогенных элементов в грунте. Высокий уровень азотфиксации сохранялся в течение всего периода наблюдений. При этом уже на 7 сутки наблюдений была зафиксирована 47-53%-ая степень очистки почвы от нефти. Спустя 3 месяца от начала наблюдений была достигнута 65%-ая степень очистки почвы. Содержание нефтепродуктов в почве не превышало 55 г на 1 кг почвы.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет в короткие сроки (при низкой и средней степени загрязнения - за один летний сезон; при высокой степени - за два сезона) провести детоксикацию и восстановление основных экологических функций почвы. Минерал-мелиорант одновременно обеспечивает сорбцию нефтяных углеводородов и стимулирует активность углеводородокисляющих и азотфиксирующих микроорганизмов, что обусловливает высокую скорость деструкции нефти. Способ экономически и экологически выгоден, так как наряду с экономией азотных удобрений из-за малых доз внесения минерала-мелиоранта обеспечивает стимулирование активности аборигенной углеводородокисляющей и азотфиксирующей микрофлоры рекультивируемой почвы.