Способ биологической рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Изобретение относится к природоохранным технологиям и может быть использовано для восстановления плодородия почв. Способ включает двукратное внесение удобрений на загрязненный участок, рыхление почвы и внесение водного раствора нефтеразлагающих бактерий. В качестве удобрения используют навоз влажностью не менее 60%, который вносят из расчета 30-40 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см, повторно удобрение в виде композиции вносят на загрязненный участок через 5-7 дней. Композицию получают путем компостирования сапропеля, навоза и незагрязненного грунта, перед внесением ее смешивают с измельченным пером птицы. Перо предварительно обрабатывают водным раствором электроактивированной воды в течение не менее 30 мин. В качестве нефтеразлагающих бактерий используют штамм бактерий Rhodococcus sp. MFN, культивируемый на питательной среде. Источником углерода являются нефтеуглеводороды, идентифицированные на загрязненном участке. Водный раствор бактерий Rhodococcus sp. MFN вносят не позднее 48 часов после внесения композиции, через 1,5-2 месяца проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивают поверхности тяжелыми боронами и высевают семена однолетних и/или многолетних трав. Способ позволяет производить биологическую рекультивацию почв путем утилизации сапропеля. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к природоохранным технологиям и может быть использовано для восстановления плодородия почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Известен способ очистки почв от нефтепродуктов с помощью консорциума штаммов микроорганизмов-деструкторов, который вносят в почву после вспашки [1].

Однако способ эффективен только при поверхностном загрязнении почвы нефтью и нефтепродуктами не более 20 см. Способ не предусматривает рекультивацию почвы.

Технический результат - разработка высокоэффективного способа биологической рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в том числе с высокой степенью загрязнения путем утилизации донных отложений пресных водоемов (сапропеля).

Технический результат достигается тем, что в способе, предусматривающем двукратное внесение удобрений на загрязненный участок, рыхление почвы и внесение водного раствора нефтеразлагающих бактерий, согласно изобретению сначала в качестве удобрения используют навоз влажностью не менее 60%, который вносят из расчета 30-40 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см. Повторно удобрение вносят на загрязненный участок через 5-7 дней, в качестве удобрения используют композицию, полученную путем компостирования сапропеля, навоза и незагрязненного грунта, композицию перед внесением смешивают с измельченным пером птицы, обработанным предварителньо водным раствором электроактивированной воды в течение не менее 30 мин, в качестве нефтеразлагающих бактерий используют штамм бактерий Rhodococcus sp. MFN, выращенный на питательной среде, в которой в качестве источника углерода используют нефтеуглеводороды, идентифицированные на загрязненном участке, водный раствор бактерий Rhodococcus sp. MFN вносят не позднее 48 часов после внесения композиции. Через 1,5-2 месяца проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивание поверхности тяжелыми боронами и посев семян однолетних или многолетних трав.

Водный раствор нефтеразлагающих бактерий Rhodococcus sp. MFN получают культивированием бактерий до концентрации суспензии 1·10⁷ кл/мл, 5 мл суспензии разводят в 3 литрах воды и вносят их из расчета 1 л водного раствора на 1 м².

Почва загрязненного участка и незагрязненного грунта для компостирования относятся к одному типу почв.

Соотношение компонентов для компостирования сапропель, навоз и незагрязненный грунт составляет 11-13:6-7:1-2 соответственно.

Влажность компостируемой массы поддерживают в течение всего периода компостирования на уровне 60% путем добавления водного раствора электроактивированной воды.

Соотношение композиции и пера птицы составляет 100:1. Водный раствор электроактивированной воды получают смешиванием католита с ОВП - (-550) - (-600) мВ, анолита с ОВП+100 - +1100 мВ и воды, в объемных %: 40, 25 и 35 соответственно.

Смесь композиции и пера птицы вносят на загрязненный участок из расчета 45-55 т/га.

Предлагаемый штамм бактерий Rhodococcus sp. MFN выделен из нефти нефтепровода «Дружба», полученной на нефтеперерабатывающем комбинате г.Капотня Московской обл. Штамм депонирован Всероссийской коллекцией промышленных микроорганизмов, коллекционный номер ВКМП Ас-1558.

Культура растет на минеральной среде, используя в качестве источника углерода нефть, нефтепродукты и отдельные углеводороды нефти.

Факультативный аэроб растет в температурном диапазоне от 4 до 40°С (оптимум 28°С). В дополнительных факторах роста не нуждается.

Штамм не вирулентный, не токсичный, не токсигенный (проверка проведена на белых мышах). Штамм устойчив к ионам тяжелых металлов.

Незагрязненный грунт представляет собой наиболее благоприятную естественную среду для нормального развития микроорганизмов. Наиболее густо заселен микробами верхний гумусовый горизонт: на 1 г почвы приходится до 10 млрд бактерий.

