Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами
Владельцы патента RU 2421291:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермская государственная фармацевтическая академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО ПГФА Росздрава) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способу рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Способ включает поэтапное выполнение цикла восстановительных работ путем агрохимической и последующих биологической обработки посредством введения в нефтезагрязненный почвенный покров микроорганизмов и фитомелиоративной обработки путем посева семян нефтетолерантных трав. Биологическую обработку осуществляют в две стадии, из которых одну осуществляют до фитомелиоративной обработки, а вторую - после нее. На первой стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из микромицета Phoma eupyrena и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит, полученного на основе гидролизата бактерий Pseudomonas aureofaciens BKMB - 1973Д и гидролизата бактерий Bacillus megaterium, а на второй стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из микромицета Cephaliophora tropica и упомянутого сельскохозяйственного препарата Альбит. При этом и на первой, и на второй стадиях обработки расход комплексной суспензии составляет 100 кг/га при содержании в ней 20-25 мл суспензии микромицета на 1 л Альбита. 7 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к области защиты окружающей среды и может быть использовано при очистке и восстановлении нефтезагрязненного почвенного покрова.
Нефтяная промышленность, загрязняющая окружающую среду, становится глобальной международной проблемой и признана наиболее сильным загрязнителем окружающей природной среды, нанося ущерб биосфере.
Отдельные территории, вследствие разливов нефти, по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Создается угроза устойчивой, часто необратимой, трансформации всех видов компонентов природной среды, что приводит к изменению нормального функционирования природных экосистем и ухудшению условий жизни растений, животных, человека.
В процессе загрязнения в почве изменяется живая агросистема происходит истощение почвы наиболее ценными питательными компонентами, нарушается баланс между азотом, фосфором, углеродом и калием и т.д.
Естественное самоочищение почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами может длиться десятилетиями. В настоящее время большинство традиционных методов восстановления нефтезагрязненных почв (сжигание, закапывание и т.д.) являются не только не эффективными, но и вредными, так как при сжигании, например, в результате пиролиза нефти образуются канцерогенные полициклические ароматические углеводороды. Поэтому особую актуальность приобретает поиск безопасных для окружающей среды и человека средств и методов рекультивации, загрязненных нефтью почв.
Альтернативой традиционных методов очистки загрязненных нефтью почв является их восстановление путем биоремедиации с помощью биологически активных препаратов, в состав которых входят штаммы микроорганизмов - деструкторов нефтяных углеводородов, а также интенсификаторы местной почвенной микрофлоры. Таков, например, способ восстановления почв с использованием биопрепарата для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов, описанный в патенте РФ №2138451, 1999. Почва, подлежащая очистке, содержала сырой нефти 11,5 ч 12,9 г/кг. Биопрепарат, использованный при восстановлении почвенного покрова, включал аэробные нефтеокисляющие бактерии - консорциум мезофильных бактериальных штаммов Pseudomonas putida ПИ Kо-1, Pseudomonas ПИ-896, Micrococcus species ПИ Ky-1, и консорциум психрофильных бактериальных штаммов Pseudomonas fluorescens ПИ ЛБХ-3, Pseudomonas putida ПИ ЛБХ-8, Xanthomonas species ПИ ЛБХ-7, а также наполнитель, в качестве которого служил стерильный торф. В результате проведенных опытов была установлена высокая деструктивная активность биопрепарата, в том числе и в отношении тяжелых фракций нефти.
Известен способ рекультивации нефтезагрязненных почв (НЗП), представленный заявкой №2003114129/13 от 13.05.2003 г., взятый за прототип к предлагаемому.
Известный способ осуществляют в три этапа. На первом - проводят инженерно-технические и/или агрохимические работы путем рыхления почвы, при необходимости - дополнительного осуществления дренажных мероприятий, и внесения химических мелиорантов и минеральных удобрений, ускоряющих естественную биодеградацию нефтяных углеводородов. На втором этапе - биологическом, вводят в почву биогумус и бактериальный (биологический) препарат, способствующий повышению защитных свойств растений. Бактериальный препарат представляет собой суспензию бактерий штаммов из коллекции музея Ившина: рода Saccaromyces cerevisial S76, рода Streptococcus Jactis Str 47, рода Phodopseudomonas palistris Ph 108, рода Lactobacillus casei Lact.21 и культуры углеводородокисляющих бактерий У-48 с общей численностью микробных клеток 1012-1014 кл/кг, и сельскохозяйственного биопрепарата, в качестве которого используют биопрепарат на основе инактивированных бактерий Pseudomonas aureofaciens H 16 - Агат - 25 К.
При третьем - фитомелиоративном этапе рекультивации осуществляют высев нефтетолерантных трав в загрязненную почву.
Такой способ рекультивации обеспечивает очистку и восстановление нефтезагрязненных почв. Однако процесс восстановления почвы длителен, а используемый биопрепарат, как и в предыдущем способе дорог, не подлежит длительному хранению, а выход экологически чистой сельскохозяйственной продукции, полученной на 2-ой и 3-ий год выращивания на восстановленных почвах, недостаточен.
