Способ очистки и рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Способ очистки и рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству и экологии и может быть использовано для рекультивации (фиторемедитации) почв, подверженных загрязнению нефтью и нефтепродуктами.

В районах добычи, разлива, перекачки и переработки нефти периодически случаются нештатные ситуации, приводящие к загрязнению нефтью и нефтепродуктами почв и водоемов на прилегающих территориях, что наносит большой ущерб природе. Вследствие этого возникает необходимость ликвидации последствий вышеприведенных техногенных катастроф.

Существует множество способов очистки почв, которые условно можно подразделить на следующие основные направления:

Первое направление - полное удаление загрязненного грунта за пределы участка с последующей его очисткой.

Удаление осуществляется различными способами, включающими, как правило, механический, для очистки удаленного грунта рекомендуется извлечение нефти органическими растворителями или биохимическое разложение углеводородов нефти почвенными микроорганизмами (см., например, патенты России №№2061144, 2142533, 2177843 и другие).

Второе направление - очистка на месте разлива.

Оно основано на способности почвы к самоочищению за счет испарения летучей фракции загрязнений, вымывания, атмосферного окисления под действием солнечной радиации и биодеградации.

При небольшом содержании в почве углеводородов нефти может быть применен самый простой способ - это периодическая ее перепашка для перемешивания и аэрации разбросанных загрязненных отходов по почве тонким слоем. При этом углеводороды разлагают почвенные микробы.

Очистка на месте ускоряется за счет внесения в почву удобрений, питающих микроорганизмы, имеющиеся в почве, за счет дополнительного внесения различных штаммов микроорганизмов и бактерий, обладающих способностью биологической переработки и уничтожения нефти и нефтепродуктов, также внесения других органических абсорбентов (см., например, патенты России №№2198748, 2007372, 2104248, 2112610, 2137559 и другие).

Все существующие способы предусматривают активное воздействие на загрязненную почву (механическое рыхление, фрезерование, промывку водой под давлением, срезку и удаление сильнозагрязненного слоя, внесение значительных доз минеральных удобрений и т.п.) без учета генезиса, состава и свойств конкретного типа почв.

Фактически происходит процесс элементарного разбавления нефти сконцентрированной в верхнем 5-10 см слое за счет низлежащих слоев. Это приводит, во-первых, к перемещению микроорганизмов, находящихся на поверхности, вглубь, во-вторых, значительная часть нефтяных комплексов постепенно мигрирует с водой вверх, увеличивая ее концентрацию в пострекультивационный период вплоть до уровня фитотоксичности.

При внесении штаммов и микробиологических препаратов основным недостатком является их избирательное действие.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв (см. патент №2217246, опубл. 20.01.2001), состоящий в том, что почву обрабатывают препаратами, содержащими нефтеперерабатывающие бактерии, совместно с биодеструкторами следующего трофического уровня - дождевыми червями. Это ускоряет процесс перемещения и распространения бактерий за счет переноса червями по периметру и в глубину на своей поверхности и в кишечнике микробиологических препаратов. Кроме того, облегчается доступ кислорода в глубокие слои нефтезагрязненной почвы.

Хотя данный способ и позволяет активизировать разрушение нефтяного загрязнения микрофлорой, а также способствовать рекультивации почв за счет образования в процессе жизнедеятельности червей биогумуса, улучшающего структуру почв, но полная очистка таким способом (до допустимой концентрации) требует достаточно длительного времени (на нее могут уйти годы) и, кроме того, не решается задача восстановления характеристик почвы до уровня, обеспечивающего произрастание высших растений.

Технической задачей изобретения является унификация способа, т.е. возможность его эффективного использования в любых климатических зонах и на любых типах почв, при этом обеспечение и полной очистки до предельно допустимого уровня и сбалансирование природной среды, подвергшейся техногенному воздействию, а также восстановление природного ландшафта и улучшение экологической обстановки в регионе в целом.

Указанная задача решается следующим образом.

Способ очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв путем внесения в почву микроорганизмов дополнительно включает весеннюю или осеннюю вспашку загрязненной почвы на глубину 35-50 см с внесением перед вспашкой перегноя и минеральных удобрений, бороздование на глубину 20-40 см с разворотом (отвалом) почвы наружу, высадку в дно борозды древесных и кустарниковых растений путем их порядного смешения (вперемежку). Для каждой местности выбирают аборигенные породы растений, причем перед посадкой растения обрабатывают лазером (лазерным лучом), а их корневую систему перед укладкой в борозду погружают в раствор, насыщенный микроорганизмами, взятыми из регионального банка микроорганизмов, создаваемого в каждом потенциально опасном с точки зрения нефтезагрязнений регионе путем выделения штаммов микроорганизмов из почв региона, ранее подвергавшихся нефтяному загрязнению.

