x
≡ меню
+375 (17) 268-52-22 +375 (44) 597-14-86

Способ деструкции нефти и нефтепродуктов в загрязненных почвах



Способ деструкции нефти и нефтепродуктов в загрязненных почвах
В результате проведенных исследований изучено влияние препарата «Petro Gobbler» на концентрацию нефтепродуктов в почвах, загрязненных в результате порыва нефтепровода. Показано, что утилизация нефтяного загрязнения под действием биопрепаратов является сложным разнонаправленным процессом. Рассмотрена динамика происходящих в нефтезагрязненных почвах изменений под действием препарата «Petro Gobbler». Выявлено снижение концентрации нефтепродуктов под влиянием препарата «Petro Gobbler».

Введение

Нефтегазодобывающие и нефтегазоперерабатывающие предприятия являются источниками загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами. Попадая в окружающую среду, углеводороды нефти оказывают негативное влияние на почвенные экосистемы: губят живые организмы и существенно изменяют условия их обитания. Процесс самовосстановления загрязненной среды является очень длительным и, по мнению ряда исследователей, идет более 15-25 лет. Основными причинами снижения плодородия почв, подвергнувшихся нефтяному загрязнению, являются: 1) прямое действие на растения и микробное сообщество токсических компонентов нефти; 2) изменение трофического режима почв; 3) уменьшение влагоемкости почв и блокирование питательных веществ в твердой фазе вследствие гидрофобизации ее поверхности; 4) уменьшение численности беспозвоночных - почвообразователей.

Проблема охраны и очистки окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами приобретает все большую остроту в связи с ограниченностью возможностей (а иногда и экологического вреда) применения для этих целей механических и физико-химических способов очистки. В связи с этим в последнее время внимание экологов привлекает биологический метод очистки почвы от нефтяных загрязнений, который основан на применении микроорганизмов, способных использовать углеводороды нефти в качестве единственного источника углерода и энергии. При этом подразумевается не только активизация аборигенной микрофлоры загрязненных объектов, но и внесение биопрепаратов, содержащих штаммы активных нефтедеструкторов. Использование биологического метода дает возможность снизить концентрацию нефтепродуктов до фоновых значений при низких эксплуатационных затратах и простоте решения. Поэтому представляет особый интерес именно биологическая оценка степени повреждения при-родных экосистем при нефтяном загрязнении почвы, а также разработка комплекса эффективных рекультивационных мероприятий, производимых на основании этой оценки. Как правило, биологические объекты проявляют обобщенную реакцию на действие токсических компонентов почвенного поллютанта. По этой реакции можно оценить реальную опасность загрязнения для живой природы и охарактеризовать направленность и скорость происходящих в природной среде изменений. В настоящей работе сделана попытка экспериментально разработать диагностические показатели изменения различных уровней загрязнения почвы нефтью с помощью эколого-микробиологических критериев.



Материал и методы исследования

Проведены лабораторные исследования биоремедиации загрязненных почв от нефти и нефтепродуктов с использованием препарата «Petro Gobbler». Препарат представляет собой сухой, сыпучий продукт, полученный на основе микробной ассоциации и включаю¬щей гарантированный минимум концентрации бактерий в количестве 50 млн CFU/гр. Действенный уровень рН 5-10. Эффективная температура от 5 до 55 °С. Производство США. Принцип действия препарата основано на способности микроорганизмов использовать нефть и продукты ее переработки в качестве источника питания. Основа препарата - биомасса микроорганизмов деструкторов. Препарат сочетает в себе свойства деструктора, сорбента и рекультиватора. В опытах использовали почвы, загрязненные нефтью и нефтепродуктами в результате порыва нефтепровода. Концентрация нефтепродуктов в пробах, а также рН среды, содержание фосфора, калия и азота представлены в таблице. Контролем служили среда с нефтью без бактерий. Влажность очищаемой почвы поддерживали на уровне 50-60 % от ее полной влагоемкости. Опыты проводили в трех повторностях. Опыты заложены одновременно. О результатах экспериментов судили по остаточному содержанию нефти в пробах. Физические и агрохимические свойств почвы определяли общепринятыми методами. Для наблюдения за процессом разложения нефти определяли остаточное содержание углеводородов. Предварительная подготовка проб для физико¬химическим анализов проведена по СТБ ИСО 11464-2207.

При проведении исследований использовали 2 различных метода изучения влияния вносимого препарата на нефтезагрязненные почвы: 1-й - прямые наблюдения за процессом разложения нефти в почве; 2-й - содержание нефти определяли на анализаторе жидкости «Флюорат-02-3М>, МВИ массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов определяли флуориметрическим методом раз в неделю во всех пробах. Определения проводили на базе лаборатории аналитического контроля качества вод и загрязнения земель Республиканской лаборатории аналитического контроля.