Целью данной заявки было усовершенствование известного способа рекультивации, а именно создание экологически чистого и экономичного способа ликвидации нефтяных загрязнений почвы при обеспечении снижения трудоемкости очистки и усиления процессов биодеградации (распада) загрязняющих веществ.
Поставленная цель достигается предлагаемым способом рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, включающим поэтапное выполнение цикла восстановительных работ путем агрохимической и биологической обработки посредством введения в нефтезагрязненной почвенный покров штаммов и фитомелиоративную обработку путем посева семян нефтетолерантных трав, характеризующимся тем, что второй этап цикла восстановительных работ - биологическую обработку осуществляют в две стадии, из которых первую проводят после агрохимической обработки перед фитомелиоративной обработкой, вторую - после фитомелиоративной обработки, при первой стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из штамма DM, культуры гриба сапротрофа Phoma eupyrena и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит на основе гидролизата бактерий Pseudomonas aureofaciens ВКМ В - 1973Д и гидролизата бактерий Bacillus megaterium, а на второй стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из штамма D-3, культуры гриба сапротрофа Cephaliophora tropica и упомянутого сельскохозяйственного биопрепарата Альбит, при этом и на первой, и на второй стадиях обработки расход комплексной суспензии составляет 100 кг/га при содержании в ней 20-25 мл штаммов титр - 106-1014 на 1 л Альбита.
В предлагаемом способе рекультивации используют и на первой, и второй стадиях соответственно комплексную суспензию штаммов DM и D-3, культуры грибов сапротрофов, выделенных из растительного субстрата, с рН 6,8-7,3 и биодеструктивной активностью по методу гравиметрии - не менее 60%.
По предлагаемому способу при первом этапе работ - агрохимической обработке осуществляют рыхление два раза в месяц с интервалом 10-14 дней и в почвенный покров вносят не менее 40-60 кг/га минеральных удобрений.
По описываемому здесь способу первую стадию второго этапа рекультивационных работ - биологической обработки осуществляют через 2-3 недели после агрохимической обработки.
По способу за 2-6 дней возможно перед первой стадией биологической обработки в почву дополнительно вносят биогумус при расходе 3 т на гектар.
По предлагаемому способу вторую стадию биологической обработки проводят через 2-3 недели после третьего этапа работ - фитомелиоративной обработки, которую осуществляют через 2-4 недели после первой стадии биологической обработки.
Перед проведением фитомелиоративной обработки осуществляют предварительную подготовку семян нефтетолерантных трав путем их замачивания в течение 2-4 часов в комплексной суспензии из штамма D-3 культуры гриба сапротрофа Cephaliophora tropica и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит.
По описываемому способу фитомелиоративную обработку осуществляют путем высева нефтетолерантных трав в подготовленную почву из расчета не менее 20 кг/га.
По заявленному способу при нагрузке нефтяных загрязнений 25-30% целесообразно первую стадию биологической обработки осуществить повторно с интервалом в 2-3 недели после проведения дополнительного рыхления почвенного покрова.
Предлагаемый к использованию по описываемому способу рекультивации НЗП биологический препарат «Альбит» относится к препаратам нового поколения бактериальной природы, предназначен для повышения урожая растений и защиты их от болезней (РФ №2147181, 1999).
Препарат содержит гидролизат бактерий (а не живые бактерии) Pseudomonas aureofaciens BKMB - 1973Д, гидролизат бактерий Bacillus megaterium, хвойный экстракт, хлорофилло-каротиновую пасту и раствор макро- и микроэлементов. Выполнение бактериального препарата на пяти действующих веществах позволило обеспечить возможность его хранения более 18 месяцев (до трех лет), а также способность защищать растения от болезней, что в целом гарантирует его надежность и экономичность при широком использовании в народном хозяйстве.
Предлагаемое выполнение способа рекультивации НЗП обеспечивает экономичную ликвидацию нефтяных загрязнений почвенного покрова; обеспечивает снижение трудоемкости очистных работ; а также усиление процессов биодеградации загрязняющих веществ. Предлагаемые режимы и количественные величины применяемых при рекультивационных работах препаратов являются оптимальными и выбраны в результате анализа многочисленных опытных данных, а также многолетних работ, осуществленных на различных загрязненных нефтепродуктами как опытных, так и промышленных площадках Пермской и Нижегородской областей страны.
Из научно-технической и патентной литературы не известно совместное применение в определенной последовательности предлагаемых штаммов микроорганизмов, активно деструктирующих углеводороды нефти, бактериального препарата Альбит, приготовленного на гидролизатах бактерий и биогумуса, полученного биоконверсией отходов с использованием ККЧ («Красного калифорнийского червя»), для рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «новизна».
Использование штаммов DM и D-3 культур грибов сапротрофов, известных как Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica1, обеспечивает при внесении биогенных элементов в НЗП активное размножение почвенных микроорганизмов, принимающих участие в трансформации нефти и соответственно более полное и более быстрое уничтожение ее в загрязненных слоях почвы, т.к. вносимые в почву микроорганизмы при наличии кислорода, азота, фосфора перерабатывают углеводороды в процессе своей жизнедеятельности до малотоксичных или безвредных кислородосодержащих соединений, ликвидируя, таким образом, нефтяное загрязнение, способствуют восстановлению трофосистемы и формированию нового почвенного слоя с адаптированным биоценозом.
