Биоремедиант для проведения рекультивации загрязненных нефтью и/или нефтепродуктами почв

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к экологическим препаратам, обеспечивающим восстановление плодородия почв, утраченного в результате их углеводородных аварийных загрязнений в районах добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти и нефтепродуктов.

Проблема загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами в настоящее время становится все более актуальной, так как последствия этого процесса не только неблагоприятно влияют на экономическую ситуацию, связанную со снижением площади плодородных почв, но и является важной научной и экологической проблемой.

В зависимости от природных условий и опасности распространения нефти рекультивация может проводиться:

- по технологии ex situ - полное снятие и вывозка загрязненного грунта на площадки переработки или утилизации;

- по технологии in situ - восстановление земель и снижение загрязнения на месте.

Наиболее используемой является технология in situ, т.к. при ее проведении снижается воздействие загрязняющих веществ на человека и окружающую среду во время извлечения и транспортировки нефтезагрязненного грунта, обеспечивается снижение материальных и финансовых затрат на проведение рекультивационных мероприятий.

Особенностью ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на почве является обязательное проведение мероприятий по очистке, включающих комплекс рекультивационных работ, обеспечивающих восстановление ее структуры и микробиоценоза.

В настоящее время этот процесс основан на проведении биологического этапа, который включает раздельное использование сорбентов, биопрепаратов, минеральных и органических удобрений, посев трав, что обеспечивает эффективность технологии in situ.

С этой целью И.Б. Ившиной и соавт. в работе «Разработка и внедрение комплекса биотехнологий и систем восстановления нарушенных и загрязненных углеводородами тундровых и северо-таежных биоценозов» (Пермь, 2008 г.) рекомендованы:

1. Органические удобрения и сорбенты:

- органо-минеральный компост, полученный путем биотехнологически переработанного с опилками и птичьим пометом гидролизного лигнина;

- лигносорбент, изготавливаемый на основе высушенного до воздушно-сухого состояния и измельченного компоста с предварительной инокуляцией его углеводородокисляющими микроорганизмами;

- биологически-активный гранулированный удобрительно-посевной материал (БАГ), приготовленный на основе компоста, в который добавлены минеральные удобрения и семена многолетних трав. БАГ представляют собой гранулы толщиной 0,5-1,0 и длиной 2,0-3,0 см;

- «Бамил» - гранулированное микробное удобрение для сельскохозяйственных культур. Получено на основе микробной ассоциации, выращенной на стоках свинокомплексов. В биоудобрение «Бамил» входят органические соединения, имеющие в своем составе азот, фосфор, углерод, калий в легкодоступной для растений форме, а также ассоциации микроорганизмов, способствующие повышению биологической активности почвы и улучшению ее структуры.

2. Биопрепараты углеводородокисляющего действия

- «Универсал» - состоящий из штаммов углеводородокисляющих бактерий и дрожжей, выделенных из нефтезагрязненных почв;

- «Омуч-15» - биоорганическое удобрение, состоящее из ассоциации почвовосстанавливающих микроорганизмов, выращенной на подстилочном птичьем помете с нанесенной на поверхность биоудобрения комбинации микроорганизмов-алканотрофов;

- биопрепараты, содержащие штаммы микроорганизмов нефтедеструкторов.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что наиболее эффективным для решения проблем ремедиации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, является сочетанное использование:

- сорбентов;

- микроорганизмов нефтедеструкторов;

- структураторов почвы;

- почвовосстанавливающих микробов;

- органических и минеральных удобрений;

- травосмеси.

Близкими техническими решениями - аналогами являются предлагаемые в патентах композиции, состоящие из комбинации взятых отдельно перечисленных элементов.

1. Патент RU 2290270 C1, МПК B09C 1/10, C12N 1/26 от 27.07.2005 г. «Способ биологической ремедиации нефтезагрязненных почв», который заключается в том, что почву обрабатывают сухим бакпрепаратом с наполнителем, в котором в качестве микроорганизмов используют штамм Pseudomonas fluoresceins КО (ВНИИСХМ Д-619) и Pseudomonas alruginosa КОА-3 (ВНИИСХМ Д-609), 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-35Д), Bacillus megaterium KC-1 (ВНИИСХМ В-135Д).

2. Патент RU 2396133 C2, МПК B09C 1/00, A01B 79/02 от 29.08.2008 г. «Способ реабилитации нефтезагрязненных земель», который заключается в высеве в первый год однолетней культуры амаранта в смеси с цеолитосодержащей глиной и посевом на следующий год бобово-злаковой травосмеси.

3. Патент RU 2481162 C2, МПК B09C 1/00, B09C 1/10, A01B 79/02 от 03.05.2011 г. «Способ мелиорации нефтезагрязненных земель», который включает обработку почвы, внесение цеолитосодержащих глин аланитов, измельченных растительных остатков зернобобовых культур и листового опада деревьев с последующим посевом клевера, семена которого предварительно замачивают в растворе биопрепарата «Байкал-ЭМ-1» в смеси с парааминобензойной кислотой.

