Результат интеллектуальной деятельности: Способ биологической очистки от нефтепродуктов почв земель сельскохозяйственного назначения

Предлагаемое изобретение относится к области промышленной и экологической безопасности, защиты окружающей среды, восстановления почв земель сельскохозяйственного назначения, в частности к очистке почв, загрязненных нефтепродуктами в результате хозяйственной деятельности человека.

Загрязнение почв нефтепродуктам приводит к значительному снижению плодородия и деградации почв, поэтому для их восстановления и очистки необходимы разработка и внедрение современных высокоэффективных реабилитационных мероприятий.

Известен способ микробиологической очистки почвы от нефти и нефтепродуктов, [Пат №2429089 РФ, МПК В09С 1/10, C12N 1/26, БИ №26, 2011 г.], заключается в обработке почвы жидкой формой биопрепарата, включающего аэробные нефтеокисляющие бактерии. Перед обработкой почвы упомянутым биопрепаратом непосредственно в почву вносят азот-фосфорно-калийное минеральное удобрение и дополнительно - рыбную муку.

Недостатками этого способа являются сложность и трудоемкость поддержания заданных параметров в почве в течение реабилитационного периода для эффективной работы интродуцированных штаммов микроорганизмов, кроме того, он предусматривает только деструкцию токсичных нефтепродуктов и предотвращение их дальнейшего негативное воздействие на почву, но при этом не обеспечивает устранение уже нанесенного экологического ущерба.

Известен способ биологической рекультивации переуплотненных почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами [Пат №2320430 РФ, МПК В09С 1/10, C12N 1/26, С09K 17/00, БИ №9, 2008 г.], при котором в почву вносят водный раствор углеводородокисляющих бактерий, органические удобрения, проводят вспашку, боронование и посев многолетних трав.

Недостатком этого способа является трудозатратность, поскольку предусматривает нарезание щелей на глубину 60-80 см, которые заполняются зообактериальными и нефтеокисляющими бактериями. Кроме того, обработка почвы тяжелыми боронами и внесение мелиорантов, через определенный промежуток времени увеличивают энергозатраты и снижают плодородие поверхностного слоя реабилитируемой почвы.

Весьма перспективным является очистка почв от нефтепродуктов с помощью фиторемедиации.

Наиболее близким техническим решением является способ [Пат №2481162 РФ, МПК В09С 1/00, В09С 1/10, А01В 79/02, БИ №31, 2012 г.], при котором пахоту проводят без оборота пласта на глубину 30-35 см с последующим внесением цеолитсодержащих глин - аланитов в количестве 5-6 т/га в смеси с измельченными растительными остатками зернобобовых культур и листового опада деревьев в количестве 1,5-2 т/га и осенним посевом однолетнего клевера открытозевого с повышенной нормой высева из расчета 25-30 кг/га, семена которого предварительно замачивают в растворе биопрепарата Байкал-ЭМ-1 в смеси с парааминобензойной кислотой в концентрации 0,001% каждого компонента в течение 2-3 ч, а весной в фазе бутонизации - цветения биомассу запахивают в почву с предварительным опрыскиванием травостоя аналогичным раствором смеси в количестве 200-300 л/га.

Недостатками этого способа являются многоступенчатость, трудоемкость подготовительных мероприятий, связанных с созданием условий для прорастания однолетнего клевера с использованием не дешового препората Байкал-ЭМ-1, при этом за отведенный реабилитационный период не обеспечивается в полной мере восстановление плодородия загрязненных почв, так как вносимые в почву в качестве сорбента и источника макро - и микроэлементов цеолитсодержащие глины - аланиты не содержат достаточного количества элементов питания растений и аборигенных микроорганизмов и являются мелиорантом только на песчаных и кислых почвах. Кроме того, клевер проявляет низкую толерантность к загрязненности почвы нефтяными углеводородами и не способе в полной мере выполнить фиторемидиативную функцию.

