Способ биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений
Патент 2355488
Авторы
- Захарова Корнелия Анатольевна (RU)
- Коновалов Александр Иванович (RU)
- Резник Владимир Савич (RU)
- Синяшин Олег Герольдович (RU)
- Фаттахов Саитгарей Галяувич (RU)
- Шулаев Максим Вячеславович (RU)
- Шулаева Марина Михайловна (RU)
Правообладатели
Классы МПК
Способ биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений
Иллюстрации
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к очистке почвы от загрязнения нефтепродуктами. Способ включает обработку загрязненной почвы препаратом Мелафен, в количестве 1*10-8-1*10-4 г/кг почвы, стимулирующим метаболизм микроорганизмов, увлажнение почвы, ее рыхление. Обработку осуществляют один раз в 10-14 суток. Изобретение позволяет увеличить эффективность очистки в большом диапазоне нефтезагрязнений на 30%. 13 ил., 7 табл.
Реферат
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к очистке почвы от загрязнения нефтепродуктами.
Проблема очистки почв от нефтяных загрязнений является актуальной - влияние этих загрязнений на почву проявляется в изменении ее физических, физико-химических и химических свойств, в торможении интенсивности биологических процессов. Нефтяное загрязнение отличается от других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постоянную, а «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию.
Суть восстановления загрязненных экосистем - максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Очистка - рекультивация нефтезагрязненных земель - это ускорение процесса самоочищения, при котором используются все природные резервы экосистемы: климатические, ландшафтно-геохимические и микробиологические.
Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также их утилизации приобретает все большую остроту в связи с ограниченностью возможностей, а иногда и экологической небезопасностью применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки. В связи с этим актуальной является возможность использования для целей очистки микроорганизмов, способных расти и проявлять активную биохимическую деятельность в среде с высоким содержанием нефтезагрязнений, способных к биодеструкции этих веществ.
Естественные процессы восстановления природных систем после нефтяного загрязнения весьма продолжительны по времени, а главными агентами их самоочищения являются естественные деструкторы - углеводородокисляющие микроорганизмы.
Существуют выведенные штаммы микроорганизмов, способных за короткое время практически полностью утилизировать десятки тонн нефтяных углеводородов, трансформировав их, в частности, в органическое вещество собственной биомассы, углекислый газ и безвредные для окружающей среды продукты.
Так, например, известна (RU 2292326 С2, 2007.01.27) очистка загрязненной нефтью и нефтепродуктами почвы при одновременном восстановлении ее физико-химических свойств и естественного биоценоза внесением в почву биологического препарата на основе микробного удобрения (переработки отходов птицеводческих хозяйств) и на основе микроорганизмов - деструкторов (бактерий рода Bacillus).
Недостатком данного метода является сложность в поддержании и культивировании чистой культуры микроорганизмов, что связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами.
Поэтому целесообразным является использование препаратов не на основе чистых культур микроорганизмов, а на основе биологически активных веществ - стимуляторов роста, полученных как из живых клеток, так и синтезированных химическим путем.
Известен (RU 2005109528 А, 2006.10.10) способ очистки почвы и грунта от нефтяных загрязнений, включающий внесение в грунт питательной добавки, стимулирующей рост содержащихся в нем нефтеокисляющих микроорганизмов, в качестве которой используют мелассу до конечной концентрации сахаров 3-10 г/кг грунта, которая может дополнительно содержать калий, и/или азот, и/или фосфор, взятые в количестве по 0,112 г/кг почвы каждого; ПАВ в диапазоне концентраций 10-40 мг/кг почвы. После внесения добавки осуществляют поддержание температурного и водного режима грунта для обеспечения жизненной функции микроорганизмов до остаточного содержания углеводородной фракции 30-40%.
Недостатком данного способа является применение стимулятора роста в высокой концентрации, что делает процесс очистки достаточно дорогогостоящим.
В настоящее время для очистки почв от нефтезагрязнений широко применяется способ, выбранный нами за прототип, с применением биоагента «Fyre-Zyme» (FZ), разработанного американской корпорацией Ecology Technologies International, Inc., - экологически безопасного, нетоксичного, быстродействующего, эффективного, экономичного и легкого в использовании вещества для очистки воды и почв от химических и нефтехимических загрязнений [http://www.itstoyou.com/internationalenzymes/fyre-zyme/index.html].