Техническим результатом изобретения является ускорение процесса рекультивации за счет древесно-кустарниковой растительности, взаимно поддерживающей и укрепляющей одна другую, корневая система которой способствует образованию ризосферной микрофлоры, которая обладает высоким потенциалом очистки почвы, восстановление характеристик почвы до уровня, обеспечивающего произрастание высших растений.

Примеры реализации способа.

На участке 0,8 га в Кущевском районе Краснодарского края в результате повреждения трубопровода в конце весеннего периода произошло загрязнение нефтью, составившее в некоторых местах до 57 г нефтепродуктов на 1 кг почвы. Осенью этого же года на участке были проведены сельхозработы - вспашка почвы на глубину 40 см и последующее бороздование на глубину 30 см с разворотом (отвалом) почвы наружу. Для посадки были выбраны древесные саженцы (свыше 2-х лет) различных пород ив (козья, белая, вавилонская), тополя и осины, т.е. «пионерных пород» и сеянцы кустарников: маклюры, шиповника и бирючины.

Перед выкопкой из почвы питомника, саженцы и сеянцы обрабатывались лазером. При этом был использован гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нм и мощностью 25 мВт. Обработка лазером производилась в течение 4-х дней после захода солнца, что, как известно из литературы, способствует стимуляции корневой системы и ускорению ее развития. Для всех видов саженцев и сеянцев в условиях густой посадки растений в питомнике использовались одни и те же параметры обработки лазером: время обработки 5-6 минут, частота импульсов 5 Гц.

После выкопки корни замачивались в течение 30-40 минут в водном растворе, содержащем штаммы микроорганизмов, выделенных из аналогичных почв региона, на которых ранее был розлив нефти, для лучшей приживаемости.

Затем они были густо (учитывая сложные условия приживаемости) высажены в дно борозды попеременно дерево-кустарник и т.д., причем расположение их в соседних рядах преимущественно осуществлялось в шахматном порядке для обеспечения дальнейшего охвата корневой системой всей площади. Ряды преимущественно формировались следующим образом: ива-бирючина, тополь-маклюра, осина-шиповник. Густота посадки составляла в ряду 0,5 м, ширина межрядья - 1,5 м.

На этом же участке для контроля были высажены растения, не подвергавшиеся предварительной лазерной обработке.

Данные приживаемости и изменения ростовых показателей через год для различных видов растений приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.Приживаемость растений к общему числу высаженных (в %).
Вид растения	Необработанные лазером	Обработанные лазером
Тополь	78,8	98,2
Ива	96,0	100
Осина	63,3	96,6
Шиповник	73,3	93,3.
Маклюра	25,8	32,8
Бирючина	25,3	31,0

Таблица 2.Увеличение ростовых параметров обработанных лазером растений за год в сопоставлении с необработанными (в %).
Вид растения	Увеличение высоты растения	Увеличение длины главного корня
Тополь	30	50
Ива	32	54
Осина	27	48
Шиповник	33	40
Маклюра	30	37
Бирючина	28	33

Таким образом, из таблицы 1 видно, что приживаемость всех растений, подвергавшихся обработке лазером, выше, чем у необработанных. А данные, приведенные в таблице 2, подтверждают эффективность лазерной обработки для увеличения как подземной, так и надземной массы растений.

При этом через год содержание нефтепродуктов в почве снизилось до 20 г на 1 кг почвы, а через 2 года достигло 0,7 г на 1 кг, т.е. концентрация нефти стала ниже предельно допустимой, составляющей 1 г на 1 кг почвы. В дальнейшем на этом месте будет парковая зона.

Такой результат был достигнут вследствие того, что корневая система древесных и кустарниковых растений попадает в более чистые слои почвы, т.к. загрязненные в результате бороздования с разворотом пластов наружу оказываются на поверхности (в отвалах). Попеременная посадка в рядах деревьев и кустарников позволяет охватить разветвленной сетью корневой системы практически все пространство почвы.

1. Способ очистки и рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв путем внесения в почву микроорганизмов, отличающийся тем, что он дополнительно включает весеннюю или осеннюю вспашку загрязненной почвы на глубину 35-50 см с внесением перед вспашкой перегноя и минеральных удобрений, бороздование на глубину 20-40 см с разворотом почвы наружу, высадку в дно борозды аборигенных пород саженцев древесных и сеянцев кустарниковых растений путем их порядного смешения, причем перед посадкой растения обрабатывают лазером, а внесение в почву микроорганизмов осуществляют путем погружения корневой системы растений перед посадкой в борозду в водный раствор, насыщенный микроорганизмами, выделенными из почв этого же региона, ранее подвергавшихся нефтяному загрязнению.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве древесных растений производят посадку саженцев ивы, тополя, осины, а в качестве кустарниковых - шиповника, бирючины, маклюры.