Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩЕЙ ПОЧВЫ

Изобретение относится к гигиене окружающей среды, нефтяной промышленности, сельского хозяйства, и может быть использовано для ремедиации нефтезагрязненной почвы сельскохозяйственного назначения.

Известны разработки с применением цеолита, глауконита и вермикулита для ускорения микробной деградации нефти в почве [Писарчук А.Д. Эколого-микробиологические аспекты биоремедиации нефтезагрязненных экосистем и угольных карьеров: Автореф. дис. … канд. биол. наук. / А.Д. Писарчук; Нац. Томск, гос. унив. - Томск, 2014-23 с.].

Известен сорбент для очистки воды и поверхности почвы от нефти и тяжелых металлов с использованием обуглероженной льняной костры и сапропель [Пат. 2198987 Российская Федерация, МПК Е02В 15/04, C02F 1/28. Сорбент для комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов, опубл. 20.02.03, Бюл. №5]. Недостатком данного сорбента является его малая эффективность, поскольку внешняя поверхность частиц сорбента обволакивается пленкой, состоящей из нефти, что приводит к дезактивации сорбента.

Известен способ очистки земель от нефти, согласно которому в качестве сорбента, используемого для удаления из почвы нефтезагрязнений, используют гранулированный технический углерод (сажу) с удельной поверхностью 50-250 м²/г либо углерод-углеродный композит с удельной поверхностью 100-500 м²/г [Пат. 2414313 Российская Федерация, МПК В09С 1/00. Способ очистки земель от нефти и нефтепродуктов и рекультивации почв сельскохозяйственного назначения, опубл. 20.03.11, Бюл. №8]. Недостатком данного способа является необходимость промышленного производства гранулированного технического углерода (сажи) с удельной поверхностью 50-250 м²/г либо углерод-углеродный композит с удельной поверхностью 100-500 м²/г.

Известен способ рекультивации нефтесодержащих почв, основанный на введении в почву микроорганизмов, способных утилизировать углеводороды в процессе своей жизнедеятельности [Albert Т. Yeung, Ying-YingGu / A review on techniquestoenhanceelectrochemical remediation of contaminated soils // Journal of Hazardous Materialsv. 195, 2011, p. 11-29]. В процессе биоремедиации углерод из нефти преобразуется в углекислый газ, переходит в биомассу клеток, трансформируется в гумус и закрепляется в почве. Этот способ эффективно работает при содержании нефти в почве менее 20 мг/кг [X. Wang, X. Yu, R. Bartha. Effect of bioremediation on polycyclic aromatic hydrocarbon residues in soil // Environ. Sci. Technol. V. 24 (7), 1990, p. 1086-1089; S. Harayama / Polycyclic aromatic hydrocarbon bioremediation design // Curr. Opin. Biotechnol. V. 8, 1997, p. 268-273]. К недостаткам данного способа относится, что при более высокой концентрации углеводородов численность бактерий снижается и биоремедиация почвы не происходит.

Известен способ биологической ремедиации нефтезагрязненных почв путем обработки почвы биопрепаратами и микроэлементами, отличающийся тем, что после обработки почвы биопрепаратами ее засевают семенами смеси бобовых и злаковых культур, предварительно обработанных раствором биопрепаратов на основе Actinomyces sp. 1-96А АОЗТ "Биофлора" N В-05 и Azotobacter chroococcum ВКПМ В-3721, и проводят некорневую подкормку сформировавшихся вегетирующих растений минеральными удобрениями, а в качестве биопрепаратов для обработки почвы используют биопрепараты на основе Actinomyces sp. l-96А АОЗТ "Биофлора" N В-05, Azotobacter chroococcum ВКПМ B-3721, Bacillus mucilaginosus ВКПМ B-5987 и консорциума ВКПМ 5972, состоящего из Streptococcus thermophilus, Streptococcus bovis, Lactobacillus salivarius var. salicinicus, Lactobacillis salivarius var salivarius, Lactobacillus thermophilus [Пат. 2176164, МПК B09C 1/10, B09C 101/00, A01B 79/02, C09K 17/00. Способ биологической ремедиации нефтезагрязненных почв / опубл. 27.11.01, Бюл. 33]. Недостатком известного способа является многокомпонентность и необходимость промышленного производства биопрепаратов.