Внесение в НЗП в оптимальном количестве (3 т/га) биогумуса гарантирует создание условий, благоприятных для жизнедеятельности микробных сообществ, ускоряющих процесс деградации нефтепродуктов. Биогумус - высокоэффективное экологически чистое и дешевое удобрение, содержащее в своем составе высокую концентрацию питательных веществ, имеет высокий титр микроорганизмов, а также является биостимулятором почвенной аборигенной микрофлоры. Его внесение в почву позволяет сбалансировать в почве вещества, необходимые для роста и развития микроорганизмов, участвующих в трансформации нефтяных углеводородов, способствует увеличению биомассы и усилению процессов рекультивации.
Использование биопрепарата Альбит способствует ускорению восстановления и защите биоценоза почв, той бактериальной симбионтной среды, которая сложилась в процессе эволюции и была утрачена в результате воздействия на почву химических препаратов, ядохимикатов и техногенных разливов нефти. Кроме того, биопрепарат Альбит обеспечивает системное действие на растения: активизирует жизнедеятельность полезного микробного сообщества на корнях растений, обеспечивает фунгитоксичность против грибных патогенов, стимулирует индуцированный иммунитет к бактериальным патогенам, повышает сопротивляемость к неблагоприятным факторам внешней среды, стимулирует рост корневой системы, усиливает образование вторичных корней, что обеспечивает лучшее минеральное и водное питание растений в процессе роста; повышает всхожесть семян, кустистость и озерненность колосовых, зернобобовых и крупяных культур.
Установлено, что при посеве трав на НЗП применение препарата Альбит уменьшает потребность внесения в почву, как на сельскохозяйственных угодьях, минеральных удобрений на 40%.
Все вышесказанное дает основание считать, что предлагаемый способ рекультивации НЗП обеспечивает высокую степень функциональной активности и эффективность работы микробных сообществ на нефтезагрязненных почвах разных типов, имеющих различный гранулометрический и химический состав, и соответствует критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, был проведен в нескольких повторностях: на экспериментальных площадках и трех промышленных территориях.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1-5 (см. в конце описания).
Модельный мелкоделяночный опыт.
Экспериментальные площадки с нефтезагрязненной почвой были заложены на территории Ильинского района Пермского края на дерново-подзолистых почвах. Были подготовлены 13 площадок размеров 1 м2. Искусственно залили на 12 площадок нефть с месторождения Головные. Нагрузки на 1 м2 составили от 5 до 20 литров. Нефть средней тяжести с присадками. Одна площадка - без нефти для контрольного варианта (контроль) в течение опыта обрабатывается водой. Биоценоз незагрязненной почвы типичен для подзолистых почв и представлен следующими группами бактерий Pseudomonas 106, Rhodococcus 108, Bacillus 107, а также мицеальные микромицеты родов Fusarium 106, Penicillium 108. Присутствуют патогенные бактерии и грибы следующих групп Xanthomonas 105, Clavibacter 106, Agrobactrium 108, Rhizoctonia 106, Phytoptora 108.
После разлива нефти через неделю был осуществлен контроль биоценоза почвы, получены следующие результаты: у групп Pseudomonas, Rhodococcus и Bacillus снизился титр в 2-2,5 раза. Отсутствовали грибы родов Penicillium, Fusarium. Патогенные микроорганизмы Xanthomonas, Rhizoctonia также снизили свой титр, а патогены Clavibacter, Agrobactrium, Phytoptora отсутствовали.
Через две недели повторно был осуществлен анализ почв - биоценоз существенно не изменился.
Способ рекультивации был отработан на 12 площадках с различными вариантами применения препаративных форм и агротехнических мероприятий. Рекультивация проводилась в три этапа.
Первый этап цикла рекультивационных работ агротехнический: в него входило рыхление НЗП и внесение минеральных удобрений. В течение 3-х недель 1 раз в неделю проводили рыхление почвы на глубину 15-20 см с одновременным внесением диаммонийфосфата из расчета 1,5 кг на м2. Известкование осуществили один раз, было внесено 3 кг извести на один м2 на 8-й площадке.
Через месяц после загрязнения почвенного покрова приступили ко второму этапу цикла восстановительной работы: внесение биопрепаратов в почву.
На площадки 5-7 с нагрузкой нефти 20, 10, 5, соответственно, была внесена комплексная суспензия из штамма DM гриба сапротрофа Phoma eupyrena (штамм №1) и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит. Расход комплексной суспензии составлял ~0,1 мл/м2, при содержании в ней 20-25 мл штамма титр 106-1014 на 1 л Альбита, рН суспензии 6,8-7,3, и биодеструктивной активностью по методу гравиметрии не менее 60%.
