СПОСОБ БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВОГРУНТОВ

Изобретение относится к биотехнологии ремедиации загрязненных земель и предназначено для восстановления почв, загрязненных сырой нефтью и нефтепродуктами.

Известен способ очистки почвы от нефти и нефтепродуктов, предусматривающий обработку очищаемой почвы от нефти и нефтепродуктов микроорганизмами Rhodococcum erythropolis AC-1339 Д с питательной средой. Перед внесением микроорганизмов с питательной средой в очищаемую почву вносят высокомолекулярные кислоты (ВМК) от C₆ до C₂₂ в количестве 0,001-0,002 мас.%, обладающие ростстимулирующим действием, полученные путем окисления керогена сланцев в водно-щелочной среде (патент РФ №2160718 МПК C02F 3/34).

Недостатком известного способа является применение дорогостоящих ВМК, полученных путем окисления керогена сланцев в водно-щелочной среде.

Известен способ биоремедиации нефтезагрязненных почв путем обработки почвы бакпрепаратами и посеве семян бобовых и злаковых культур растений, предварительно обработанных раствором бакпрепаратов, содержащих Actinomycetes sp. 1-96A АбЗТ Биофлора №В-05 и Azotobacter chroococcum ВКПМ, некорневой подкормкой вегетирующих растений минеральными удобрениями. Для обработки почвы используют вышеуказанные препараты с добавлением дополнительных бакпрепаратов, включающих Bacillus mucitaginosus ВКПМ В-5987 и консорциум ВКПМ 5972, состоящего из Streptococcus thermophitus. Streptococcus bobis, Lactobacillus salivanius rear. salicinicus, Lactobacillus saliresriums var salicinicus, Lactobacillus saliuarius var salivanius, Lactobacillus thermophitus и использование для роста растений активатора Эль-1 заводского изготовления (патент РФ №2176164 МПК B09C 1/10). Способ может быть использован для последующего восстановления плодородного слоя и растительности.

Недостатком указанного способа является обработка семян жидкими бакпрепаратами, что требует немедленного их внесения в почву, так как от длительного хранения они теряют активность. Поэтому бактериальные препараты можно применять только на ближайшем расстоянии от пункта их приготовления, а на большие расстояния - жидкие препараты изготовлять не рекомендуется. Кроме того, внесение большого количества биопрепаратов (8 видов), а также использование для роста растений активатора Эль-1 заводского изготовления требуются определенные затраты, что удорожает использование данного способа.

Известен способ биологической ремедиации нефтезагрязненных почв (патент РФ №2290270 МПК B09C 1/10), принятый нами за прототип, заключающийся в том, что почву обрабатывают сухим бакпрепаратом с наполнителем, в котором в качестве микроорганизмов используют штамм Pseudomonas fluorescens КО (ВНИИСХМ Д-619) и штамм Pseudomonas aeruginosa КОА-3 (ВНИИСХМ Д-609) в соотношении 1:1, а в качестве наполнителя используют отходы бурого угля. После обработки почвы ее засевают семенами смеси бобовых и злаковых культур, предварительно обработанных сухим регулятором роста растений, в качестве которого берут бакпрепараты на основе Azotobacter chroococcum Mut-1 (ВНИИСХМ В-35 Д), Bacillus megaterium KC-1 (ВНИИСХМ В-135 Д) в количестве 2 кг/га и соотношении бактериальных культур 1:1.

Недостатком указанного способа является использование 2-х препаратов, содержащий каждый по 2 вида бактерий, что влияет на удорожание процесса, а также применение 2-х операций: обработка грунтов и обработка семян растений, что еще больше удорожает процесс, а также использование углеотходов бурого угля, которые имеют крупную фракцию 4,5-5,5% в количестве 70%, которую необходимо дробить, что еще удорожает процесс ремедиации нефтезагрязненных почв. Кроме того, в составе отходов бурого угля содержатся оксиды токсичных металлов: меди, хрома, цинка, бария, которые при использовании породы в качестве наполнителя отрицательно действуют на почвенную микрофлору и выращиваемые растения.