Почва считается незагрязненной, если уровень углеводородов составляет ниже 500 мг/кг по стандарту AFNOR NFT 90114.

Согласно изобретению почва, загрязненная нефтью и нефтепродуктами, и незагрязненный грунт для компостирования относятся к одному типу почв. Это обусловлено следующим.

Интенсивность самоочищения различных типов почв различная, следовательно, различно и их отношение к негативному действию нефти и нефтепродуктов. Отсюда и различия в пороговых значениях, превышение которых ведет к серьезным изменениям физико-химических и микробиологических свойств.

Способ осуществляют следующим образом.

На загрязненный нефтью и нефтепродуктами участок вносят навоз, влажностью не менее 60% из расчета 30-40 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см. Через 5-7 дней на загрязненный участок вносят композицию, которую перед внесением смешивают с измельченным пером птицы, обработанным водным раствором электроактивированной воды в течение не менее 30 мин.

Композицию готовят следующим образом.

Сапропель промораживают в отстойниках в зимний период, отводят вымороженную воду, добавляют в сапропелевую массу навоз и незагрязненный грунт в соотношении 11-13:6-7:1-2.

Полученную массу компостируют в течение 1,5-2 месяцев. Влажность компостируемой массы поддерживают на уровне 60% в течение всего периода компостирования путем добавления водного раствора электроактивированной воды.

Отдельно получают анолит и католит путем обработки воды в постоянном электрическом поле диафрагменного электролизера до достижения ОВП на выходе из анодной камеры +1000 - +1100 мВ, а на выходе из катодной камеры ОВП - 550 - (-600) мВ.

При этом для проточного электролизера напряжение составляет 20-25 В, а сила тока 7-8 А, для электролизера периодического действия - напряжение 40-50 В, сила тока 5-6 А.

Водный раствор электроактивированной воды получают смешиванием католита, анолита и воды, в объемных %: 40, 25 и 35 соответственно.

Измельченное перо птицы, в том числе маховые перья, которые обычно не используются для переработки и плохо поддаются утилизации, заливают водным раствором электроактивированной воды, который добавляют отдельными порциями в течение 30 мин до полного впитывания. После чего его смешивают с прокомпостированной композицией в соотношении 1:100 и сразу же вносят на исследуемый участок из расчета 45-55 т/га.

Водный раствор нефтеразлагающих бактерий Rhodococcus sp.MFN получают следующим образом.

Штамм Rhodococcus sp. MFN выращивают (культивируют) на минеральной среде 8Е следующего состава, г/л:

(NH4)2HPO4	0,5
KH2PO4	0,7
NaCl	0,5
MgSO4×7Н2О	0,8
дистиллированная вода	1 л
рН	7,2

В качестве источника углерода добавляют 1% (от объема среды) нефтеуглеводородов, идентифицированных на загрязненном участке.

Культивируют до концентрации суспензии 1·10⁷ кл/мл. Суспензию бактерий разводят в воде из расчета 5 мл суспензии на 3 л воды.

Водный раствор бактерий вносят на исследуемый участок не позднее 48 часов после внесения композиции.

После 1,5-2 месячного выдерживания проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивание поверхности тяжелыми боронами и посев семян многолетних трав. Посев семян проводят вместе с сухим остатком вымороженной воды.

Пример 1. Участок (Волгоградская обл.) загрязнен нефтью и нефтепродуктами (аварийный разлив нефти, моторные смазки и сливаемые масла). Исходное содержание нефтеуглеводов составляет 6073 мг/100 г почвы. Тест на присутствие аэробных бактерий положителен (4·10 бактерий на 1 г почвы). Почва относится к типу темно-каштановой почвы.

На исследуемый участок вносят навоз влажностью не менее 60% из расчета 30 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см.

Промороженный в зимний период сапропель после отведения вымороженной воды, навоз и незагрязненный грунт, взятые в соотношении 11:7:1, компостируют в течение 1,5 месяцев при периодическом перемешивании. Влажность компостируемой смеси поддерживают на уровне 60% путем добавления водного раствора электроактивированной воды, который получают смешиванием католита, анолита и воды, в объемных %: 40, 25 и 35 соответственно.

Незагрязненный грунт относится к типу темно-каштановой почвы.

Трубчатые элементы перьев птиц измельчают до размера 6-7 см, заливают водным раствором электроактивированной воды отдельными порциями в течение не менее 30 мин до полного впитывания. После чего влажное перо смешивают с композицией в соотношении 1:100 и вносят на исследуемый участок через 5 дней после внесения навоза.