На площадках 9, 10, 11 с нагрузкой нефти 10, 5, 10, соответственно, были внесены биопрепараты Идеал и Альбит из расчета 30 г препарата на 1 га площади.
На площадки 12 и 13 с нагрузкой нефти 10 и 5 была в две стадии внесена: - до фитомелиоративной обработки на первой стадии биологической обработки
- комплексная суспензия из штамма DM гриба сапротрофа Phoma eupyrena (штамм №1) и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит. Расход комплексной суспензии составлял ~0,1 мл/м2, при содержании в ней 20-25 мл штамма титр 106-1014 на 1 л Альбита, рН суспензии 6,8-7,3, и биодеструктивной активностью по методу гравиметрии не менее 60%;
- после фитомелиоративной обработки через 2-3 недели, на второй стадии биологической обработки внесена комплексная суспензия из штамма D-3 культуры гриба сапротрофа Cephaliophora tropica (штамм №2) и упомянутого сельскохозяйственного биопрепарата Альбит. Расход суспензии как и на первой, так и на второй стадии биологической обработки (после выхода растений в трубку) составлял 0,1 мл/м2 при содержании в ней 20-25 мл штамма титр 106-1014 на 1 л Альбита, рН суспензии 6,8-7,3.
Перед фитомелиоративной обработкой осуществили предварительную подготовку семян нефтетолерантных трав путем их замачивания в течение 2-4 часов в комплексной суспензии, включающей штамм Cephaliophora tropica и сельскохозяйственный биопрепарат Альбит, из расчета не менее 30 г суспензии на 1 тонну семян (соответственно, в перерасчете на 10-20 грамм травяной смеси, засеваемой на 1 м2 почвы).
Состав трав был следующий: овсяница обыкновенная, мятлик луговой, костер безостый, райграс пастбищный.
Растения вытянули достаточное количество канцерогенов из нефтезагрязненной почвы. Наиболее густая масса травы визуально наросла на площадках, обработанных суспензиями и Альбитом. При взвешивании после скашивания подтвердилось, что наибольший объем биомассы получен на площадках, обработанных комплексными суспензиями и Альбитом.
По окончании восстановительных работ была осуществлена оценка химического состояния почв рекультивационных площадок, а также относительного эффекта использованных биопрепаратов в модельных условиях.
Результаты исследования смешанных образцов с рекультивационных площадок показали, что проведение мероприятий существенно не влияет на изменение актуальной кислотности. Значение актуальной кислотности в фоновых и нефтезагрязненных образцах дерново-подзолистой и глинистой почвы находилось на уровне нейтральной или слабощелочной, а разница между фоновым и нефтезагрязненными образцами не превышала 0,5 единицы рН.
Содержание углерода непосредственно связано с количеством внесенной нефти. Исходное содержание общего углерода составило 1,6%. На площадке №8, где применили диаммонийфосфат, содержание углерода составило 9,3% при нагрузке нефти 10 л/м2, что свидетельствует о низкой эффективности препарата. Наиболее эффективно снижает содержание углерода внесение в почвенный покров суспензии из штаммовых культур №1 и №2+Альбит на нагрузках нефти 10 и 5 л/м2 - до 4,2% и 8,8% соответственно, (на площадках №12 и №13). На площадке №11, где был применен препарат Альбит (на нагрузку 10), углерод составил 9,2%.
Применение суспензии из штаммовой культуры №1+Альбит (на нагр.20) снизило содержание углерода до 10,09%, при нагрузке 10-9,04%, при нагрузке 5-3,02%.
В результате проведенных исследований по воздействию различных препаратов на разложение нефти в почве было обнаружено, что препараты, включающие штаммовые культуры №1 и №2 + Альбит приводят к снижению содержания углеводородов (УВ) нефти в почве на 3-4% соответственно с контролем (5-10%). Использование суспензии из штаммовой культуры №1 + Альбит приводит к снижению содержания УВ нефти на 10, 2, 2% соответственно с контролем. Наименьшее положительное влияние на разложение УВ в почве оказало действие препарата диаммонийфосфат и Идеал. Данные препараты снизили содержание УВ на 1%.
Таким образом, наиболее эффективным в разложении нефти оказалось последовательное использование двух суспензий (штаммовые культуры №1 и №2 с Альбитом). Наименее эффективным явилось использование диаммонийфосфата и Идеала (таблица №1).