Задачей изобретения является разработка технологии биоремедиации нефтезагрязненных почв, обеспечивающих разложение нефтепродуктов в почве с наименьшими затратами как физическими, так и материальными.

Технический результат - одновременная очистка деструктированных почв от нефти и нефтепродуктов и восстановление ее продуктивности с минимальными затратами.

Поставленный технический результат обеспечивается за счет того, что в способе биоремедиации нефтезагрязненных почвогрунтов, включающий обработку грунтов бакпрепаратом на основе наполнителя и микроорганизмов, согласно изобретению в качестве наполнителя используют шлам обогащения ОФ, а в качестве микроорганизмов используют культуры Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539, при этом шлам обогащения ОФ и культуры Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 берут в соотношении 8:1,5:0,5.

Штамм Pseudomonas fluorescens ВКГ депонирован 05.07.2011 г. под регистрационным номером RCAM00538 в коллекции ГНУ ВНИИСХМ (г.Санкт-Петербург). Перспективен для создания микробного препарата для рекультивации и биоремедиации нефтезагрязненных почвогрунтов.

Штамм Azotobacter chroococcum АИН депонирован 05.06.2011 г. под регистрационным номером RCAM00539 в коллекции ГНУ ВНИИСХМ, является сверхпродуцентом полисахаридов. Перспективен для создания микробного препарата для восстановления продуктивности и очистки деструктированных почв от нефти.

Использование бактериальных препаратов Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 для биологической ремедиации нефтезагрязненных почв с наполнителем из шлама обогащения ОФ (обогатительная фабрика) позволяет осуществить за вегетационный период одновременно очистку деструктированных почв от нефти и нефтепродуктов и восстановление ее продуктивности с минимальными затратами, как физическими и материальными.

Гранулометрический состав отходов бурого угля, используемый в качестве наполнителя в прототипе, имеет следующий состав:

Данную угольную смесь необходимо при приготовлении препарата дробить до получения фракции размером 1,0-1,5 мм, что значительно удорожает процесс приготовления бакпрепарата, кроме того, приходится осуществлять меры по обеспыливанию помещений.

Используемый шлам обогащения ОФ в предлагаемом изобретении имеет следующий гранулометрический состав:

Шлам обогащения ОФ данного состава используется без дробления, что значительно удешевляет технологию приготовления бакпрепарата.

В составе отходов бурого угля содержатся оксиды токсичных металлов: меди, хрома, цинка, бария (Таблица 1), которые при использовании породы в качестве наполнителя отрицательно действуют на почвенную микрофлору и выращиваемые растения.

В шламе обогащения ОФ (Таблица 1) данные элементы отсутствуют, поэтому данный шлам более пригоден для его использования в качестве наполнителя.

Таким образом, гранулометрический состав шлама обогащения ОФ и его химический состав, отсутствие токсичных оксидов меди, хрома, цинка, бария, а также повышенное количество органического вещества (потери при прокаливании) - 59300 мг/кг по сравнению с угольными отходами, где количество органического вещества намного меньше - 34250 мг/кг, что позволяет использовать шлам обогащения ОФ в качестве наполнителя бакпрепаратов и применять их для биоремедиации и рекультивации нефтезагрязненных почвогрунтов.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Пример 1. Почву, загрязненную мазутом (содержание мазута 13%), на спланированном и выровненном участке, обрабатываем сухим бакпрепаратом, содержащим наполнитель, в качестве которого использовали шлам обогащения ОФ (угольный штыб), содержащий комплекс всех микроэлементов, необходимых для роста и развития растений, - бактериальные культуры Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538, разлагающую нефтепродукты, и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539, содержащую гуминовые кислоты, стимулирующих рост растений, взятые в соотношении 8:1,5:0,5.

Количество препарата по сухому весу составило 50 кг/га. Бактериальный титр равен 10¹².

После внесения в почву сухих бактериальных препаратов, состоящих из культуры Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 в соотношении 1,5:0,5, проводится рыхление на глубину корнеобитаемого слоя ~15 см для улучшения физического режима влагоемкости и улучшения аэрации.