Устранить указанные недостатки позволяет способ биологической очистки от нефтепродуктов почв земель сельскохозяйственного назначения, включающий внесение природного сорбента -источника макро- и микроэлементов, органического удобрения, посев однолетних трав, в котором согласно предполагаемому изобретению, весной в очищаемую почву, при необходимости предварительно вспаханную, вносят гидроперит, производят культивацию с боронованием на глубину 25-30 см, после чего проводят полив водой с доведением влажности почвы до не менее 60% предельной почвенной влагоемкости, затем в почву вносят смесь торфа, гранулированного карбонатного сапропеля, калия хлористого, суперфосфата и аммиачной селитры в соотношении 30:60:1:1,8:2, при этом гидроперит вносят из расчета 1:10 по массе вносимого сапропеля, затем почву повторно культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см, после чего проводят посев многолетних трав под покровом однолетних, их выращивание, последующий укос однолетних в конце первого вегетационного сезона и укос многолетних в конце второго вегетационного сезона.

Новый положительный эффект от применения предполагаемого изобретения состоит в повышении эффективности очистки нефтезагрязненных почв и восстановлении их плодородия благодаря внесению гидроперита, смеси торфа, карбонатного сапропеля, минеральных удобрений с заделкой их повторной культивацией с боронованием, посевом многолетних трав под покровом однолетних.

Гидроперит, как сильный окислитель, оказывает деструктивное действие на нефтепродукты при его внесении в загрязненную почву. Кроме того, он снижает прочность органоминеральных комплексов сапропеля, что повышает их биологическую активность и облегчает экстракцию гуминовых веществ. Соотношение 1:10 по отношению к сапропелю определено из соображения оптимальной эффективности и экологической безопасности. Соотношение компонентов смеси торф, сапропель, минеральные удобрения определено опытным путем из соображения оптимальной эффективности и экономической целесообразности.

Торф способен сорбировать находящиеся в почве свободные нефтепродукты, является органическим удобрением (источником макро- и микроэлементов) и выступает в роли рыхлителя (физического мелиоранта), улучшая аэрацию почвы и создавая благоприятные условия для деструктивной деятельности фиторемедиантов и аборигенных аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов.

Гранулированный сапропель сочетает в себе свойства мелиоранта для почвы, сорбента для нефтепродуктов, твердого носителя для аборигенных штаммов почвенных аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов, а также источника минеральных элементов для фиторемедиантов, способствует ускорению деструкции нефтепродуктов в почве. После очистки почвы гранулы сапропеля не нужно удалять из почвы, так как под действием почвенных бактерий происходит минерализация сапропеля, при этом улучшается структура почвы, снижается ее кислотность, увеличивается буферность, повышается содержание гумуса, активизируется почвенная микрофлора, создавая тем самым позитивные предпосылки для использования очищенных почв в сельском хозяйстве, а поскольку гранулы сапропеля имеют коллоидную структуру и обладают значительной сорбирующей поверхностью, то они способны сорбировать находящиеся в почве свободные нефтепродукты.

Минеральные удобрения являются источником микро- и макроэлементов, они способствуют ускорению процесса биодеструкции нефтепродуктов в почве путем стимуляции роста фиторемедиантов и усиления активности аборигенных штаммов почвенных углеводородокисляющих микроорганизмов.

Культивация загрязненной почвы с одновременным боронованием на глубину 25-30 см позволяет уменьшить стартовое содержание нефтепродуктов в почве за счет разбавления при перемешивании загрязненного поверхностного слоя с ниже расположенной чистой почвой, равномерно распределить вносимые в почву препараты и мелиоранты для обеспечения активного их взаимодействия с нефтепродуктами, аборигенными аэробными почвенными углеводородокисляющими микроорганизмами и фиторемедиантами, улучшить аэрацию почвы, насытить ее кислородом и тем самым создать более благоприятные условия для биологической очистки почв.