Действие препарата основывается на избирательном активизирующем воздействии тщательно подобранных сброженных ферментов и питательных веществ на находящиеся в почве нефтяные и ряд прочих бактерии, запуская процесс их чрезвычайно быстрого размножения и, как следствие, быстрое биоразложение загрязняющих веществ. FZ - это продукт, образованный на основе сбраживания тщательно подобранных сахаров, аминокислот, внеклеточных ферментов и биоэмульгаторов. Основу препарата составляют ферменты - амилаза, каталаза, протеаза, лиаза. В состав препарата FZ кроме ферментов входят простые и сложные сахара, протеин, аминокислоты, которые служат для питания и стимуляции жизнедеятельности бактерий, а также незначительное количество биоразложимых ПАВ, обеспечивающих лучшее проникровение препарата в почву и мобилизацию нефтепродуктов. Продукт поставляется в виде жидкого концентрата темно-коричневого цвета.
Согласно инструкции к препарату FZ загрязненную почву с низким уровнем нефтезагрязнений (0-20000 мг/кг) орошают 5%-ным раствором FZ в количестве 3,5 мл на 100 г почвы, а при высоких концентрациях нефтезагрязнений (20000-100000 мг/кг) орошают 5%-ным раствором FZ в количестве 5 мл на 100 г почвы, и тщательно перемешивают для равномерного распределения препарата. Периодичность внесения препарата - около 10 дней.
Недостатком данного способа является дороговизна данного препарата, который приходится вносить в значительных количествах, кроме того, необходимо отметить, что после внесения данного препарата и увлажнения почвы происходит «остеклевание» - затвердевание и засыхание комочков почвы. Аэрация таких почв затрудняется, дыхание почвы снижается и требуется дополнительное рыхление почвенных образцов.
Задача данного изобретения - создание нового способа очистки почв от нефтяных загрязнений, расширяющего ассортимент известных способов биологической очистки почв от нефтезагрязнений, с применением отечественного недорогого, нетоксичного, эффективного, экологичного препарата Мелафен, действующего в чрезвычайно низких концентрациях, не уступающего, а в некоторых случаях превосходящего по показателю эффективности очистки почв от нефтезагрязнений, современным дорогостоящим импортным препаратам, и позволяющего эффективно очищать почвы от нефтезагрязнений в большом диапазоне - с начальной концентрацией нефтезагрязнений до 100000 мг/кг.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в стимулировании препаратом Мелафен жизнедеятельности содержащихся в почвах микроорганизмов-деструкторов входящих в состав нефти соединений и тем самым в ускорении деструкции нефтезагрязнений.
Технический результат достигается заявляемым способом биологической очистки почв от нефтезагрязнений, включающим периодическую обработку загрязненной почвы препаратом, стимулирующим метаболизм микроорганизмов, увлажнение почвы, ее рыхление и перемешивание, где в качестве такого препарата используют препарат Мелафен в количестве 1*10-8-1*10-4 г/кг почвы, который вносят в очищаемую почву с периодичностью примерно раз в 10-14 суток.
Препарат Мелафен представляет собой меламиновую соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты формулы I:
Мелафен предложен в качестве высокоэффективного синтетического регулятора роста и развития растений (RU 2158735, С1, 2000.11.10).
Препарат Мелафен не обладает токсическим, мутагенным, ДНК-повреждающим, генотоксическим действием в широком диапазоне исследованных концентраций от 0.46·10-9 М до 0.46·10-3 М (А.Б.Маргулис, О.Н.Ильинская; Генотоксические эффекты регулятора роста растений - Мелафена/ Сборник материалов Всероссийского семинара-совещания «Состояние исследований и перспективы применения регулятора роста растений нового поколения «Мелафен» в сельском хозяйстве и биотехнологии», Казань, изд. «Школа» - 2006 - С.150). Установлено, что препарат относится к IV классу - незначительно опасные вещества со слабо выраженной кумуляцией. LD50 при пероральном введении составляет 6500 мг/кг для крыс и 2000 мг/кг для мышей. Препарат не обладает раздражающим и сенсибилизирующим действием, острой ингаляционной токсичностью, тератогенным и эмбриотоксическим действием (М.Я.Тремасов, А.И.Сергейчев, Э.И.Семенов; К фармако-токсикологической характеристике препарата «Мелафен»/ Сборник материалов Всероссийского семинара-совещания «Состояние исследований и перспективы применения регулятора роста растений нового поколения «Мелафен» в сельском хозяйстве и биотехнологии», Казань, изд. «Школа» - 2006 - С.143).
Установлено, что Мелафен является перспективным препаратом для использования в биотехнологических процессах (RU 2174555 С1, 2001.10.10).