Через 5 дней обработанный участок засевали смесью семян, состоящей из ржи - 60%, вики - 40%. Контрольный участок загрязненной земли засевали тем же составом семян, в том же количестве, но без обработки бактериальными препаратами.

Опыт проводили в диапазоне температуры окружающей среды от 17 до 25°C. Всходы на опытном участке появились на 6-8 день.

Морфологические и биометрические обследования посевов проводили в процессе роста и развития растений при определении динамики содержания нефтезагрязнителя в почве и микробиологическом анализе почвы. Результаты представлены в таблице 2.

В таблице 2 приведены результаты роста опытных растений в контроле (без обработки бакпрепаратами) в опыте (предлагаемым способом). Результаты опыта сравнивались с прототипом.

Из таблицы 2 видно, что в контроле появление всходов было единичным. В прототипе всходы появились на 6-ой день.

Плотность травостоя в контроле через 30 дней составила в количестве 5 шт. на 1 дм², в прототипе густой сплошной газон, в опыте тоже густой сплошной газон, но рост наземной массы был больше чем в прототипе.

В таблице 3 приведены результаты разложения мазута микроорганизмами.

Были проведены следующие варианты опытов: на почве, незагрязненной мазутом, контроль, без обработки препаратом, по прототипу и предлагаемым способом.

Как видно из таблицы 3, в почве, незагрязненной мазутом, количество бактерий после обработки почвы бакпрепаратом через 3 месяца, возросло с 0,1·10⁴ до 0,1·10⁵ в 1 г почвы. Количество мазута в контроле через 3 месяца снизилось со 100 до 98,7%, в прототипе со 100 до 0,08%, в предлагаемом способе через 3 месяца с 100 до 0,005%. В такой же степени наблюдалось увеличение численности микроорганизмов в почве, т.е. в контроле количество микроорганизмов повысилось незначительно за 3 месяца с 0,1·10⁴ до 0,1·10⁵

В прототипе количество микроорганизмов повысилось с 0,1·10⁴ до 3,7·10⁶.

В предлагаемом способе через 3 месяца отмечалось значительное повышение количества микроорганизмов с 0,1·10⁴ до 4,8·10⁹.

Пример 2. Почву, загрязненную гудроном (11%), подготовленную и обработанную сухим бакпрепаратом, содержащим наполнитель, в качестве которого использовался угольный штыб (угольный шлам ОФ, содержащий весь комплекс микроэлементов, необходимых для роста и развития растений, бактериальные культуры Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539, взятых в соотношении 8:1,5:0,5. Количество бакпрепаратов составило 50 кг/га с бактериальным титром 10¹². После внесения в почвогрунты сухого бакпрепарата на опытных участках проводилось рыхление на глубину корнеобитаемого слоя - 15 см. Через неделю (7 дней) обработанный участок засевали смесью семян, состоящей из ржи - 60%, вики - 40%. Результаты представлены в таблице 4.

Из таблицы 4 видно, что в контроле, без обработки почвы бакпрепаратами появление всходов отмечалось единичное, плотность травостоя через 30 суток была минимальной - 3 шт. на 1 м². В прототипе всходы взошли на 7-8 день, плотность травостоя на 1 дм² через 30 дней равнялось 54 шт., а после перезимовки рос сплошной газон.

В опыте всходы взошли на 5-6 день, плотность травостоя на 1 дм² через 30 дней рос сплошной газон, который после перезимовки стал еще гуще, чем в прототипе.

В таблице 5 предоставлено содержание гудрона в почве в течение вегетационного периода роста растений через 3 недели и через 3 месяца и динамики численности микроорганизмов в почве до обработки, через 1 и 3 месяца.

В почве, незагрязненной гудроном, количество микроорганизмов до обработки составило 6·1·10⁶, через 1 месяц 6,7·10⁶, через 3 месяца - 7,4·10⁶. В контроле без обработки бакпрепаратом, количество гудрона за 3 месяца не снизилось. Количество микроорганизмов до обработки составило 0,5·10⁶, через 1 и 3 месяца вырастали единичные колонии микроорганизмов. В прототипе количество гудрона снизилось в почве через 3 недели до 77,9%, через 3 месяца до 10,0%. В предлагаемом способе количество гудрона через 3 недели снизилось до 32,7%. Через 3 месяца - до 4,6%.

