способ восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Формула изобретения

Способ восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, включающий распределение загрязненной почвы на горизонтальной площадке, внесение смеси чистой почвы и песка при соотношении почва - песок (4:1)-(5:1) до содержания нефти в почве 5-15 вес.%, внесение сорбента на основе плодовой оболочки семян подсолнечника в почву при соотношении сорбент - почва (1:10)-(1:100), внесение нефтеокисляющих микроорганизмов в виде бактериального препарата "Деворойл" при соотношении препарат - почва (1:100)-(1:1000), а также комплексного азотно-фосфорно-калиевого удобрения в количестве 2-4 г/кг и микроудобрения в количестве 6-20 мг/кг.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и биотехнологии, а именно восстановления почв и почвогрунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, способом, предусматривающим использование сорбента из растительного сырья совместно с нефтеокисляющими микроорганизмами и комплексным удобрением.

Среди современных способов очистки почв от загрязнений нефтепродуктами наиболее эффективными и безопасными являются сорбционный и микробиологический. К сорбентам предъявляются следующие требования: высокая сорбционная емкость по отношению к загрязнителю, биоразлагаемость, нетоксичность. Этим требованиям отвечает сорбент на основе плодовой оболочки семян подсолнечника (патент №2240864, RU). Использование сорбционного способа препятствует распространению загрязнения в почве, деструкция нефтепродуктов происходит при помощи аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов.

Известен способ восстановления техногенно загрязненных почв, включающий отбор почвенных образцов с загрязненного объекта, выделение активных деструкторов загрязнения и получение на их основе биопрепарата, внесение полученного биопрепарата в почву, обработку загрязненного участка водорастворимыми гуматами, рыхление, внесение удобрений, извести, посев сидеральных культур и многолетних трав (заявка №2002127139, RU). Недостатком этого способа является необходимость выделения и получения биопрепарата.

Известен способ восстановления почв, загрязненных углеводородами, в соответствии с которым в загрязненную почву вносят питательные вещества и солому и механически перемешивают (патент №2135306, RU). В данном способе для утилизации нефти также используются аборигенные микроорганизмы-нефтедеструкторы.

Известен способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами (патент №2193464, RU). Способ предусматривает применение аэрируемых почвенных площадок, внесение органического разрыхлителя, использование биопрепарата и последующую фиторемедиацию. По этому способу для снижения концентрации нефтепродуктов загрязненную почву смешивают с чистой почвой. Эта стадия позволяет снизить концентрацию нефтезагрязнения с помощью разбавления и активизирует микробиологическую активность почвы за счет внесения микроорганизмов - нефтедеструкторов со свежей почвой. Однако использование для восстановления чистых плодородных почв экологически нецелесообразно из-за ограниченности почвенных ресурсов.

Наиболее близким к заявляемому является способ, в соответствии с которым загрязненная почва обрабатывается составом для очистки почвы, содержащим нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексное удобрение и адсорбент (патент №2112610, RU). В качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют бактериальные препараты "Путидойл", "Деворойл" и "Достройл". В качестве адсорбента используют древесную стружку. Периодически производят полив почвы и подкормку комплексным удобрением.

Недостатком данного метода является низкая сорбционная способность предлагаемого сорбента (1,72 г/г), а также медленная биодеградация древесной стружки. Для деструкции сорбента в почве в состав препарата вводят дополнительно целлюлозоразрушающие бактерии, а также карбонат магния или кальция для нейтрализации избыточного количества кислот, образующихся при биоразложении сорбента.

В связи с этим с целью повышения эффективности очистки почв от нефти и нефтепродуктов задачей изобретения является создание способа восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, обеспечивающего высокую эффективность очистки почв, сочетающего в себе сорбционный и микробиологический способы ликвидации нефтезагрязнений, безвредного для естественных биогеоценозов, не требующего дополнительного внесения микроорганизмов и химических веществ для ускорения микробиологической деструкции сорбента.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, включающем внесение в загрязненную почву нефтеокисляющих микроорганизмов в виде бактериального препарата "Деворойл", сорбента и комплексного удобрения, увлажнение и рыхление, загрязненную почву распределяют на горизонтальной площадке, добавляют смесь чистой почвы и песка при соотношении почва - песок (4:1)-(5:1) до содержания нефти в почве 5-15 вес.%, в качестве сорбента вносят в почву при соотношении сорбент - почва (1:10)-(1:100) сорбент на основе плодовой оболочки семян подсолнечника, бактериальный препарат "Деворойл" вносят при соотношении препарат - почва (1:100)-(1:1000), а в качестве комплексного удобрения вносят комплексное азотно-фосфорно-калиевое удобрение в количестве 2-4 г/кг и микроудобрение в количестве 6-20 мг/кг. Дальнейшая обработка почвы - рыхление, увлажнение, дополнительное внесение биопрепарата, сорбента и комплексного удобрения - производится по мере необходимости в соответствии с микробиологическими показателями почвы и погодными условиями.

