Способ очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. В почву, загрязненную нефтью и нефтепродуктами, вводят торф, который предварительно активируют введением минеральных добавок, содержащих азот и фосфор, и последующей инкубацией в мезофильном режиме в течение 3 - 7 суток для увеличения в нем численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Необходимые для жизнедеятельности микрофлоры микроэлементы находятся в самом торфе. Активированный торф обеспечивает одновременно сорбцию нефтяных углеводородов и является носителем нефтеусваивающих культур микроорганизмов, обеспечивающих высокую скорость деструкции нефти.

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

Известен способ очистки почв [1], включающий механическое удаление избытка нефтепродуктов с поверхности, нанесение слоя органического сорбента, в качестве которого используют торф, осуществление на покрытой торфом поверхности загрязненных почв посадок дичков древесных растений с дополнительным внесением торфа в посадочные лунки.

Недостатком способа является то, что торф используется только в качестве сорбента и без внесения минеральных добавок не выполняет роль деструктора нефтяных углеводородов. Кроме того, вносится большое количество торфа - свыше 0,7 м³/10 м² и осуществляется также дополнительная операция - посадка древесных растений, ненужная, например, при очистке загрязненных нефтью пахотных земель. Все это приводит к удорожанию рекультивационных работ.

Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ очистки почв от нефтяных загрязнений [2], включающий введение в загрязненную среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот, фосфор, калий и магний. В качестве культуры микроорганизмов используют смесь активных природных нефтеусваивающих культур микроорганизмов, выделенных методом селекции из природного сообщества микроорганизмов, находящихся в загрязненной среде, причем культуру микроорганизмов вносят на нейтральном пористом носителе, в качестве которого используют опилки, землю, торф.

К недостаткам способа можно отнести осуществление дорогостоящей и длительной операции выделения культуры нефтеусваивающих микроорганизмов из загрязненной почвы и нанесение ее на пористый носитель. Эти операции неоправданно повышают трудоемкость технологического процесса.

Задачей изобретения является разработка экологически чистого способа очистки нефтезагрязненных почв, не требующего осуществления трудоемких, дорогостоящих операций, который позволит в короткие сроки восстановить почву. Это достигается тем, что в загрязненную нефтью и нефтепродуктами почву вводят среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот и фосфор, причем в качестве источника микроорганизмов используют торф, который предварительно активируют введением минеральных добавок, содержащих азот и фосфор и последующей инкубацией в мезофильном режиме в течение 3 - 7 суток.

В предлагаемом способе активированный торф обеспечивает одновременно сорбцию нефтяных углеводородов и является источником и носителем нефтеусваивающих культур микроорганизмов, активность которых при создании определенных условий и при попадании в загрязненную нефтью почву резко возрастает. Поэтому необходимость специального выделения и выращивания культуры нефтеусваивающих микроорганизмов и нанесение их на пористый носитель (как в прототипе) не имеет смысла.

Способ экологически выгоден, поскольку для его осуществления используется торф, который является дешевым, экологически чистым сырьем, обеспечивающий сорбцию нефтяных углеводородов, улучшающий структуру почвы и усиливающий почвенный газообмен, а также являющийся органическим удобрением, содержащим доступные элементы питания, что создает условия для появления травяной растительности. Использование торфа, являющегося сорбентом ионов аммония и фосфат-ионов, приводит к снижению вероятности загрязнения грунтовых вод минеральными удобрениями по сравнению с прототипом.

Способ экономически выгоден, так как не требует осуществления операции по выделению из почвы, выращиванию и нанесению на носитель нефтеусваивающих культур микроорганизмов, как в прототипе. Не требуется также осуществление дополнительной операции по внесению в почву минеральных удобрений, как в прототипе, поскольку их вносят в торф для его активации.

Преимуществом предлагаемого способа является возможность активации торфа непосредственно на месте аварии.

Для активации может быть использован любой торф влажности от 55 до 70% и минеральные добавки, содержащие азот и фосфор. Азот и фосфор вносят в торф в качестве источников питания для микрофлоры с целью увеличения численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Необходимые для жизнедеятельности микрофлоры микроэлементы находятся в самом торфе. Используемая влажность торфа 55 - 70% обеспечивает наилучшие условия для сорбции ионов аммония и фосфат-ионов. В качестве азотсодержащей минеральной добавки использовано самое дешевое минеральное удобрение - аммиачная селитра, фосфорсодержащей - двойной суперфосфат.

Количество минеральных добавок, применяемых для активации торфа и количество активированного торфа, вносимого в нефтезагрязненную почву, можно варьировать в зависимости от степени загрязнения почвы, обеспечивая в ней соотношение C : N : P, равное 10 : 1 : 1, необходимое для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов.

Способ осуществляется следующим образом. Сначала проводят активацию торфа. Для этого торф смешивают с минеральными удобрениями при следующем соотношении компонентов, мас.%: Торф (сухого вещества) - 35,0 - 65,0 Аммиачная селитра - 15,0 - 35,0 Двойной суперфосфат - 20,0 - 39,0 Затем инкубируют подготовленный торф в течение 3 - 7 суток в мезофильном режиме для обеспечения необходимого уровня численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

Характеристика активированного торфа, выполняющего функцию сорбента нефти и окислителя нефтяных углеводородов: - сорбционная емкость по отношению к нефти 8,0 - 10,5 г нефти/1 г а.с.в. ; - общая численность углеводородокисляющих микроорганизмов (100 - 400)·10⁸ клеток/1 г а.с.в.; в том числе численность активных культур, число клеток/1 г а.с.в.: - бактерии рода Pseudomonas (7 - 10)·10⁸; - бактерии рода Bacillus (10 - 15) · 10⁸;
- актиномицетов (1 - 5) · 10⁸.