| Таблица №1 | ||||
| Значение актуальной кислотности, содержания УВ и углерода в нефтезагрязненных и фоновых образцах урбодерново-подзолистой глинистой почвы | ||||
| №№ | Площадка | рН | УВ, % | С, % |
| 1. | Почва без нефти | 7,25 | - | 1,64 |
| 2. | Почва+нефть конт.(20) | 7,40 | 20 | - |
| 3. | Почва+нефть конт.(10) | 7,39 | 10 | - |
| 4. | Почва+нефть конт.(5) | 7,28 | 5 | - |
| 5. | Почва+нефть 20+шт.1+Альбит | 7,32 | 10 | 10,02 |
| 6. | Почва+нефть 10+шт.1+Альбит | 7,35 | 8 | 9,04 |
| 7. | Почва+нефть 5+шт.1+Альбит | 7,30 | 3 | 3,02 |
| 8. | Почва+нефть 10+диамонийфосфат | 7,70 | 9 | 9,3 |
| 9. | Почва+нефть 10+Идеал | 7,32 | 9 | 9,8 |
| 10. | Почва+нефть 5+Идеал | 7,33 | 4 | 4,8 |
| 11. | Почва+нефть 10+Альбит | 7,44 | 7 | 9,2 |
| 12. | Почва+нефть 10+шт.1 и 2+Альбит | 7,27 | 6 | 8,8 |
| 13. | Почва+нефть 5+шт.1 и 2+Альбит | 7,28 | 2 | 4,2 |
На основании полученных результатов по содержанию нитрата азота в дерново-подзолистой глинистой почве рекультивационных площадок был сделан вывод, что при загрязнении вместе с углеводородами нефти в почву дополнительно поступают ионы в виде солей, которые переходят в водную вытяжку при определении. Так, в контрольном загрязненном нефтью и необработанном препаратом образце с нагр.20 (площадка №2), содержание нитрат ионов в 2,3 раза превышает контроль без нефти (площадка №1). Применение суспензии из штаммов культуры 1+Альбит на нагрузку 20 и 10 (площадки 2-х 5, 6) снизило нитратный азот в 3,3 раза, а при нагрузке 5 (площадка №7) - в 2,1 раза. Превышение нитратного азота получили при применении препарата Идеал (на нагр.10) на площадке №9 - на 11,2 мг/100 г и (натр.5) на площадке №10 - 24,56 мг/100 г. Существенное снижение нитратного азота по сравнению с нефтезагрязненным контролем получили с применением суспензии, включающей штаммовые культуры 1 и 2+Альбит соответственно нагр. 10 и 5 на 4,5 и 4,1 раза (на площадках №12 и №13).
Таким образом, можно сделать вывод о том, что препарат Идеал эффективно иммобилизует нитратный азот из почвы, но при этом подавляет процессы биологической денитрификации, в результате чего азот накапливается в почве в больших количествах. Штаммовые культуры, применяемые на НЗП, наоборот стимулируют рост микрофлоры, участвующей в процессе денитрификации, вызывая резкое падение содержания нитратного азота в почве (таблица №2).
| Таблица 2 | ||||
| Содержание питательных веществ в нефтезагрязненных и фоновых образцах урбодерново-подзолистой глинистой почвы | ||||
| № | Площадка | NО3 | Р2О5 | К2О |
| 1. | Почва без нефти | 39,35 | 6,52 | 3,21 |
| 2. | Почва+нефть конт.(20) | 90,27 | 6,68 | 3,46 |
| 3. | Почва+нефть конт.(10) | 80,30 | 6,35 | 3,24 |
| 4. | Почва+нефть конт.(5) | 67,58 | 6,41 | 3,18 |
| 5. | Почва+нефть 20+шт.1+Альбит | 26,56 | 13,11 | 12,11 |
| 6. | Почва+нефть 10+шт.1+Альбит | 24,15 | 14,01 | 13,10 |
| 7. | Почва+нефть 5+шт.1+Альбит | 31,06 | 13,51 | 14,06 |
| 8. | Почва+нефть 10+диамонийфосфат | 33,76 | 11,38 | 8,84 |
| 9. | Почва+нефть 10+Идеал | 91,51 | 8,18 | 5,16 |
| 10. | Почва+нефть 5+Идеал | 92,14 | 7,98 | 7,22 |
| 11. | Почва+нефть 10+Альбит | 32,45 | 15,14 | 12,18 |
| 12. | Почва+нефть 10+шт.1 и 2+Альбит | 17,78 | 16,12 | 14,37 |
| 13. | Почва+нефть 5+шт.1 и 2+Альбит | 16,54 | 17,08 | 15,18 |
Также загрязнение нефтью не повлияло на содержание подвижных соединений фосфора. В образцах, загрязненных нефтью, содержание легкорастворимых фосфатов практически не отличалось от содержания в контрольном образце без нефти 6,52 мг/100 г и по нагрузке 6,68; 6,35; 6,41 мг/100 г.
Применение различных биопрепаратов на нефтезагрязненных площадках повысило содержание фосфатов в почве в несколько раз по сравнению с контролем. Причем наиболее ярко проявилось повышение фосфатов при внесении суспензий, включающих штаммовые культуры ~ в 2,5 раза, а также оказалось эффективным применение Альбита. Менее эффективен препарат Идеал.
Нефтяное загрязнение также незначительно влияет на содержание в исследованных образцах почв подвижных соединений калия.