В качестве сорбента используется сорбент на основе плодовой оболочки подсолнечника (патент №2240864, RU). Сорбент получают обработкой плодовой оболочки растворителем, выбранным из ряда экстракционный бензин, петролейный эфир, нефрас, при температуре кипения растворителя и последующим замораживанием и размораживанием. Полученный продукт имеет развитую пористую структуру поверхности за счет увеличения размера пор при обработке и удаления из них балластных веществ, а следовательно, обладает повышенными сорбционными свойствами по сравнению с необработанными растительными материалами - сорбционная емкость предлагаемого сорбента по нефти составляет 9-11 г/г. Количество сорбента зависит от типа почвы, концентрации нефти и ее состава, длительности загрязнения, структурных характеристик почвы и подбирается в каждом конкретном случае с учетом перечисленных характеристик. Минимальное количество сорбента составляет 10 г на 1 кг почвы при условии свежего загрязнения легкими фракциями углеводородов. Максимальное количество сорбента используется при высоких концентрациях нефтепродуктов в почве и больших площадях загрязнения и составляет 100 г/кг почвы. В этом случае внесение большого количества смеси почва - песок нецелесообразно из-за ограниченности почвенных ресурсов, разбавление осуществляется за счет внесения большого количества сорбента, концентрация нефтепродуктов в почве снижается как за счет сорбции, так и за счет дополнительного разбавления до оптимальной величины 5-7 вес.%, при которой начинаются микробиологические процессы утилизации нефти.

В качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используется микробный препарат с торговым названием "Деворойл". Выбор препарата обусловлен тем, что в состав "Деворойла" входит 5 видов микроорганизмов - нефтедеструкторов, утилизирующих различные фракции нефти, что обеспечивает универсальность применения и высокую эффективность препарата. Оптимальное количество клеток нефтеокисляющих микроорганизмов, необходимое для микробиологической утилизации нефти, составляет 10⁹-10¹¹ на 1 г почвы, что достигается при внесении биопрепарата в количестве 1-10 г на 1 кг почвы.

В качестве источника микроэлементов используется комплексное микроудобрение "МИКОМ", содержащее следующие микроэлементы, г/л: Zn 2,8-30,0; Cu 0,2-30,0; В 2,0-5,0; Мо 0,1-1,0; Fe 8,5-30,0; Mn 4,0-15,0; Co 0,03-0,1 в соответствии с ТУ У 03598943.007-2000.

При перемешивании загрязненных почв и почвогрунтов со свежей почвой и песком происходит снижение концентрации нефтепродуктов путем разбавления до уровня 5-15 вес.%. Кроме того, увеличивается содержание нефтеокисляющих микроорганизмов за счет внесения их со свежей почвой. Внесение в почву песка приводит к частичной сорбции нефтепродуктов, при этом разрушаются пленочные структуры нефти. В целом улучшаются структурные характеристики почвы. Развитая пористая структура сорбента в сочетании с его гидрофобностью обеспечивает высокую степень сорбции нефтепродуктов. Иммобилизованные на поверхности сорбента нефтепродукты используются в качестве источника углерода нефтеокисляющими микроорганизмами, вводимыми в виде бактериального препарата "Деворойл", а также изначально присутствующими в загрязненной почве. Оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов поддерживаются при помощи внесения минерального комплексного удобрения и комплекса микроэлементов. При перемешивании и рыхлении кислород и вода аккумулируются в порах сорбента, что обеспечивает постоянное присутствие в почве кислорода, необходимого для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Сорбент является биоразлагаемым и полностью утилизируется аборигенными целлюлозоразрушающими микроорганизмами почвы.

Эффективность заявляемого способа была подтверждена экспериментально. При выполнении работы использовались микробиологические и химические методы исследования.