Предлагаемый способ биологической очистки загрязненных нефтепродуктами почв земель сельскохозяйственного назначения, осуществляют следующим образом:

Пример 1. Загрязненную нефтепродуктом, задерненную почву, содержащую 2,5%_мас. дизельного топлива, перепахивают, затем вносят гидроперит в количестве 0,015 кг/м². После чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см и проводят полив водой из расчета доведения влажности почвы до 60% ППВ (предельная почвенная влагоемкость). Через неделю в почву вносят торф в количестве 0,075 кг/м², гранулированный карбонатный сапропель (размер гранул до 2 мм, влажностью не более 30%) в количестве 0,15 кг/м², минеральные удобрения (калий хлористый - 0,0025 кг/м², суперфосфат - 0,0045 кг/м², аммиачная селитра - 0,005 кг/м²), после чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см.

Через неделю производят посев фиторемедиантов: применяются многолетние травы (бобово-злаковая травосмесь): клевер красный - 20 кг/га, кострец безостый - 35 кг/га, тимофеевка луговая - 25 кг/га под покровом однолетних (горохо-овсяная смесь): овес -180 кг/га, горох - 120 кг/га. В конце первого вегетационного сезона скашивают однолетники. Многолетники набирают силу во втором сезоне и в конце сезона также скашиваются. Степень деструкции нефтепродуктов в почве за один вегетационный сезон составила 86,8%, за два сезона - 97,2%.

Пример 2. Загрязненную нефтепродуктом почву, содержащую 2,5%_мас. дизельного топлива, при необходимости перепахивают, затем вносят гидроперит в количестве 0,03 кг/м², после чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см и проводят полив водой из расчета доведения влажности почвы до 60% ППВ. Через неделю в реабилитируемую почву вносят торф в количестве 0,15 кг/м², гранулированный карбонатный сапропель (размер гранул до 2 мм, влажностью не более 30%) в количестве 0,30 кг/м², минеральные удобрения (калий хлористый - 0,005 кг/м², супер-фосфат - 0,009 кг/м², аммиачная селитра - 0,010 кг/м²), после чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см. Через неделю производят посев фиторемедиантов: применяются многолетние травы (бобово-злаковая травосмесь): клевер красный - 20 кг/га, кострец безостый - 35 кг/га, тимофеевка луговая - 25 кг/га под покровом однолетних (горохо-овсяная смесь): овес -180 кг/га, горох - 120 кг/га. В конце первого вегетационного сезона скашивают однолетники, а в конце второго -многолетники. Степень деструкции нефтепродуктов в почве за один вегетационный сезон составила 90,1%, за два сезона - 98,2%.

Пример 3. Загрязненную нефтепродуктом почву, содержащую 2,5%_мас.дизельного топлива, при необходимости перепахивают, затем вносят гидроперит в количестве 0,06 кг/м², после чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см и проводят полив водой из расчета доведения влажности почвы до 60% ППВ. Через неделю в реабилитируемую почву вносят торф в количестве 0,30 кг/м², гранулированный карбонатный сапропель (размер гранул до 2 мм, влажностью не более 30%) в количестве 0,60 кг/м², минеральные удобрения (калий хлористый - 0,010 кг/м², супер-фосфат - 0,018 кг/м², аммиачная селитра - 0,020 кг/м²), после чего почву культивируют с одновременным боронованием на глубину 25-30 см. Через неделю производят посев фиторемедиантов: применяются многолетние травы (бобово-злаковая травосмесь): клевер красный - 20 кг/га, кострец безостый - 35 кг/га, тимофеевка луговая - 25 кг/га под покровом однолетних (горохо-овсяная смесь): овес - 180 кг/га, горох - 120 кг/га. Степень деструкции нефтепродуктов в почве за один вегетационный сезон составила 95,4%, за два сезона - 98,8%.

Таким образом, предлагаемый способ биологической очистки загрязненных нефтепродуктами почв земель сельскохозяйственного назначения позволяет за два вегетационных сезона практически полностью очистить загрязненную почву от нефтепродуктов, улучшить ее структуру и восстановить плодородие.