Известен сорбент-активатор для очистки нефтесодержащих почв и грунтов [Пат. 2615526, МПК B01J 20/24, B01J 20/20, B01J 20/30. Сорбент-активатор для очистки нефтесодержащих почв и грунтов и способ его получения, опубл. 05.04.17, Бюл. №10]. К недостаткам данного препарата относится необходимость промышленного производства сорбента-активатора. 2615526

Известен способ очистки и рекультивации почвы, содержащей нефть, включающий внесение в почву сорбента, биопрепарата и дождевых червей [Пат. 2594995, МПК В09С 1/00. Способ очистки и рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, опубл. 20.08.16, Бюл. №23]. К недостаткам данного способа относится возможность применения только в черноземах, суглинке и песчаных почвах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, включающий сорбент, который представляет собой мелкодисперсный дегидратированный цеолит с размером гранул 0,1-0,5 мм, опудренный наночастицами Аэросила А-300 [Пат. 2516412, МПК B01J 20/10, B01J 20/283, C02F 3/34, C02F 1/28, В09С 1/10, C12R 1/125, C12R 1/32, C12R 1/38, C12R 1/40. Препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений и способ его получения, опубл. 20.05.14, Бюл. №14]. К недостаткам данного препарата относится комплексность и сложность его использования и применения, т.к. помимо сорбента, препарат содержит микроорганизмы - деструкторы нефти, криопротектор - глицерин, микроудобрения - азотнокислый натрий 0,5% и фосфорнокислый калий 0,5%. В качестве деструкторов нефти он содержит ассоциацию нефтеокисляющих микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ В-81, Pseudomonas spp. ВКМ В-892, Pseudomonas putida ВКМ В-1301, Rhodococcus sp. ВКМ Ас-950, Mycobacterium flavescens ВКМ Ас-1415 в количестве 75-85% от общего числа клеток, а также почвенные бактерии Agrobacteium radiobacter ВКМ В-1219 в количестве 15-25% от общего числа клеток.

Целью предполагаемого изобретения является повышение качества очистки нефтесодержащих почв сельскохозяйственного назначения с использованием природного сорбента, разрабатываемого открытым способом. Поставленная цель достигается способом ремедиации почвы от нефтяных загрязнений с использованием сорбента, включающей цеолит 64,5-73,2% вес., шунгит 28,6-32,3% вес. и гумат калия 2,4-3,2% вес., которую вносят в почву в следующей последовательности: сначала - шунгит и гумат калия, а через неделю - цеолит с последующим перекапыванием в течении двух недель.

Сущность изобретения заключается в ремедиации почвы с использованием сорбента в следующей последовательности: сначала - шунгит и гумат калия, а через неделю - цеолит с последующим перекапыванием в течении двух недель. В качестве сорбента использовались цеолит 64,5-73,2% вес., шунгит 28,6-32,3% вес. и гумат калия 2,4-3,2% вес. Полевые испытания эффективности способа ремедиации почвы, загрязненной нефтепромысловой средой проводились на опытных участках (площадь каждого 1 м²), загрязненных обводненной сернистой нефтью (обв. 78,8%) и обводненной девонской нефтью (обв. 78,8% и более 84%).

Природный минерал - шунгит является хорошим сорбционным материалом, что позволяет использовать его для очистки от нефти, солей тяжелых металлов. Основу данного минерала составляет шунгитовый углерод, являющийся фуллереноподобным (т.е. содержащим определенные регулярные структуры), а также алюмосиликаты, оксиды щелочных металлов и следовые количества рассеянных металлов. В настоящем изобретении шунгит использовался в виде порошка мелкодисперсного 1,25-2,5 мм.