Влияние ряда препаратов на содержание подвижного калия выражается теми же тенденциями, как и на влияние на содержание фосфора. На площадках, на которых применялись суспензии, включающие штаммовые культуры, содержание подвижного калия увеличилось в 4-5 раз по сравнению с контролем и загрязненным образцом. Применение препарата Альбит увеличило содержание калия в 3,7 раза. Наименее эффективным оказалось применение препарата Идеал (таблица №2)
После внесения суспензии, включающей штаммовую культуру №1+Альбит, препаратов Альбит, диаммонийфосфат, осуществили анализ биоценоза почвы через 35 дней и получили следующие результаты: микробиологические группы Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, Xanthomonas - на начальной стадии восстановления. Патогенный состав наращивается быстрее, увеличение титра в 2 раза, чем полезная микрофлора (таблица 4). Наиболее эффективное нарастание после обработки НЗП суспензией, содержащей штаммовые культуры 1+Альбит и Альбитом. Нарастание самого штамма №1 более активно происходит в почвенном покрове с нагрузкой нефти 5 л/м2 (108).
Групповой анализ через 70 дней после внесения всех составов на нефтезагрязненные площадки показал о существенном изменении микробиологических групп. Pseudomonas, Rhodococcus, Bacillus, приблизились к фону при нагрузке 5 л/м2 (105, 107, 106) соответственно. Группа Xanthomonas достигла фоновой 105 на НЗП с нагрузкой 5 (таблица 5). Патогенные микроорганизмы Rhizoctonia Clavibacter, Phytoptora - отсутствовали на площадках с нагрузкой 5 и обработанных суспензией, включающей штамм 1+Альбит; штамм 1+2 Альбит и Альбит. Данные препараты оказали губительное действие на патогенный состав нефтезагрязненной почвы. Нарастание штаммовой культуры №1 и №2 достигло 108 и 1010 на почвах с нагрузкой 5.
Таким образом, восстановительную способность биологического состояния нефтезагрязненной почвы более эффективную показали суспензии, содержащие культуры грибов сапротрофов DM №1 и D-3 №2+Альбит (Таблицы №3, 4, 5).
Примеры осуществления способа рекультивации нефтезагрязненных почв.
Объектами практического применения и отработки предлагаемого способа рекультивации был амбар на территории АО «Верхне-Волжские магистральные нефтепроводы» Нижегородской области с нагрузкой нефти на почву 50%. Второй объект - амбар на 2060 км нефтепровода Сургут-Полоцк с содержанием (нагрузкой) нефти в почве от 3,2% до 10%. Высокая концентрация асфальтенов в остаточной нефти (30%), образовавшаяся за счет пиролиза при сжигании нефти, содержала в своем составе канцерогенные вещества. Следующим объектом была площадка Сормовской нефтебазы «Лукойл-Нижегороднефтепродукт», г.Н.Новгород. Почва по всей территории площадки была пропитана маслами. Нагрузка нефтепродукта составляла 35-40%.
Пример №1 осуществления предлагаемого способа.
Первым объектом рекультивации - восстановления НЗП по предлагаемому способу в Нижегородской области был амбар в виде нефтяного озера 600 м2 около деревни Мешиха на территории АО «Верхне-Волжские магистральные нефтепроводы». Рекультивация амбара проводилась в 3 этапа: инженерно-технический, биологический, фитомелиоративный.
Первый этап - инженерно-технический - включал в себя откачку воды из озера, рыхление нефтезагрязненной почвы. Второй этап - через три недели после первого, осуществляли в две стадии, причем перед первой из которых, за 6 дней до начала второго этапа работ, вносили в почву биогумус - 3 т/га. Биогумус - высокоэффективное, экологически чистое и дешевое удобрение, содержащее в своем составе высокую концентрацию питательных веществ, имеет высокий титр микроорганизмов, а также является биостимулятором почвенной аборигенной микрофлоры. Его внесение в почву позволяет сбалансировать вещества, необходимые для роста и развития микроорганизмов, участвующих в трансформации нефтяных углеводородов. Препарат получен заявителем, сертифицирован и апробирован в условиях загрязненных почв.
Через 6 дней после внесения в НЗП биогумуса осуществили первую стадию II этапа рекультивации - биологической обработки: в почву внесли комплексную суспензию из штамма DM культуры гриба сапрофита Phoma eupyrena и сельскохозяйственный биопрепарат Альбит. Норма расхода препарата на 1 га обрабатываемой поверхности составляла не менее 100 кг, что обеспечивает поддержание концентрации интродуцированных бактерий в почве на уровне не менее 106 кл/г почвы.
Характеристика комплексной суспензии, приготовленной из штамма - DM культуры гриба сапротрофа Phoma eupyrena (штамма №1) и биопрепарата Альбит:
1. В суспензии содержится 20-25 мл штамма №1 титр 106-1014 м на 1 л Альбита;
2. рН суспензии - 6,8-7,3;
3. Биодеструктивная активность по методу гравиметрии - не менее 60%;
4. В суспензии отсутствуют организмы, патогенные для высших растений.