Определение влияния Мелафена на процесс очистки почв от нефтезагрязнений проводят в лабораторных условиях на почвах Западной Сибири и Республики Татарстан. В качестве контроля используют очистку нефти в естественных условиях (без внесения препаратов) и с внесением препарата FZ.
Пробы почв отбирают в мешочки из полиэтилена по ГОСТ 17.4.4.02. Почвенные образцы отбирают с учетом достаточного удаления от населенных пунктов и производств. Почву хранят согласно правилам хранения образцов почв для аналитических и микробиологических анализов.
Определяют естественную влажность почвы для нахождения необходимого количества препарата, который вносят в образцы почв.
Образцы почв высушивают при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. Высушенный образец почвы массой 100 г переносят в пластиковую емкость объемом 250 г. Определяют фоновое содержание нефти в исходных образцах почв.
Затем добавляют соответствующие количества нефти для получения заданных концентраций нефтезагрязнений. Для каждого типа почв готовят серии нефтезагрязнений с различными концентрациями нефти. Для исследования деструкции нефтезагрязнений почв Западной Сибири в качестве поллютанта используют западно-сибиркую нефть (с Западно-Ноябрьского месторождения ЦДНГ-5, ДНС, 1232 скважина); а для исследования деструкции нефтезагрязнений почв Республики Татарстан - татарстанскую нефть (с Ромашкинского месторождения).
Для исследования динамики биологической очистки почв от нефти в присутствии препаратов FZ и Мелафен образцы почв готовят аналогично, затем добавляют соответствующие количества растворов препаратов.
Определение концентрации нефтезагрязнений в почвенных образцах проводят в соответствии с ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов и донных отложений методом ИК-спектрометрии».
Кроме лабораторных испытаний проводят опытно-промышленные испытания на почвах на территории Вынгапуровского месторождения нефти ТПДН «Заполярнефть» ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» (г.Ноябрьск).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1
Исследование деструкции нефтезагрязнений концентрации 20 г/кг в почвах Западной Сибири в естественных условиях
Образец почвы Западной Сибири массой 100 г переносят в пластиковую емкость объемом 250 г. Определяют фоновое содержание нефти в исходном образце почвы. Затем почву увлажняют, рыхлят и инкубируют до активации естественной микрофлоры почвы.
Добавляют 2 г нефти; в качестве поллютанта используют западно-сибиркую нефть.
Отбор проб для определения концентрации нефти в образце осуществляют с интервалом в 10 дней. Проводят увлажнение и рыхление образца, перемешивание. Результаты приведены в столбце 3 таблицы 1.
Пример 2
Исследование деструкции нефтезагрязнений концентрации 20 г/кг в образцах почв Западной Сибири с применением препарата Мелафен
Образец почвы Западной Сибири массой 100 г переносят в пластиковую емкость объемом 250 г. Определяют фоновое содержание нефти в исходном образце почвы. Затем почву увлажняют, рыхлят и инкубируют до активации естественной микрофлоры почвы.
Добавляют 2 г нефти; в качестве поллютанта используют западно-сибирскую нефть.
Образец почвы обрабатывают орошением 2 мл раствора препарата Мелафен в концентрации 1*10-6(1*10-4; 1*10-2) г/л, чтобы в почвах его количество составляло
1*10-8(1*10-6; 1*10-4) г/кг соответственно. При этом учитывают влажность почвы, которая составляет около 50%. С интервалом в 10 дней осуществляют отбор пробы для определения изменения концентрации нефти в образце. Проводят увлажнение и рыхление образца, перемешивание и повторную обработку препаратом Мелафен соответствующей концентрации.
Результаты влияния препарата Мелафен в количестве 1*10-8; 1*10-6; 1*10-4 г/кг приведены в столбцах соответственно 4, 5, 6 таблицы 1.
| Таблица 1 | |||||
| Основные экспериментальные этапы и результаты биологической очистки нефтезагрязненной почвы Западно-Сибирского региона (концентрация нефти в почве 20 г/кг) | |||||
| Время от начала эксперимента, сут | Содержание работ по биологической очистке почвы | Концентрация нефти в почве, г/кг | |||
| В контр. образцах | В опытных образцах с содержанием препарата «Мелафен», концентрации, г/кг | ||||
| 10-8 | 10-6 | 10-4 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 0 | Увлажнение, рыхление и инкубация почвенных образцов, для активации естественной микрофлоры почвы | - | - | - | - |
| 7 | Приготовление модельных образцов почв: внесение нефти, обработка препаратом Мелафен | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 17 | Отбор проб | 9,40 | 3,96 | 3,20 | 3,93 |
| 18 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 22 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 27 | Отбор проб | 3,53 | 3,73 | 4,14 | 4,03 |
| 28 | Перемешивание, обработка препаратом Мелафен | - | - | - | - |
| 33 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 37 | Отбор проб | 1,25 | 0,53 | 0,63 | 0,63 |
На фиг.1 представлена кинетика деструкции нефтезагрязнений в образцах почв Западно-Сибирского региона при начальной концентрации нефти 20 г/кг.