Таким образом, количество микроорганизмов в предлагаемом способе уже через 3 недели достигло 1,7·10⁶ по сравнению с прототипом, где количество бактерий через 3 месяца было меньше чем в предлагаемом через 3 недели, что указывает на хорошие результаты по сравнению с прототипом.

Пример 3.

На спланированном и выровненном участке на почвогрунте загрязненного мазутом (13%) и гудроном (содержание гудрона 11%) проводились работы аналогично примеру 1 и 2. После внесения в почву бакпрепаратов проводилось рыхление на глубину 15 см. Через неделю обработанный участок засевали смесью семян ржи - 60% и вики - 40%.

Результаты приведены в таблице 6 и 7.

Как видно из таблиц 6 и 7, появление всходов растений в контроле (без обработки бакпрепаратами) было единичным и плотность травостоя на 1 дм² через 30 дней равнялась 4. После перезимовки растения на участке не росли. В опыте по предлагаемому способу появление всходов отмечалось на 4-5 день. Плотность травостоя на 1 дм² через 30 дней составила 87%, а после перезимовки в опыте отмечается сплошной газон растений. Содержание гудрона и мазута в почве в контрольном участке оставалось в течение 3 месяцев в количестве 100%. В опыте через 3 месяца их количество уменьшилось со 100% до 2,0%. Численность микроорганизмов в опыте также значительно увеличилось за 3 месяца с 0,7·10⁶ до 2,5·10⁷. В контроле, наоборот, количество микроорганизмов резко снизилось через 3 месяца. С контрольным участком вырастали единичные колонии микроорганизмов.

Как показали испытания, количество мазута и гудрона под влиянием внесенных микроорганизмов Pseudomonas fluorescens ВКГ КСАМ00538и Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 резко снизились за 3 месяца по сравнению с прототипом, при этом количество микроорганизмов резко возросло за 3 месяца, в прототипе количество микроорганизмов было значительно меньшим, т.е. их количество повысилось с 0,8·10⁶ до 1,7·10⁶.

В примере 3 представлены результаты опытов на делянках по предлагаемому способу по определению роста надземной массы в длину и была проведены замеры длины корневой системы в сравнении с прототипом. Данные приведены в таблице 8.

Рост надземной массы в длину в предлагаемом способе у ржи был 31 см, в прототипе 22 см

У вики в предлагаемом способе - 35 см, в прототипе - 25 см. В контроле рост надземной массы у ржи составил 5,8-6,2 см, у вики 6,4-7,5 см. Длина корневой системы в предлагаемом способе у ржи была 12,4 см, у вики 5,9 см. В прототипе у ржи - 9,3 см, у вики - 4,3 см. На контрольных участках корневая система у ржи - 0,5-0,6 см, у вики - 0,7-0,8 см.

Микробиологический анализ (таблица 8) на содержание сапрофитов и азотобактера - показателей на плодородие почвы показало, что количество сапрофитов микрофлоры в предлагаемом способе в корневой системе у ржи составило 347,5 тыс/г, у вики - 385,6 тыс/г, в прототипе у ржи - 205,8 тыс/г, у вики - 212,4 тыс/г. Азотобактер в прототипе у ржи составил 1,1 тыс/г, у вики - 0,9 тыс/г. В предлагаемом способе в корневой системе у ржи - 2,3 тыс/г, у вики - 2,7 тыс/г. В контрольных вариантах рост азотобактера отсутствовал.

Предлагаемый способ позволяет резко снизить количество нефтепродуктов (мазута и гудрона) в почве в течение вегетационного периода роста растений (3 месяца), обеспечивает хороший рост и развитие растений, а также повышает численность микроорганизмов в почве. Использование бактериальной культуры Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 в качестве регулятора роста растений повышает плодородие земель, загрязненных нефтью при минимальных затратах.

Промышленная применимость предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как не требуется специального оборудования. Применяемые бакпрепараты, готовятся на предприятии, и доставляются в сухом виде на объект, где также используется в сухом виде.