4. Патент RU 2499636 C1, МПК B09C 1/10 от 20.03.2012 г. «Способ биоремедиации нефтезагрязненных почвогрунтов», который включает обработку грунтов шламом обогащения обогатительной фабрики и культур микробов Pseudomonas fluoresceins ВГК RCAM 00538 и Azotobacter chroococcum АИН RCAM 00539.

5. Патент RU 2499636 C1, МПК B09C 1/10 от 20.03.2012 г. «Способ биоремедиации нефтезагрязненных мерзлотных почв», который для очистки почвы от нефтяных загрязнений предполагает внесение в нее помета птиц после применения птицам пробиотика из штаммов бактерий «Bacillus subtilis ТНП-3-ДЕП» и «Bacillus subtilis ТНП-5-ДЕП».

Основным недостатком предлагаемых ремедиантов является необходимость проведения постадийного их внесения, что увеличивает трудовые и финансовые затраты на проведение этих работ, а также использование микроорганизмов-нефтедеструкторов, не обеспечивающих биодеструкцию различных по составу нефтепродуктов.

Прототипом к заявляемому препарату является композиция, содержащая торф, песок, воду, сорбенты, биодеструкторы углеводородов, которые смешиваются с нефтешламами или буровыми шламами (Патент RU 2522317 C1, МПК B09C 1/10, B09B 1/00 от 20.02.2013 г.). Недостатком данной композиции является то, что при создании рекультивационного слоя используется трехкомпонентная смесь, которая включает послойное последовательное внесение торфа, песка и шлама, на поверхность которой наносят сорбенты «Миксойл» или «МИУ-С-2,5», а также биодеструкторы углеводородов Сойлекс или Цетрин. Это не позволяет использовать данную композицию и технологию при проведении рекультивационных работ на больших площадях.

Задачей изобретения является создание экологически чистого биоремедианта, обеспечивающего проведение биологического этапа рекультивации за счет его разового внесения в загрязненные нефтью и/или нефтепродуктами почвы.

Технический результат заключается в проведении биологического этапа рекультивации почвы за счет разового внесения биоремедианта, обеспечивающего снижение уровня нефтезагрязненной почвы за 7 месяцев весенне-летне-осеннего периода при температуре 2…28°C с 68260 мг/кг до 829 мг/кг и за 12 месяцев при температуре от минус 25°C до плюс 28°C с 72240 мг/кг до 845 мг/кг.

Основу предлагаемого препарата составляют сорбенты: гидрофобизированный торф и глауконит, которые также выполняют функцию структураторов почвы, одновременно в эту композицию входят семена многолетних трав (особенно бобовых и их смесей со злаками), в корневых остатках которых содержится значительное количество белков, углеводов и других соединений, обеспечивающих жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, в том числе нефтедеструкторов.

Следовательно, предлагаемая пропись при следующем соотношении компонентов, масс. %:

составляет комплекс, обладающий сорбирующим нефть и нефтепродукты, структурирующим почву и фиторемедиационными свойствами, что подтверждается результатами, представленными в таблице 1.

Важной задачей при приготовлении биоремедианта является нанесение на комплекс, обладающий сорбирующим нефть и нефтепродукты, структурирующим почву и фиторемедиационными свойствами, ассоциации нефтедеструктирующих и почвовосстанавливающих микроорганизмов, органических и минеральных удобрений. Учитывая, что наиболее эффективным является аэрозольный способ, был определен компонентный состав биологической эмульсии, который при аэрозолировании позволял получать аэрозоль, содержащий стойкую инкапсулированную форму ассоциации микроорганизмов и обеспечивать их защиту от влияния неблагоприятных факторов внешней среды, иммобилизацию микроорганизмов на поверхности сорбентов, содержать необходимые для размножения микробов органические и минеральные вещества.

Предлагаемая ассоциация культур нефтедеструкторов состоит из культур штаммов Rhodococcus erythropolis AC-1226, Pseudomonas fluorescens B-6735, Pseudonocardia autotrophica AC-917, депонированных в Государственной коллекции промышленных микроорганизмов, в паспортах которых имеются данные о безвредности, обладающие типичными морфологическими, культуральными признаками, способностью к накоплению при выращивании на жидких солевых питательных средах, содержащих нефтепродукт, в соотношении 1:1:1 по объему. Результаты оценки их углеводородокисляющей активности показали, что наибольшей активностью в отношении легких углеводородов (бензин, керосин, газовый конденсат) обладал штамм Pseudomonas fluorescens В-6735, нефти - Rhodococcus erythropolis AC-1226, мазута - Pseudonocardia autotrophica AC-917. Предлагаемая композиция обеспечивает необходимый уровень нефтедеструкции нефтепродуктов, которые являются причиной нефтезагрязнений (таблица 2).