Объектом очистки являлись загрязненные нефтью почва и грунт, снятые в поле на месте аварийного прорыва нефтепровода. Нефтезагрязненные почвогрунты были размещены слоем 30 - 50 см на горизонтальной площадке и смешаны с чистой почвой и песком при соотношении чистая почва - песок (5:1). Почва черноземная, грунт глинистосупесчаный. Почвогрунты представляли собой липкую черную мажущуюся массу, образующую крупные, с трудом разбивающиеся комья.

Предварительно были проведены химические и микробиологические анализы усредненных почвогрунтов. Образцы для анализа отбирали методом конверта по ГОСТ 17.44.02-84, ГОСТ 17.43.01-83. Анализы на содержание нефтепродуктов проводили методом инфракрасной спектрометрии по методике РД 52.18.575-96 «Методические указания. Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах почвы методом инфракрасной спектрометрии. Методика выполнения измерений».

Первоначально содержание нефтепродуктов составило 300±5 г/кг почвогрунтов. Хроматографический анализ показал разнообразие содержащихся в почвогрунтах углеводородов с преобладанием алканов С₁₀-С₃₃, а также наличие тяжелых и ароматических фракций.

В составе микрофлоры проб почвогрунта преобладали актиномицеты, нокардиеформные микроорганизмы, псевдомонады, бациллы и флавобактерии. Количество сапрофитных микроорганизмов в среднем составляло 10 ⁸-10¹⁰ клеток/г почвогрунта. Нефтеокисляющие микроорганизмы составляли незначительную часть - 10 ³ клеток /г.

Процедуру очистки объекта от нефтезагрязнения проводили в весенне-осенний период при температуре 15-30°С. Обработку сорбентом, биопрепаратом и комплексным удобрением производили периодически в соответствии с микробиологическими показателями почвогрунта.

В зависимости от содержания в очищаемом грунте солей азота, фосфора, некоторых элементов для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов вносили комплексное удобрение в виде комплексного азотно-фосфорно-калиевого удобрения и микроудобрения. Грунт периодически увлажняли и перемешивали с помощью колесного экскаватора.

Эффективность очистки оценивали при помощи коэффициента деструкции, который представляет собой отношение количества нефтепродуктов в почве в текущий момент времени к количеству нефтепродуктов на момент начала восстановительных работ (после разбавления смесью чистой почвы и песка до содержания 5-15 вес.%).

В таблице представлена динамика процесса очистки нефтезагрязненного почвогрунта с помощью сорбента и биопрепарата.

Таблица
Дата проведения	Обработка	Количество нефтеокисляющих микроорганизмов, клеток/г почвогрунта	Количество нефтепродуктов, г/кг почвогрунта	Коэффициент деструкциинефти, %
25.04.05	Размещение	3·103	300,0	-
	почвогрунта на
	горизонтальной
	площадке и
	перемешивание со
	смесью чистой
	почвы и песка
25.04.05	Перемешивание;	5·108	140,2	-
	рыхление;
	увлажнение
30.04.05	Внесение сорбента,	5·108	-	-
	биопрепарата и
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
07.05.05	Рыхление;	5·108	-	-
	увлажнение
21.05.05	Рыхление;	9·108	94,2	32,8
	увлажнение
27.05.05	Глубокое	8·10 11	-	-
	перемешивание;
	внесение сорбента,
	биопрепарата и
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
03.06.05	Рыхление;	1·10 11	52,1	62,8
	увлажнение
15.06.05	Рыхление;	1·1010	-	-
	увлажнение
22.06.05	Перемешивание;	6·1012	-	-
	внесение
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
06.07.05	Рыхление;	3·10 10	-	-
	увлажнение
19.07.05	Рыхление;	4·1010	15,2	89,2
	увлажнение
26.07.05	Глубокое	3·10 12	-	-
	перемешивание;
	внесение сорбента,
	биопрепарата и
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
02.08.05	Внесение	1·10 12	8,4	94,0
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
	и микроудобрения
09.08.05	Рыхление;	1·1011	-	-
	увлажнение
16.08.05	Рыхление;	2·1010	6,3	95,5
	увлажнение;
	питательная
	подкормка
23.08.05	Глубокое	8·1011	-	-
	перемешивание;
	внесение сорбента,
	биопрепарата и
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
30.08.05,	Рыхление;	1·1010	-	-
07.09.05,	увлажнение
14.09.05,
21.09.05,
27.09.05
05.10.05	Глубокое	1·10 10	5,7	95.9
	перемешивание;
	внесение сорбента,
	биопрепарата и
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
12.10.05;	Рыхление;	1·10 10	-	-
19.10.05	увлажнение
26.10.05	Рыхление;	3·1010	4,2	98,6
	увлажнение;
	внесение
	комплексного
	азотно-фосфорно-
	калиевого удобрения
«-» - исследование не проводили.