Цеолит - природный минерал, состоящий в основном из алюмосиликатов кальция и натрия, также обладает высокими сорбционными способностями, способен к ионному обмену. Кроме того, при внесении в почву улучшает ее аэрацию, повышает пористость почвы, препятствует ее уплотнению. В настоящем изобретении цеолит использовался в виде порошка мелкодисперсного 1,25-2,5 мм.

С целью улучшения структуры нефтезагрязненной почвы, повышения ее воздухопроницаемости и активации микроорганизмов-деструкторов нефти в почву вносился гумат калия в количестве 2,4-3,2%) вес. Известно, что гуминовые вещества способны ускорять процессы анаэробного разложения органических загрязняющих веществ, а также обладают протекторным действием, образуя с экотоксикантами нетоксичные комплексы, малоподвижные в почве.

В качестве сравнения использовались традиционный способ, агротехнические мероприятия и способ с применением сорбента:

1) традиционный способ, заключающийся во внесении в загрязненную почву навоза, фосфогипса и последующем рыхлении почвы (проба 1 - почва, загрязненная сернистой нефтью, пробы 2, 3 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. 78,8% и более 84% соответственно).

2) Агротехнические мероприятия (проба 4 - почва, загрязненная сернистой нефтью, пробы 5, 6 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. 78,8% и более 84% соответственно).

3) Различные комбинации природных минералов (шунгитЗажогинского месторождения (Карелия), цеолит Татарско-Шатранского месторождения (Дрожжановский район РТ) и гумата калия.

Проба 7 - почва, загрязненная сернистой нефтью (шунгит 24,4% вес., цеолит 73,2%) вес., гумат К 2,4% вес.);

проба 8 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. 78,8%) (шунгит 24,4% вес., цеолит 73,2% вес., гумат К 2,4% вес.);

проба 9 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. 78,8%) (шунгит 32,2% вес., цеолит 64,5% вес., гумат К 3,3% вес.);

проба 10 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. более 84%) (шунгит 32,2%о вес., цеолит 64,5% вес., гумат К 3,3% вес.);

проба 11 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. более 84%) (шунгит 24,4% вес., цеолит 73,2% вес., гумат К 2,4% вес.);

проба 12 - почва, загрязненная девонской нефтью (обв. более 84%) (шунгит 19,6% вес., цеолит 78,4% вес., гумат К 2% вес.).

В качестве фона (проба 13) были взяты образцы серой лесной почвы с незагрязненных участков, расположенных недалеко от опытных.

Схема способа с применением различных комбинаций природных минералов (шунгит Зажогинского месторождения (Карелия), цеолит Татарско-Шатранского месторождения (Дрожжановский район РТ) и гумата калия состояла во внесении в почву шунгита и гумата калия, а через неделю - цеолита. Внесение цеолита во вторую очередь объясняется его свойством разрыва нефтяных цепей на мелкие фракции. Ежедневное перемешивание в течение двух недель почвы при данном способе способствовало барботированию. В конце каждого сезона согласно ГОСТ 28168-89 и ГОСТ 17.4.3.01-83 проводили отбор проб почвы для анализа содержания нефтепродуктов (Таблица 2).

Наиболее эффективным оказалось использование данного способа при ремедиации почвы, загрязненной сернистой и девонской нефтью (обв. более 84%). Испытываемая технология показала лучший (на 9,5%), по сравнению с традиционным способом ремедиации, результат в отношении содержания нефтепродуктов в почве, загрязненной сернистой нефтью. На остальных опытных участках снижение содержания нефтепродуктов в почве за 2 сезона оказалось сопоставимым с традиционным способом (Таблица 3). За два года эффективность способа составила 94%. Учитывая полученные результаты для практического применения можно рекомендовать комбинацию цеолита 64,5-73,2% вес., шунгита 28,6-32,3% вес., и гумата калия 2,4-3,2% вес. При сравнении с наиболее близким изобретением отмечается большая эффективность последнего (до 98%) при больших затратах и сложности изготовления известного препарата.