Для повышения эффективности рекультивации используются органические удобрения, в состав которых входят органические соединения, имеющие в своем составе азот, фосфор, углерод, калий, а также устойчивые ассоциации аборигенной почвовосстанавливающей микрофлоры, способствующие повышению биологической активности почвы и улучшению ее структуры. С этой целью в состав биоэмульсии было внесено органическое жидкое удобрение, переработанный в анаэробных условиях навоз крупного рогатого скота - эффлюент, характеристика которого представлена в таблице 3.

Основой создаваемой эмульсии является вазелиновое масло.

Устойчивость масляной суспензии обеспечивается добавлением эмульгатора Т-2, широко применяемого в пищевой промышленности.

Для обеспечения активности микроорганизмов нефтедеструкторов и почвовосстановителей в рецептуру биоэмульсии включены минеральные азотно-фосфорно-калийные удобрения. Внесение указанных компонентов стимулирует и обеспечивает восстановление, оздоровление почв, загрязненных нефтепродуктами.

Таким образом, биоэмульсия содержит ассоциацию штаммов на основе жидких культур Rhodococcus erythropolis AC-1226, Pseudomonas fluorescens B-6735, Pseudonocardia autotrophica AC-917, органическое биоудобрение (эффлюент), вазелиновое масло, эмульгатор, минеральную добавку - нитроаммофоску при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Характеристика биоэмульсии представлена в таблице 4.

Для приготовления биоремедианта производят нанесение биоэмульсии на сорбирующий, структурирующий и фиторемедиационный комплекс аэрозольным способом. Предлагаемая пропись биоэмульсии создает защиту микроорганизмов, содержащихся в ней: при диспергировании; в процессе их нахождения в аэрозоле; а также иммобилизацию на поверхности комплекса. Это обеспечивает создание необходимой концентрации микроорганизмов нефтедеструкторов (не менее 5⋅10⁶ живых микробов, иммобилизованных на сорбенте). С этой целью на 9 частей сорбирующего, структурирующего и фиторемедиационного комплекса наносили 1 часть биоэмульсии.

Таким образом, заявляемый препарат имеет следующий компонентный состав:

комбинация сорбентов, включающая гидрофобизированный торф, алюмосиликат осадочного происхождения, травосмесь в соотношении 60:38:2 соответственно, составляющих комплекс, обладающий сорбирующим нефть и нефтепродукты, структурирующим почву и фиторемедиационными свойствами, а также ассоциации штаммов Rhodococcus erythropolis AC-1226, Pseudomonas fluorescens B-6735, Pseudonocardia autotrophica AC-917 в соотношении 1:1:1 по объему, органического биоудобрения, переработанного в анаэробных условиях навоза крупного рогатого скота (эффлюента), иммобилизованных на сорбирующий, структурирующий и фиторемедиационный комплекс аэрозольным способом в составе биоэмульсии при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Характеристика предлагаемого биоремедианта представлена в таблице 5.

Активность биоремедианта в лабораторных условиях подтверждается следующими примерами.

Пример 1

Для определения активности биоремедианта пластиковую емкость размером: длина - 60 см, ширина - 40 см, высота - 30 см заполняли на половину высоты грунтом, что составляло 36 дм³ по объему или 32,4 кг по весу. На поверхность грунта равномерно наносили нефть в количестве 100 см³/кг и биоремедиант из расчета 50% от количества нефти. Перед внесением биоремедианта определяли концентрацию нефти в почве. Определение активности биоремедианта проводили в весенне-летне-осенний период года в условиях нахождения пробы на «открытом воздухе».

Определение концентрации нефти проводили ежемесячно. Достижением положительного результата считалось снижение концентрации нефти и нефтепродуктов в почве до показателя 1000 мг/кг.

Полученные результаты представлены в таблице 6.

Примечание: Влажность почвы поддерживали на уровне 40-60%.

Пример 2.

Для определения сохранения активности биоремедианта при отрицательных температурах (пробу почвы готовили аналогично изложенному в примере 1), этот показатель определяли в течение одного года, начиная с октября, в условиях «открытого воздуха».

Определение концентрации нефтепродуктов проводили ежемесячно до замерзания почвы и после ее оттаивания. Достижением положительного результата считалось снижение концентрации нефти и нефтепродуктов до показателя 1000 мг/кг.

Полученные результаты представлены в таблице 7.

Задачей изобретения являлось создание экологически чистого биоремедианта, обеспечивающего одностадийный процесс рекультивации загрязненных нефтепродуктами почв.

Эффективность предлагаемого биоремедианта определяется восстановлением микробиоценоза, структуры, растительности нефтезагрязненных почв за один весенне-летне-осенний период или в течение года при внесении в условиях начала зимнего периода; сохранением сорбционной способности в зимний период под снегом и восстановлением биодеструктивной активности при положительных температурах окружающей среды; одностадийным процессом рекультивации, сокращающим стоимость существующей технологии ее проведения.