Использование интенсивной технологии применения сорбента и биопрепарата позволило снизить содержание нефтепродуктов в очищаемом почвогрунте на 98,6%. Дальнейшее снижение содержания нефтепродуктов происходило естественным путем за счет содержания в почвогрунте нефтеокисляющих микроорганизмов.

Полученные результаты позволяют рекомендовать использовать способ восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, включающий смешивание загрязненной почвы с чистой почвой и песком, внесение в почву сорбента на основе плодовой оболочки подсолнечника, микробного препарата "Деворойл", содержащего нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексного минерального удобрения, периодическое увлажнение, рыхление и повторную обработку биопрепаратом, сорбентом и комплексным удобрением для ускорения процессов утилизации нефти и нефтепродуктов в почве. Совокупность заявленных существенных признаков позволяет повысить эффективность очистки почв и грунтов от нефтепродуктов.

Заявляемый способ поясняется примерами.

Пример 1. Объектом очистки является загрязненный нефтью черноземный почвогрунт с содержанием нефтепродуктов 215 г/кг. Нефтезагрязненную почву размещают на горизонтальной площадке, смешивают с чистой почвой и песком при соотношении чистая почва-песок (4:1) до концентрации нефти в почвогрунте 10%. Вносят сорбент на основе плодовой оболочки подсолнечника в количестве 50 г/кг почвы, биопрепарат в виде водной суспензии в количестве 2 г/кг почвы, комплексное азотно-фосфорно-калиевое удобрение в количестве 3 г/кг и микроудобрение в количестве 6 мг/кг. Дальнейшую обработку почвы - рыхление, увлажнение, дополнительное внесение сорбента, биопрепарата и комплексного удобрения - производят по мере необходимости в соответствии с микробиологическими показателями почвы и погодными условиями. Коэффициент деструкции составляет 97,2% к концу 5-го месяца очистки.

Пример 2. Объектом очистки является загрязненный черноземный почвогрунт с содержанием нефти 300 г/кг. Нефтезагрязненную почву размещают слоем толщиной 30-40 см на горизонтальной площадке, смешивают с чистой почвой и песком при соотношении чистая почва - песок (4: 1) до концентрации нефти в почвогрунте 10%. Вносят сорбент на основе плодовой оболочки подсолнечника в количестве 100 г/кг почвы, биопрепарат в виде водной суспензии в количестве 10 г/кг почвы, комплексное азотно-фосфорно-калиевое удобрение в количестве 4 г/кг почвы и микроудобрение в количестве 10 мг/кг. Дальнейшую обработку почвы - рыхление, увлажнение, дополнительное внесение сорбента, биопрепарата и комплексного удобрения - производят по мере необходимости в соответствии с микробиологическими показателями почвы и погодными условиями. Коэффициент деструкции составляет 98.0% к концу 6-го месяца очистки.

Пример 3. Объектом очистки является загрязненная глинистая почва с содержанием нефтепродуктов 90 г/кг. Загрязненную почву размещают на горизонтальной площадке слоем толщиной 30-40 см, смешивают с чистой почвой и песком при соотношении почва - песок (4:1) до содержания нефтепродуктов 8 вес.%, вносят сорбент на основе плодовой оболочки семян подсолнечника в количестве 50 г/кг почвы, биопрепарат в виде водной суспензии в количестве 5 г/кг почвы, комплексное удобрение в количестве 4 г/кг и микроудобрение в количестве 6 г/кг. Коэффициент деструкции составляет 95,5% к концу 5-го месяца очистки.

Заявляемый способ восстановления почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, обеспечивает высокую степень очистки почвы от нефтезагрязнений, сочетает в себе сорбцию нефтепродуктов и микробиологическую их деструкцию, является безвредным для естественных биогеоценозов.