В течение 10 суток после внесения нефти (с учетом периода адаптации) во всех образцах наблюдают резкое уменьшение содержания нефти. Это объясняется мобилизацией аборигенной нефтеокисляющей почвенной микрофлоры из неактивного состояния при хранении почвы. Внесение в почву нефти рассматривается как поступление питательной среды (субстрата) для нефтеокисляющих микроорганизмов, которые используют его для целей конструктивного и энергетического обмена, вследствие чего концентрация нефтезагрязнений уменьшается.
Под воздействием препарата Мелафен содержание нефти в почве в течение 10 суток после загрязнения снижается в три раза быстрее, чем в не обработанной препаратом почве. Это свидетельствует о том, что препарат Мелафен оказывает стимулирующее действие на естественную микрофлору в указанных концентрациях и ускоряет процесс биодеградации нефти в почве.
С 10 по 20 сутки наблюдают дальнейшее снижение содержания нефти в почве, причем в контроле этот процесс проходит интенсивнее, чем в опыте, и на 20 сутки этот показатель в контроле достигает уровня опытных проб. По истечении 20 суток концентрация нефти в почве практически не изменяется и составляет как в контрольном образце, так и во всех опытных образцах от 3,5 до 4,1 г/кг. По результатам проведенных наблюдений можно предположить, что препарат Мелафен был полностью утилизирован микроорганизмами почвы в течение 10 суток.
Далее опытные образцы почв дополнительно обрабатывают новыми порциями препарата Мелафен. Отмечают дальнейшее снижение концентрации нефти в почве, причем снижение концентрации нефти в опытных пробах оказалось более чем в 2 раза эффективнее, чем в контроле.
Таким образом, препарат Мелафен оказывает стимулирующее действие на микроорганизмы почвы, хотя стимулирующий эффект менее выражен, чем в первые 10 суток. Это может быть связано с достижением «порога» биодеградации нефти в условиях эксперимента, который соответствовал содержанию нефти в почвенных образцах 0,9-1,3 г/кг.
Эффективность биодеструкции нефти в почвах Западно-Сибирского региона представлена в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Эффективность биодеструкции нефти в почвах Западно-Сибирского региона | ||||
| Доза нефти, г/кг | Концентрация препарата, г/кг | Эффективность биодеструкции нефти в почве, % | ||
| 10 сут | 20 сут | 30 сут | ||
| 20 | 0 | 53,0 | 82,5 | 93,8 |
| 10-8 | 80,2 | 81,5 | 97,4 | |
| 10-6 | 84,0 | 79,5 | 96,9 | |
| 10-4 | 80,4 | 80,0 | 96,9 |
Пример 3
Исследование деструкции нефтезагрязнений концентрации 40 г/кг в образцах почв Республики Татарстан в естественных условиях
Пример 3 осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве образцов почв используют почвы Республики Татарстан и добавляют 4 г татарстанской нефти в качестве поллютанта. Результаты представлены в столбце 3 таблицы 3.
| Таблица 3 | |||||
| Основные экспериментальные этапы и результаты биологической очистки нефтезагрязненной почвы Республики Татарстан (концентрация нефти в почве 40 г/кг) | |||||
| Время от начала эксперимента, сут | Содержание работ по биологической очистке почвы | Концентрация нефти в почве, г/кг | |||
| В контр. образцах | В опытных образцах с содержанием препарата «Мелафен», в количестве, г/кг | ||||
| 10-8 | 10-6 | 10-4 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Приготовление модельных образцов почв: загрязнение нефтью, обработка препаратом Мелафен | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 2 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 3 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 6 | Отбор проб | 4,95 | 6,91 | 6,1 | 3,41 |
| 8 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 10 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 12 | Отбор проб | 6,81 | 8.24 | 9,01 | 8,09 |
| 15 | Перемешивание, обработка препаратом Мелафен | - | - | - | - |
| 18 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | |
| 20 | Увлажнение, рыхление | - | - | - | - |
| 22 | Отбор проб | 4,78 | 3,34 | 3,83 | 4,08 |
Пример 4
Исследование деструкции нефтезагрязнений концентрации 40 г/кг в образцах почв Республики Татарстан с применением препарата Мелафен
Пример 4 осуществляют аналогично примеру 2, но в качестве образцов почв используют почвы Республики Татарстан и добавляют 4 г татарстанской нефти в качестве поллютанта. Результаты представлены в столбцах 4, 5, 6 таблицы 3 для Мелафена в количестве 1*10-8; 1*10-6; 1*10-4 г/кг соответственно.