Схема эксперимента:
1 Емкость: концентрация нефтепродуктов 55 000.0 мг/кг, рН 7.5.
Каждую неделю добавляли 50 мл Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2.5 л воды. Через сутки добавляли микробную биомассу Petro Gobbler в количестве 6.25 г + 500 мл теплой воды.
Концентрации питательных элементов: Азот - 900 мг/кг; фосфор - 68 мг/кг, калий - 64 мг/кг.

2 Емкость: концентрация нефтепродуктов 53 000.0 мг/кг, рН 7.7.
Каждую неделю добавляли 50 мл Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2.5 л воды. Через сутки добавляли микробную биомассу Petro Gobbler в количестве 6.25 г + 500 мл теплой воды.
Концентрации питательных элементов: Азот - 1500 мг/кг; фосфор - 71 мг/кг, калий - 87 мг/кг.

3 Емкость: концентрация нефтепродуктов 22 500.0 мг/кг, рН 6.5.
Каждую неделю добавляли 50 мл Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2.5 л воды. Через сутки добавляли микробную биомассу Petro Gobbler в количестве 6.25 г + 500 мл теплой воды.
Концентрации питательных элементов: Азот - 400 мг/кг; фосфор - 80 мг/кг, калий - 70 мг/кг.
Во все емкости 11 ноября 2014 г. добавлены препарат «Instant yeast» (Инстантные дрожжи) фирмы «Instaferm» с целью стимуляции работы микробной ассоциации Petro Gobbler.

4 Емкость: концентрация нефтепродуктов 55 000.0 мг/кг, рН 7.5
Добавлено 2 л жидкого органического удобрения «Жидкий биогумус»

5 Емкость: концентрация нефтепродуктов 53 000.0 мг/кг, рН 7.7.
Добавлено 10 л органического удобрения биогумус

6 Емкость: концентрация нефтепродуктов 22 500.0 мг/кг, рН 6.5.
Добавлено 5 л органического удобрения биогумус. Единоразово добавляли 50 мл Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2.5 л воды. Через сутки добавляли микроб¬ную биомассу Petro Gobbler в количестве 6.25 г + 500 мл теплой воды.



Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований показано, что биологическая очистка нефтезагрязненных почв включает следующие виды работ:
– детальная экспертиза нефтезагрязненной почвы как основы для разработки регламента очистки;
– комплекс агротехнических и агрохимических мероприятий, включающий обработку нефтезагрязненной почвы биопрепаратами;
– контроль за снижением степени нефтяной нагрузки на почву и за изменением основных агрохимических показателей очищаемой почвы.
Отмечено, что утилизация нефтяного загрязнения под действием биопрепаратов является сложным разнонаправленным процессом. При этом контроль эффективности работы биопрепаратов и изменение основных агрохимических параметров очищаемой почвы включает определение оставшейся нефтяной нагрузки, наличие углеводородокислящих микроорганизмов и условий их жизнеобеспечения.

Проведенные нами исследования выявили, что способность почвы осуществлять процессы детоксикации и минерализации углеводородов нефти находятся в зависимости от времени контактирования с ними и степени загрязнения.

Изучение влияния нефтяного загрязнения на почву показало, что нефть ухудшает агрофизические свойства почвы: наблюдается агрегирование почвы в крупные структурные агрегаты. При этом происходит уплотнение почвы и изменение водно-воздушного режима.

Таким образом, загрязнение товарной нефтью привело к уменьшению гигроскопической влаги, максимальной гигроскопичности, полной и капиллярной влагоемкости, что свидетельствует о снижении загрязненной почвы поглощать влагу из атмосферы.

Лабораторные исследования воздействия биопрепарата на промышленно-загрязненные почвы показали, что данный препарат ускоряет процесс очистки почвы, и способствует улучшению ее экологического состояния. Однако, в целом, еженедельная обработка биопрепаратом в течение 1,5 месяцев оказалось недостаточной для полной утилизации нефтяного загрязнения. Результаты анализа концентрации нефтепродуктов в составе загрязненной и частично-очищенной почвы представлены в таблице. Изменение микробиологической ситуации в нефтезагрязненной почве могло произойти по ряду причин, включая затрудненный доступ воздуха к очищаемому слою почвы, снижение значений рН и содержания таких элементов как азот, фосфор и калий.