Биопрепарат Альбит, который введен в состав суспензии, содержит макро-, микроэлементы и гидролизаты почвенных бактерий Pseudomonas aureofaciens BKMB - 1973D и Bacillus megaterium, хвойный экстракт, хлорофилло-каротиновую пасту. Биопрепарат Альбит выпускается ИБФМ РАН (г. Пущино). Он способствует повышению защитных свойств растений против грибковых и бактериальных заболеваний; улучшению минерального питания растений; переводу в усвояемую форму нерастворимых форм фосфатов. К началу второго этапа рекультивации нагрузка нефти на почву составляла 4,6%, а в конце первой стадии второго этапа количество остаточной нефти уменьшилось и составляло 3,5%. На третьем этапе рекультивации - фитомелиоративном, проводимом через три недели после первой стадии работ второго этапа, осуществляли засев на нефтезагрязненной почве предварительно подготовленных путем замачивания в комплексной суспензии из штамма №2 - D-3 Cephaliophora tropica и Альбита, нефтетолерантных растений. Всходы семян нефтетолерантных трав появились через две недели.
Через три недели после фитомелиоративной обработки, в стадии выхода растений в трубку, осуществляли вторую стадию биологического этапа обработки: в почвенный покров внесли комплексную суспензию из штаммов Cephaliophora tropica и на тех же условиях как на первой стадии обработки (но с присутствием штамма №2). Общий срок цикла рекультивации составил 4 месяца.
Пример 2 осуществления способа.
Комплекс мероприятий по рекультивации нефтезагрязненной почвы на территории амбара нефтепровода Сургут-Полоцк проводился поэтапно.
Первый этап - агрохимический - рыхление, известкование, внесение в почву минеральных удобрений (диамонитрофосфат) в количестве 40 кг/га.
Результаты агрохимической обработки нефтезагрязненной почвы свидетельствуют: содержание остаточной нефти в среднем не превышает 5% (50 мг/кг) при фоновом 0,1% (1 мг/кг). Загрязнение отнесли к умеренному типу. Распределение остаточной нефти по площади было неравномерное.
Содержание ОН в НПЗ предопределяло разнообразие и характер биоценоза почвы. Численность углеводородокисляющих бактерий, в основном, не превышал 106 Кл/с. Среди них были представлены бактерии рода Pseudomonas, Rhodococcus и Bacillus, а также минеральные микромицеты родов Fusarium, Penicillium.
Второй этап - биологической рекультивации осуществляли, как и в примере №1 в две стадии. На первой стадии данного этапа для созданий условий, благоприятных для жизнедеятельности углеводородокисляющих бактерий, ускоряющих процесс деградации тяжелых углеводородов, в нефтезагрязненные почвы предварительно вносили Биогумус в количестве 3 т/га. Затем через шесть дней для деградации нефтяных загрязнений в почву вносилась комплексная суспензия, состоящая из штамма №1 и препарата Альбит, активно деструктирующих углеводороды нефти. Суспензию равномерно вносили в нефтезагрязненные почвы из расчета, чтобы в 1 л Альбита содержалось 20-25 мл штамма. Через месяц после обработки нефтезагрязненных почв был проведен третий этап рекультивации - посев нефтетолерантных многолетних семян трав.
Перед посевом трав семена были обработаны, как и в опыте №1, суспензией из штамма №2 и препарата Альбит. Норма высева семян составляла на 15-20% выше, чем при обычных полевых условиях (20 г/м2). Первые ростки растений появились через месяц и покрыли территорию на 40%. Через 10-15 дней нефтезагрязненная территория покрылась травостоем на 85%. В этот период осуществили обработку площадки комплексной суспензией, содержащей штаммы Phoma eupyrena и препарата Альбит (по методике 1 стадии). В общей сложности, весь цикл рекультивации занял пять месяцев.
Пример №3. Рекультивация почвы на площадке Сормовской нефтебазы г. Н.Новгород.
На первом этапе, осенью. Был внесен химический препарат (мелиорант), обладающий свойствами высокоактивного адсорбента и содержащий минеральные соли. Промывание почв должно было произойти естественным путем - током талых вод. Ввиду очень сильной нагрузки нефти на территорию, на данном этапе применение химического мелиоранта - азотно-фосфорного удобрения оказалось эффективным, т.к. обедненная почва получила достаточное количество питательных веществ. Весной после прогрева поверхности до оптимальных величин был произведен второй этап рекультивации - обработка территории внесением комплексной суспензии из штамма №1 и Альбита в количестве 100 кг/га при соотношении 20-25 мл штамма на 1 л Альбита (как и в примере 2), титр штамма - 1012-1014.
Последним этапом был высев многолетних трав - зернобобовой смеси, на глубину 1-3 см, задачей которого являлось обогащение почвы азотом, создание благоприятной обстановки для роста и развития микроорганизмов, а также поглощение вместе с растворенными питательными веществами легких фракций углеводородов, которые являются наиболее токсичными и миграционноспособными. Смесь трав подбиралась таким образом, чтобы сочетать растения со стержневой и мочковатой корневыми системами, для рыхления и поглощения и как можно большего количества токсинов, и укрепления поверхностного слоя, с одновременном насыщением его азотом, стимулируя тем самым рост микроорганизмов.
Неблагоприятный температурный режим (до +35°С) и отсутствие осадков на протяжении всего эксперимента не лучшим образом отразились на состоянии растений. Часть семенного материала погибла после всходов.