На фиг.2 показана кинетика биодеструкции нефтезагрязнений в образцах почв Республики Татарстан с начальной концентрацией нефти в почве 40 г/кг. В ходе экспериментальных исследований было показано, что после внесения нефти в концентрации 40 г/кг в лабораторные образцы почв в течение 7 суток наблюдают резкое уменьшение содержания нефтепродуктов как в опытных, так и в контрольном образцах, наиболее существенное снижение концентрации нефтепродуктов наблюдают для опытных образцов. С 7 суток по 16 сутки зарегистрировано незначительное увеличение концентрации нефтепродуктов во всех почвенных образцах.
По истечении 16 суток наблюдают дальнейшее снижение концентрации нефтепродуктов, причем эффективность нефтеокисляющих микроорганизмов в контрольном и опытных образцах практически одинакова и составляет 88 91% (таблица 4).
| Таблица 4 | ||||
| Эффективность биодеструкции нефти в почвах Республики Татарстан при начальной концентрации нефти 40 г/кг | ||||
| Доза нефти, г/кг | Количество препарата, г/кг | Эффективность биодеструкции нефти в почве, % | ||
| 7 сут | 16 сут | 23 сут | ||
| 40 | -(контроль)- | 87,6 | 82,9 | 88,0 |
| 10-8 | 91,5 | 79,7 | 89,8 | |
| 10-6 | 84,7 | 77,5 | 90,4 | |
| 10-4 | 82,7 | 79,4 | 91,6 |
При внесении в почву нефти в концентрации 40 г нефти на 1 кг почвы получают следующие результаты: снижение содержания нефти в первые 7 суток в контрольном образце составляет 87,6%, а в опытных образцах 82-91%. Далее снижение содержания незначительно и составляет 88% в контроле и 89,8-91,6% в опыте. Значительное остаточное содержание нефтепродуктов в почвенных образцах свидетельствует о недоступности нефтепродуктов и накоплении продуктов метаболизма. Препарат Мелафен не обеспечивает в этом случае эффективного удаления субстрата, однако степень удаления в опытных образцах выше, чем в контрольном.
Аналогично проводят эксперименты для исследования биодеструкции нефтезагрязнений в диапазоне 20-100 г/кг в почвах Западно-Сибирского региона в присутствии препаратов FZ (5 мл 5%-ного препарата на 100 г почвы) и Мелафен (2 мл препарата концентрации 10-4 и 10-6 г/л на 100 г почвы).
На фигурах 3-6 представлены графики кинетики деструкции нефтезагрязнений в естественных условиях (фиг.3) и с внесением препаратов: FZ (фиг.4) и Мелафен в количестве 10-6 г/кг почвы (фиг.5) и в количестве 10-8 г/кг почвы (фиг.6).
Характер кривых во всех исследуемых образцах практически одинаков. В течение 14 суток после внесения нефти (с учетом периода адаптации) во всех образцах наблюдают резкое уменьшение содержания нефти. Как отмечалось выше, активизируется аборигенная нефтеокисляющая почвенная микрофлора при внесении нефти, являющейся для нее субстратом, используемым в процессах метаболизма, вследствие чего концентрация нефтезагрязнений уменьшается.
В образцах с условиями естественной деструкции и с применением FZ в период с 14 по 28 сут наблюдают увеличение содержания углеводородов (УВ); это связано с тем, что в первые 10-20 суток происходит утилизация предельных и непредельных линейных УВ, а остаточные концентрации ароматических фракций отрицательно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов. Далее кривые деструкции выходят на линейный участок.