После внесения препарата в первую емкость оказалось, что через неделю произошло резкое падение концентрации нефтепродуктов в грунте, а затем снижение концентрации нефтепродуктов происходило
постепенно. Через 5 недель концентрация нефтепродуктов в первой емкости снизилась в
16,7 раза. При этом произошло увеличение содержания общего азота в пробе в 1,4 раза; фосфора - в 2,8 раза и калия - в 11,6 раза. Кроме того, наблюдалось незначительное снижение значений рН.

При внесении препарата во вторую емкость оказалось, что через неделю концентрация нефтепродуктов снизилась в 2 раза, затем снижение концентрации происходило постепенно, однако через 4 недели произошло резкое падение концентрации нефтепродуктов. Через 5 недель концентрация нефтепродуктов во второй емкости снизилась в 18,9 раза. При этом произошло увеличение содержания общего азота в 1,5 раза, общего фосфора в 3,9 раза, общего калия - в 12 раз. Кроме того, наблюдалось снижение значений рН, но более интенсивно, чем в первой емкости.

При внесении препарата в третью емкость произошли аналогичные изменения с концентрацией нефтепродуктов, как и во второй емкости. Через 5 недель концентрация нефтепродуктов в этой емкости снизилась в 10,9 раза. При этом произошло увеличение содержания общего азота в 1,9 раза, общего фосфора - в 3,2 раза, общего калия - в 7,1 раза. Кроме того, наблюдалось незначительное снижение значений рН, как и в первой емкости.

При внесении в четвертую емкость 2 л. жидкого органического удобрения «Жидкий биогумус» оказалось, что через 5 недель концентрация нефтепродуктов снизилась в 2 раза и без влияния вносимого препарата. При этом, произошло уменьшение содержания общего азота в 1,7 раза, но увеличение содержания общего фосфора - в 2,8 раза и общего калия - в 7,7 раза.

При внесении в пятую емкость 10 л. органического удобрения биогумус оказалось, что концентрация нефтепродуктов уменьшилась в 2 раза. При этом, содержание общего азота увеличилось в 2,1 раза, общего фосфора - в 13 раз, а общего калия - в 14,7 раза. По сравнению с предыдущими результатами, в данной емкости наблюдается самое большое повышение содержания питательных элементов, при этом происходит и уменьшение концентрации нефтепродуктов без внесения препарата.

В шестую емкость добавляли 5 л. органического удобрения биогумус. Единоразово добавляли 50 мл. Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2,5 л. воды. Через сутки добавляли микробную биомассу Petro Gobbler в количестве 6.25 г. + 500 мл. теплой воды. Через 5 недель оказалось, что в данной емкости не происходило уменьшения концентрации нефтепродуктов, что возможно связано с ингибирующим влиянием препарата на микрофлору биогумуса или в свою очередь микрофлоры биогумуса на штаммы микроор-ганизмов препарата. Однако отмечено повышение содержания основных питательных элементов: азота - в 3 раза, фосфора - в 6,4 и калия - в 12,1 раза.

Результаты показывают, что внесение препарата вызывает снижение концентрации нефти и нефтепродуктов. Согласно рекомендациям «Критерии отнесения отходов к классу опасности для окружающей среды» (утверждены приказом Министерства природных ресурсов РФ № 511 от 15.06.01 г. степенью градации загрязнения почвогрунтов нефтью и нефтепродуктами являются:

– незагрязненные - до 1.5 г/кг
– слабозагрязненные - от 1.5 до 5.0 г/кг
– среднезагрязненные - от 5.0 до 13.0 г/кг
– сильнозагрязненные - от 13.0 до 25.0 г/кг
– очень сильно загрязненные - более 25.0 г/кг.

Анализ полученных результатов показал, что данные образцы изначально были отнесены к сильно и очень сильно загрязненным грунтам. Однако через 1.5 месяца после внесения препарата, все исследуемые нефтезагрязненные грунты можно отнести к слабо-загрязненным грунтам. Порядок установления степени опасности отходов производства и класса опасности опасных отходов производства утвержден Постановлением Министерства природы и охраны окружающей среды и МЧС РБ от 17.01.2008 № 3/13/2. Согласно данному постановлению, нефтезагрязненные грунты после внесения препарата Petro Gobbler следует отнести к нефтезагрязненным почвам 4 класса опасности - малоопасные.

Внесение гуминовых веществ в виде органического удобрения «Жидкий биогумус» и самого биогумуса в нефтезагрязненные грунты показало, что гуминовые кислоты можно применять не только в качестве стимуляторов роста растений, но и средств детоксикации и очистки нефтезагрязненных почв. Внесение гуминовых веществ в емкости с нефтезагрязненным грунтом позволило ускорить эффективную сорбцию углеводородов и активизировать микробиологические процессы (хотя и в меньшей степени, чем при внесении препарата) в результате чего происходит ускоренная деструкция нефтепродуктов, очистка грунта и обогащение почв гумусом. При этом происходит восстановление и основных агрохимических свойств почвы.