Водный раствор нефтеразлагающихся бактерий Rhodococcus sp. MFN вносят через 45 часов после внесения композиции.

В результате исследований установлено, что через 4 недели биодеградация углеводородов нефти прошла на 90,4%, остаточное содержание нефтеуглеводородов составило 583 мг/100 г почвы.

Через 5 недель - 425 мг/100 г почвы.

Затем проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивание поверхности и посев семян костреца безостого. Всхожесть семян составила 89%.

Пример 2. Участок (Волгоградская обл.) загрязнен нефтью и нефтепродуктами (аварийный разлив нефти, моторные смазки и сливаемые масла). Исходное содержание нефтеуглеводородов 6912 мг/100 г почвы. Тест на присутствие аэробных бактерий отрицателен (стерильная почва). Почва загрязненного участка относится к типу темно-каштановой почвы.

На исследуемый участок вносят навоз влажностью не менее 60% из расчета 40 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см.

Сапропель после промораживания и отведения вымороженной воды, навоз и незагрязненный грунт, взятые в соотношении 13:6:2, компостируют в течение 2-х месяцев при периодическом перемешивании.

Далее по примеру 1.

В результате исследований установлено, что через 4 недели биодеградация углеводородов нефти прошла на 91,1%, остаточное содержание нефтеуглеводородов составило 615 мг/100 г почвы.

Через 5 недель - 498 мг/100 г почвы.

Затем проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивание поверхности и посев семян костреца безостого. Всхожесть семян составила 85%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно сократить время разложения нефтеуглеводородов. При этом почва становится рыхлой, пышной, не оседает, имеет хорошую аэрацию, обладает хорошими гидратными свойствами, хорошо удерживает влагу.

Измельченные фрагменты перьев птиц долго сохраняются в почве.

При постепенном разложении фрагментов пера птицы почва дополнительно обогащается различными минеральными добавками, так как перо содержит кальций, марганец, железо, азотистые элементы, серу и пр.

Параметры способа получены экспериментально и являются оптимальными.

Обработка пера птицы водным раствором электроактивированной воды менее 30 мин не обеспечивает полного обеззараживания пера.

Внесение водного раствора бактерий Rhodococcus sp. MFN после 48 часов после внесения композиции снижает степень деградации нефтеуглеводородов в почве.

По-видимому, это обусловлено тем, что электроактивированная вода сохраняет свои свойства в течение двух суток, затем она релаксирует.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет очистить почву от нефтеуглеводородов и способствует восстановлению почвенного плодородия.

Источники информации

1. RU 2127310, кл. С12 N 1/20, 1999 - прототип.

1. Способ биологической рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, предусматривающий двукратное внесение удобрений на загрязненный участок, рыхление почвы и внесение водного раствора нефтеразлагающих бактерий, отличающийся тем, что сначала в качестве удобрения используют навоз влажностью не менее 60%, который вносят из расчета 30-40 т/га с одновременным безотвальным рыхлением на глубину 27-30 см, повторно удобрение вносят на загрязненный участок через 5-7 дней, в качестве удобрения используют композицию, полученную путем компостирования сапропеля, навоза и незагрязненного грунта, композицию перед внесением смешивают с измельченным пером птицы, обработанным предварительно водным раствором электроактивированной воды в течение не менее 30 мин, в качестве нефтеразлагающих бактерий используют штамм бактерий Rhodococcus sp. MFN, выращенный - культивируемый на питательной среде, в которой в качестве источника углерода используют нефтеуглеводороды, идентифицированные на загрязненном участке, водный раствор бактерий Rhodococcus sp. MFN вносят не позднее 48 ч после внесения композиции, через 1,5-2 месяца проводят вспашку с оборотом пласта на глубину 25-27 см, выравнивание поверхности тяжелыми боронами и посев семян однолетних и/или многолетних трав, при этом водный раствор нефтеразлагающих бактерий Rhodococcus sp.MFN получают культивированием бактерий до концентрации суспензии 1·10⁷ кл/мл, 5 мл суспензии разводят в 3 л воды и вносят из расчета 1 л водного раствора на 1 м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что почва загрязненного участка и незагрязненного грунта для компостирования относятся к одному типу почв.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение компонентов для компостирования сапропеля, навоза и незагрязненного грунта составляет 11-13:6-7:1-2 соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что влажность компостируемой массы поддерживают на уровне 60% путем добавления водного раствора электроактивированной воды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор электроактивированной воды получают смешиванием католита с ОВП (- 550) - (-600) мВ, анолита с ОВП (+1000) - (+1100) мВ и воды в об.%: 40, 25 и 35 соответственно.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение композиции и пера птицы составляет 100:1.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь композиции и пера птицы вносят на загрязненный участок из расчета 45-55 т/га.