Кривые кинетики деструкции нефтезагрязнений с применением Мелафена имеют схожий характер - ход кривых плавный, без резких пиков. Для образцов с начальной концентрацией нефти 100, 80 и 60 г/кг с применением препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг в период с 50 по 60 сутки наблюдают незначительное увеличение содержания нефтепродуктов. Внесение дополнительной дозы препарата на данном этапе приводит к дальнейшему плавному снижению концентрации нефтезагрязнений. Аналогичная ситуация происходит и в образцах с начальной концентрацией нефти 100, 80, 60 г/кг с применением препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг в период с 20 по 35 сутки. Таким образом, препарат Мелафен проявляет стимулирующее действие на микроорганизмы почвы, хотя стимулирующий эффект менее выражен, чем в первые 14 суток, что может быть связано с достижением «порога» биодеградации нефти.
Для сравнения эффективности препаратов FZ и Мелафен на фиг.7-11 представлены кривые кинетики деструкции нефтезагрязнений по концентрациям поллютанта.
Фоновое содержание нефтезагрязнений представлено на фиг.12.
Анализ кривых на фиг.7 с начальной концентрацией нефти 100 г/кг показывает, что максимальное снижение содержания УВ происходит в первые 12 суток для всех образцов. Затем происходит 2 резких скачкообразных увеличения содержания нефтезагрязнений в условиях естественной деструкции (контроль) - с 12 по 22 сутки - на 27% и с 40 по 54 сутки на 26%. Степень очистки в естественных условиях составляет 57%.
Эффективность препарата Мелафен в количестве 10-6 и 10-8 г/кг составляет 69 и 58% соответственно, по этому показателю Мелафен превосходит прототип.
Характер кривых, характеризующих действие препарата Мелафен для обеих концентраций, схожий. В период с 18 по 77 сутки для образца с препаратом Мелафен в количестве 10-8 г/кг происходит увеличение содержания нефтезагрязнений, и дополнительное внесение препарата незначительно, но улучшает эффективность.
Эффективность препарата FZ составляет 56%, характер кривой ровный, без пиков, максимальная степень очистки достигается на 104 сутки эксперимента и составляет 69%.
Анализ кривых, представленных на фиг.8, с начальной концентрацией нефти 80 г/кг, показывает, что максимальное снижение содержания загрязнений происходит на 15 сутки эксперимента в образцах естественной очистки и с применением препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг. Затем в обоих образцах происходит резкое увеличение содержания нефтяных загрязнений до концентрации 35 г/кг. Степень очистки в естественных условиях и с применением препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг для образцов данной серии одинаковы и составляют 63%.
Кривые образцов с применением FZ и Мелафен в количестве 10-6 г/кг идут одинаково с 1 по 14 сутки, далее в образцах с препаратом Мелафен в количестве 10-6 г/кг идет снижение концентрации нефтяных загрязнений, а в образцах с FZ характер кривой становится волнообразным (это связано с «остеклением» образцов под воздействием препарата FZ). Степень очистки в образцах с FZ - 59%, а с препаратом Мелафен в количестве 10-6 г/кг - 62%.
Анализ кривых на фиг.9 с начальной концентрацией нефти 60 г/кг показывает схожий характер кривых в образцах препаратом Мелафен в количестве 10-6 и 10-8 г/кг с незначительным увеличением содержания нефтяных загрязнений в период с 25 по 40 сутки и дальнейшим уменьшением их содержания до 18 г/кг (в образцах с препаратом Мелафен в количестве 10-6 г/кг). Кривая для образца с препаратом Мелафен в количестве 10-6 г/кг имеет волнообразный характер. Эффективность препарата Мелафен в данном эксперименте составляет 60% для обеих концентраций.
Кривая деструкции в условиях самоочистки аналогична для образцов с Снач. = 100, 80 г/кг. Степень эффективности - 64,62% соответственно.
Кривая деструкции с применением FZ аналогична для образца с Снач. = 80 г/кг, эффективность - 44%.
Кривые деструкции нефтяных загрязнений с начальной концентрацией нефти 40 г/кг для образцов с применением препаратов FZ и Мелафен (в количестве 10-6 и 10-8 г/кг), представленные на фиг.10, имеют схожий характер. Максимальные степени очистки данных образцов составляют: 57, 61 и 54% соответственно.
Кривая деструкции в условиях самоочистки аналогична для образцов с Снач. = 60 г/кг. Степень эффективности - 57%.
В период с 1 по 13 сутки во всех образцах серии с Снач. = 20 г/кг (фиг.11) происходит уменьшение содержания нефтезагрязнений. Максимум наблюдается в образце с препаратом Мелафен в количестве 10-8 г/кг на 35 сутки и составляет 74%. Степени эффективности составляют: FZ - 54%, Мелафен в количестве 10-6 г/кг - 57%, Мелафен в количестве 10-8 г/кг - 60%.