Таким образом, применение препарата Petro Gobbler гарантирует:

– снижение концентрации нефти и нефтепродуктов в нефтезагрязненных почвах (грун-тах);
– простоту использования технологии биоремедиации;
– полную экологическую безопасность и отсутствие чужеродных штаммов: культуры микроорганизмов-деструкторов, составляющие препарат, выделены из природных ассо-циаций, нетоксичны и непатогенны;
– полную утилизацию промежуточных продуктов деструкции нефтяных углеводородов.

Рекомендации по применению:

Обработка загрязненной нефтепродуктами почвы препаратом Petro Gobbler состоит из следующих стадий:
– внесение сорбента 50 мл Start Gobbler concentrate for Petro Gobbler + 2.5 л воды;
– через сутки добавление микробной биомассы Petro Gobbler в количестве 6.25 г + 500 мл теплой воды;
– перемешивание загрязненной почвы с целью улучшения действия препарата.



Заключение

Таким образом, применение препарата позволяет увеличить степень очистки почвы от нефти и нефтепродуктов и может найти широкое применение для ликвидации нефтяных загрязнений в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Происходящие при воздействии биопрепарата процессы биодеструкции и биотрасформации нефтяных углеводородов обусловливали эффективную очистку промышленно-загрязненной почвы от нефтепродуктов и улучшение ее экологического состояния, т. е. препарат Petro Gobbler обеспечивает более высокую скорость самоочищения почв, исключенных из хозяйственного оборота в результате нефтеразливов. Препарат Petro Gobbler обладает ярко выраженной активностью в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов, вызывая в них глубокие и необратимые процессы деградации до остаточных продуктов, относящихся к экологически нейтральным соединения.

Учитывая простоту и доступность разработанной методики, можно предложить применение данного препарата в качестве одного из биодиагностических показателей по оценке воздействия низких и умеренных доз нефтяного загрязнения на биологическую активность почв и проводимой рекультивации.
В результате биологической рекультивации почвы, загрязненной сырой нефтью, содержание нефтепродуктов снижается до санитарных нормативов. Однако комплексная оценка состояния рекультивированных почв показывает, что формальное достижение принятых санитарных нормативов по содержанию нефтепродуктов не приводит к восстановлении эффективного плодородия, что подтверждается состоянием их свойств и биологической продуктивностью. Параметры агрофизических свойств остаются неудовлетворительными из-за высокой дезагрегированности почвенной структуры. Происходит уменьшение влагоемкости и повышение коэффициента водопрочности вследствие гидрофобизации почв.

Внесение гуминовых веществ в емкости с нефтезагрязненным грунтом позволило ускорить эффективную сорбцию углеводородов и активизировать микробиологические процессы, в результате чего происходит ускоренная деструкция нефтепродуктов, очистка грунта и обогащение почв гумусом. При этом происходит восстановление и основных агрохимических свойств почвы.

Проведенные нами исследования показывают, что совместное применение препарата и внесение гуминовых веществ в виде вытяжки из биогумуса и самого биогумуса, позволит уменьшить концентрацию нефтепродуктов в загрязненных грунтах и увеличить содержание основных питательных элементов - фосфора, азота и калия, что в свою очередь приведет к восстановлению почвенного плодородия нефтезагрязненных почв.

Для корректности переноса результатов лабораторных модельных исследований в по-левые условия и для выявления статистически достоверных различий между степенью снижения биологических показателей в лабораторных и полевых условиях, необходимо проведение исследований в полевых условиях в местах разлива нефти и нефтепродуктов.

Авторы: С.Л. Максимова, В.В. Инкин,
Рецензент В.М. Байчоров

Межведомственный бюллетень "Природные ресурсы" №1 - 2015

Summary:
S.L. Maksimova, V.V. Inkin DESTRUCTION METHOD OF OIL AND OIL PRODUCTS IN POLLUTED SOILS

The effect of preparation «Petro Gobbler» on the concentration of oil products in polluted soils is studied. The dynamic of qualitative changes in the polluted soils under action of preparation «Petro Gobbler» is shown. The decrease of oil concentration under action of preparation «Petro Gobbler» is revealed.


Еще новости на эту тему:
«Окислитель почвы pH 4»: Добавим кислинки!
Бактерии против нефтезагрязнений
Метод снижения концентрации нефтепродуктов в загрязненных почвах
© 2018 Гарантводстрой
УНП 190987044
220113, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Мележа, 1, БЦ "Парус", офис 706
+375 (17) 268-52-22
+375 (44) 597-14-86

Сайт работает на платформе Nestorclub.com