Приготовленный активированный торф разбрасывают по территории в необходимом количестве в зависимости от степени загрязнения. Для усиления аэрации и лучшего перемешивания компонентов проводят агротехнические мероприятия: вспашку, дискование. Если за один сезон не достигнута деструкция нефти до предельно допустимых значений, то в следующий - при повышении температуры активность углеводородокисляющих микроорганизмов возобновляется.

Пример 1. Участок почвы площадью 1 · 10⁴ м² имел уровень средней степени нефтяного загрязнения: 8 - 10 л на 1 м². Для очистки от нефтяного загрязнения был приготовлен активированный торф состава, мас.%: торф 44,5; аммиачная селитра 20,3; и двойной суперфосфат 35,20.

Для приготовления 1 · 10³ кг активированного торфа был взят низинный торф степени разложения 23%, зольности 24,9%, влажности 64%, с величиной емкости поглощения нефти - 8,5 г нефти/1 г а.с.в., с общей численностью углеводородокисляющих микроорганизмов 1232,9 · 10⁶ клеток/1 г а.с.в., в количестве 689 кг, аммиачная селитра и двойной суперфосфат в количестве 113,6 и 196,6 кг соответственно. Полученная композиция была смешана в смесителе в течение 8 - 10 минут и выдержана в мезофильном режиме при температуре 22^oC в течение 7 суток для обеспечения необходимого уровня численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

В загрязненную почву было внесено 1 · 10⁵ кг на 1 · 10⁴ м² активированного торфа, что обеспечило соотношение C : N : P в почве, равное 10 : 1 : 1. При попадании в нефтезагрязненную почву активированный торф обеспечивает одновременно сорбцию нефтяных углеводородов и рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов до уровня - 2,6 · 10¹¹ клеток/1 г а.с.в., в том числе активных культур: бактерий рода Pseudomonas - 10,2 · 10⁸, бактерий рода Bacillus - 3,1 · 10¹⁰, актиномицетов - 3,1 · 10⁸.

Высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов отмечена в течение периода наблюдений - 30 суток, по истечении которых содержание нефти в почве снизилось до 1 л/м².

Пример 2. Участок почвы площадью 1 · 10⁴ м² имел уровень средней степени нефтяного загрязнения 8 - 10 л на 1 м². Для очистки от нефтяного загрязнения был приготовлен активированный торф состава, мас.%: торф 44,5; аммиачная селитра 20,3 и двойной суперфосфат 35,20.

Для приготовления 1 · 10³ кг активированного торфа был взят низинный торф степени разложения 23%, зольности 24,9%, влажности 64%, с величиной емкости поглощения нефти - 8,5 г нефти/1 г а.с.в., с общей численностью углеводородокисляющих микроорганизмов 1232,9 · 10⁶ клеток/1 г а.с.в., в количестве 810 кг, аммиачная селитра и двойной суперфосфат в количестве 67,2 и 111,6 кг соответственно. Полученная композиция была смешана в смесителе в течение 8 - 10 минут и выдержана в мезофильном режиме при температуре 30^oC в течение 3 суток для обеспечения необходимого уровня численности углеводородокисляющих микроорганизмов.

На 1 · 10⁴ м² загрязненной почвы было внесено 1 · 10⁵ кг активированного торфа, что обеспечило соотношение C : N : P в почве, равное 10 : 1 : 1. При попадании в нефтезагрязненную почву активированный торф обеспечивает одновременно сорбцию нефтяных углеводородов и рост численности углеводородокисляющих микроорганизмов до уровня 3,2 · 10¹¹ клеток/1 г а.с.в., в том числе активных культур: бактерии рода Pseudomonas - 11,0 · 10⁸, бактерии рода Bacillus - 3,5 · 10¹⁰, актиномицетов - 2,8 · 10⁸.

Высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов отмечена в течение периода наблюдений - 30 суток, по истечении которых содержание нефти в почве снизилось до 1 л/м².

Применение предлагаемого способа чистки земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, позволит в короткие сроки (в течение одного летнего сезона) восстановить почву. Способ безупречен с экологической точки зрения и экономически выгоден. Активированный торф обеспечивает одновременно сорбцию нефтяных углеводородов и является источником и носителем нефтеусваивающих культур микроорганизмов, обеспечивающих высокую скорость деструкции нефти.

Источники, принятые во внимание:
1. Патент РФ N 2009626, кл. A 01 B 79/02, 1994. Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтесодержащими продуктами.

2. Патент РФ N 2057724, кл. C 02 F 3/34, 1996. Способ очистки воды и почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами.

Формула изобретения

Способ очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающий введение в загрязненную среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот и фосфор, отличающийся тем, что в качестве источника микроорганизмов используют торф, который предварительно активируют введением минеральных добавок, содержащих азот и фосфор и последующей инкубацией в мезофильном режиме в течение 3 - 7 суток.