Кривая деструкции в условиях самоочистки ровная, без пиков, эффективность - 56%.
Полученные в результате эксперимента данные представлены в таблице 5.
Максимальное снижение содержания УВ происходит в образцах с применением препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг, среднее значение эффективности (для всех исследуемых концентраций загрязнений) составляет 69,27%. Для образцов серии с применением препарата FZ - 58,71%, с применением препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг - 56,57%.
Для препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг лучший показатель эффективности - 78% - достигается в условиях сильного загрязнения почв с Снач. = 100 г/кг.
Для препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг - самый высокий показатель эффективности - 68% - обнаружен в образцах с загрязнением Снач. = 20 г/кг.
По времени, в течение которого достигается 50%-ная эффективность во всех почвенных образцах «лидирует» препарат Мелафен в количестве 10-6 г/кг, время 50%-ной деструкции составляет 10-12 дней. Препарат FZ преодолевает 50% порог эффективности на 13 сутки эксперимента в образцах с загрязнением 20, 80 и 100 г/кг, и на 40 сутки в образцах 60 и 80 г/кг, а препарат Мелафен в количестве 10-8 г/кг - на 14 сутки для образцов 60, 80 и 100 г/кг и на 30 сутки для образцов 20 и 40 г/кг.
Таким образом, применение препаратов для биодеструкции нефтезагрязнений в сравнении с естественными условиями очистки почв увеличивает эффективность очистки - разница достигает в среднем 28% - и позволяет сократить время очистки нефтезагрязненных почв. Наиболее эффективные результаты получены в присутствии препарата Мелафен в количестве 1*10-6 г/кг почвы.
| Таблица 5 | |||||||||||
| Биологическая очистка почв от нефтезагрязнений в естественных условиях и в присутствии препаратов «Fyre-Zyme», Мелафен | |||||||||||
| Биодеструкция в естественных условиях | Биодеструкция в присутствии препарата «Fyre-Zyme» | Биодеструкция в присутствии препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг | Биодеструкция в присутствии препарата Мелафен в количестве 10-8 г/кг | ||||||||
| С нач., мг/кг | Скон., мг/кг | Степень очистки, % | С нач., мг/кг | Скон., мг/кг | Степень очистки, % | С нач., мг/кг | Скон., мг/кг | Степень очистки, % | С нач., мг/кг | Скон., мг/кг | Степень очистки, % |
| 100000 | 35816 | 64,18 | 100000 | 40656 | 59,34 | 100000 | 22320 | 77,68 | 100000 | 50160 | 49,84 |
| 80000 | 30360 | 62,05 | 80000 | 34848 | 56,44 | 80000 | 25116 | 68,61 | 80000 | 37840 | 52,70 |
| 60000 | 25920 | 56,80 | 60000 | 28152 | 53,08 | 60000 | 19228 | 67,95 | 60000 | 25704 | 57,16 |
| 40000 | 15840 | 60,40 | 40000 | 15180 | 62,05 | 40000 | 13800 | 65,50 | 40000 | 17760 | 55,60 |
| 20000 | 6804 | 65,98 | 20000 | 7470 | 62,65 | 20000 | 6682 | 66,59 | 20000 | 6494,4 | 67,53 |
| 1645 (фон) | 312 | 81,03 | 1645 | 338 | 79,45 | 1645 | 200,2 | 87,83 | 1645 | 825 | 49,85 |
Пример 5
Опытно-промышленные испытания биодеструкции нефтезагрязненных почв Западно-Сибирского региона с применением препарата Мелафен
В качестве объекта исследования выбирают почвы 3-х исследуемых участков:
1 участок - контрольный, не загрязненный нефтью участок;
2 участок - загрязненный нефтью участок для исследования деструкции нефтяных загрязнений в естественных условиях;
3 участок - загрязненный нефтью участок для исследования деструкции нефтяных загрязнений с применением препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг.
Исследуемые участки рыхлят, увлажняют. Участок номер 3 орошают раствором препарата Мелафен до концентрации 10-6 г/кг (1 м2 участка почвы обрабатывают 0,05*10-4 г препарата Мелафен, растворенного в 4,95 л воды). Каждые 14 суток рыхление, увлажнение (для участка 3 также внесение препарата Мелафен) и перемешивание повторяют. Производят отбор проб для исследования динамики биодеструкции нефти.