Тем не менее, повторный посев, произведенный в начале сентября 2003 г., совпал с благоприятными климатическими условиями и сразу дал положительный результат - всходы на всей засеянной территории появились через две недели, что позволило произвести ее обработку комплексной суспензией, включающей штамм №2 и препарат Альбит (вторую стадию II этапа). После осуществления всех этапов рекультивации нагрузка нефтепродукта на почву снизилась до 1,6%. В основном общий срок рекультивации составил три месяца.
Проведенные рекультивационные работы как на опытных, так и промышленных площадках, позволили установить следующее.
1. В почве рекультивационных площадок содержание углерода непосредственно связано с количеством внесенной нефти. Загрязнение нефтью не оказывает влияния на содержание подвижных соединений фосфора.
2. Наиболее эффективными препаратами, увеличивающими содержание подвижных форм питательных элементов в почве, являются: комплексные суспензии из штаммов Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica и препарата Альбит, Агат 25К; Альбит, Гумистар, Идеал.
Предлагаемый способ рекультивации - очистки и восстановления почвенного покрова с использованием в указанной последовательности комплексных суспензий из штаммов Phoma eupyrena и Cephaliophora tropica и препарата Альбит может быть применен в народном хозяйстве для очистки шламовых амбаров, очистных сооружений, оздоровления и рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Данный способ также может применяться при благоустройстве и биологенизации земледелия и для получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции.
Зеленую массу, выращенную на рекультивированных площадках, целесообразно использовать в качестве сидератов и провести вторичный засев трав. Санация территорий, загрязненных нефтепродуктами, старых участков под НЗП и резервуарными парками с помощью предложенного способа с использованием комплексных суспензий Биогумуса и Альбита достаточно эффективна. Количество нефтепродуктов на почве снижается на 60-80%. Процессы самоочищения не нарушаются, токсичность почвы не возрастает.
При этом по сравнению с известными способами биологической рекультивации нефтезагрязненных почв, например, пат. РФ №2077397, использующими в качестве органического удобрения навоз до 70 т/га или зеленую массу трав - до 15 т/га, введение биогумуса, штаммов №1 и №2 и препарата Альбит, гарантирует отсутствие в почве гельминтоза, увеличивает ферментативную активность и численность микроорганизмов, экономичнее в 5-10 раз.
Предлагаемый способ рекультивации может применяться на любых ландшафтах, независимо от типа загрязненного объекта (грунт, почва, пути сообщения, городская среда, болота, резервуарные парки и т.д.). Температурный диапазон восстановительной работы 10-35°С, диапазон рН, в котором активно работают и биогумус - 4,5-8,2. Используемые в способе рекультивации НЗП штаммы DM и D-3 культуры грибов сапротрофы, могут быть получены промышленным путем с использованием стандартного биотехнологического оборудования с применением доступных сырьевых компонентов.
1. Способ рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, включающий поэтапное выполнение цикла восстановительных работ путем агрохимической и последующих биологической обработки посредством введения в нефтезагрязненный почвенный покров микроорганизмов и сельскохозяйственного биопрепарата и фитомелиоративной обработки путем посева семян нефтетолерантных трав, отличающийся тем, что второй этап восстановительных работ - биологическую обработку осуществляют в две стадии, из которых первую стадию проводят перед фитомелиоративной обработкой, а вторую после нее, при первой стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из микромицета Phoma eupyrena и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит, полученного на основе гидролизата бактерий Pseudomonas aureofaciens BKMB - 1973Д и гидролизата бактерий Bacillus megaterium, а на второй стадии биологической обработки в почвенный покров вносят комплексную суспензию из микромицета Cephaliophora tropica и упомянутого сельскохозяйственного препарата Альбит, при этом и на первой и на второй стадиях обработки расход комплексной суспензии составляет 100 кг/га при содержании в ней 20-25 мл суспензии микромицета на 1 л Альбита, при титре 106-1010 кл/мл.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе работ - агрохимической обработке осуществляют рыхление два раза в месяц с интервалом 10-14 дней и одновременное внесение в почвенный покров не менее 40-60 кг/га минеральных удобрений.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй этап работ - первую стадию биологической обработки осуществляют через 2-3 нед после агрохимической обработки.
4. Способ п.1, отличающийся тем, что за 2-6 дней перед первой стадией биологической обработки в почву дополнительно вносят биогумус при расходе 3 т на гектар.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию биологической обработки проводят через 2-3 нед после фитомелиоративной обработки, которую осуществляют через 2-4 нед после первой стадии биологической обработки.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением фитомелиоративной обработки осуществляют предварительную подготовку семян нефтетолерантных трав путем их замачивания в течение 2-4 ч в комплексной суспензии из микромицета Cephaliophora tropica и сельскохозяйственного биопрепарата Альбит из расчета не менее 30 г суспензии на 1 т семян.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что фитомелиоративную обработку осуществляют путем высева нефтетолерантных трав в подготовленную почву из расчета не менее 20 кг/га.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нагрузке нефтяных загрязнений 25-30% первую стадию биологической обработки осуществляют повторно с интервалом в 2-3 нед после проведения дополнительного рыхления почвенного покрова.