Основные этапы эксперимента и результаты исследований представлены в таблице 6, а эффективность биодеструкции нефтезагрязнений почв в естественных условиях и в присутствии препарата «Мелафен» - в таблице 7.
| Таблица 6 | ||||||
| Опытно-промышленные испытания биодеструкции нефтезагрязненных почв Западно-Сибирского региона с применением препарата Мелафен в количестве 10-6 г/кг | ||||||
| Время от начала эксперимента, сут | Содержание работ по биологической очистке почвы | Концентрация нефтезагрязнений, мг/кг | ||||
| 1 участок | 2 участок | 3 участок | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 0 | Рыхление, внесение препарата Мелафен на 3 участке | 1645 | 94640 | 94640 | ||
| 10 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 15 | Отбор проб, рыхление | 1545,6 | 43296 | 35481,6 | ||
| 20 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 29 | Отбор проб, рыхление | 1500 | 45264 | 32716,8 | ||
| 30 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 40 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 43 | Отбор проб, рыхление | 1950 | 36720 | 20974,8 | ||
| 51 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 57 | Отбор проб, рыхление | 1748,4 | 40075,2 | 18216 | ||
| 61 | Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | - | - | - | ||
| 71 | Отбор проб, рыхление Внесение препарата Мелафен и рыхление на 3 участке | 1560 | 41472 | 14168 | ||
| Таблица 7 | ||||||
| Эффективность биодеструкции нефтезагрязнений почв в естественных условиях и в присутствии препарата «Мелафен» в количестве 10-6 г/кг при проведении опытно-промышленных испытаний | ||||||
| Время, сут | Биодеструкция в естественных условиях | Биодеструкция с применением препарата Мелафен | ||||
| Dнач., мг/кг | Dкон., мг/кг | Степень очистки, % | Dнач., мг/кг | Dкон., мг/кг | Степень очистки, % | |
| 15 | 94640 | 43296,0 | 54,25 | 94640 | 35481,6 | 62,51 |
| 29 | 45264,0 | 52,17 | 32716,8 | 65,43 | ||
| 43 | 36720,0 | 61,20 | 20974,8 | 77,84 | ||
| 57 | 40075,2 | 57,66 | 18216,0 | 80,75 | ||
| 71 | 41472,0 | 56,18 | 14168,0 | 85,03 |
На фиг.13 показана кинетика деструкции нефтезагрязнений при опытно-промышленных испытаниях.
Полученные результаты, представленные на фиг.13 и в таблице 7, коррелируют с данными, полученными в лабораторных исследованиях. Начальное содержание нефтяных загрязнений на 2-ом и 3-ем участках составило 94,64 г/кг. В период с 1 по 20 сутки наблюдают уменьшение содержания нефтяных загрязнений, причем на участке 3 это более выражено, что объясняется мобилизацией естественной нефтеокисляющей почвенной микрофлоры в результате стимулирующего действия препарата Мелафен.
С 30 по 71 сутки на участке 2 содержание нефтяных загрязнений остается практически постоянным и составляет в среднем 40 г/кг. На участке 3 в указанный период наблюдают дальнейшее уменьшение концентрации нефтяных загрязнений до 14,17 г/кг.
Среднее значение степени эффективности очистки в естественных условиях за весь период эксперимента составило 56,65%; применение препарата Мелафен увеличивает этот показатель до 76,36%.
Полученные данные подтверждают биостамулирующее действие препарата Мелафен на процесс деструкции нефтяных загрязнений в почвах.
Таким образом, предложен новый способ биологической очистки почв от нефтяных загрязнений с применением отечественного недорогого, нетоксичного, эффективного, экологичного препарата Мелафен, действующего в чрезвычайно низких концентрациях.
Преимущества заявляемого способа:
- эффективность очистки почв от нефтяных загрязнений в большом диапазоне загрязнений;
- экологическая безопасность - применение нетоксичного препарата Мелафен в чрезвычайно низких концентрациях (10-8-10-4 г/кг почвы), которые полностью утилизируются в природной среде;
- стимулирующее действие препарата на высшие растения способствует проведению фитомелиорации нарушенных земель как заключительного этапа санации почвы от нефтяного загрязнения;
- простота ведения технологического процесса и обслуживания оборудования;
- минимизация эксплуатационных затрат.
Способ биологической очистки почв от нефтезагрязнений, включающий периодическую обработку загрязненной почвы препаратом, стимулирующим метаболизм микроорганизмов, увлажнение почвы, ее рыхление, отличающийся тем, что в качестве стимулирующего препарата используют препарат Мелафен в количестве 1·10-8-1·10-4 г/кг почвы, который вносят в очищаемую почву с периодичностью раз в 10-14 суток.