Способ биопреобразования нефтяных шламов и отходов добычи и переработки нефти

Способ биопреобразования нефтяных шламов и отходов добычи и переработки нефти

Реферат

Изобретение относится к области технологий биологической обработки и переработки отходов и может быть использовано для обезвреживания грунтов, промышленных отходов, отстоя сточных вод, загрязненных продуктами нефтедобычи и переработки нефти (далее по тексту - шламы) в целях охраны окружающей среды. Известно, что отходы, отстой сточных вод и загрязненные грунты, образующиеся в ходе добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья, характеризуются высоким содержанием экологически опасных органических веществ, обладающих токсичностью по отношению к растениям и животным объектам. Экологическая актуальность решаемой в данном изобретении задачи заключается в том, что в нем предлагается решение по экологическому восстановлению загрязненной нефтяными продуктами почвы, очищение которой от шламов в большинстве случаев является более сложным процессом, чем удаление нефтяных загрязнений в воде. Это обусловлено тем, что нефть впитывается в почву и в итоге значительно осложняет ее сбор и утилизацию. Практически невозможно полное удаление вредных веществ на загрязненном участке, что приводит к гибели всего живого, а загрязненная почва остается безжизненной на многие годы.

Известен способ обработки нефтяного шлама (патент РФ №2198747, ⁷ В09С 1/10, 2000 г.), заключающийся в том, что нефтяной шлам смешивают с микроорганизмами и биостимулятором. Для этого в нефтяной шлам добавляют чистую почву и древесные опилки в массовом соотношении 1:2:1, в качестве микроорганизмов используют штамм бактерий Bacillus sр. ВНИИСХМ 132, а в качестве биостимулятора - белковую кормовую добавку «Биотрин», после периода инкубации микроорганизмов (не менее 50 суток) проводится дополнительная обработка почвы биостимулятором. Недостатком указанного способа является то, что при значительных энерго-трудозатратах степень очистки почвы невысока и требуется неоднократное повторение обработки почвы.

Известен способ обезвреживания грунтов от нефтепродуктов (патент РФ №2075447 МПК ⁶ C01F 1/40, 1997 г.), в котором производится сбор зараженного грунта, разделение и переработка шлама культивированными биологическими штаммами аэробных и анаэробных микроорганизмов. Недостаток этого способа - обработка почвы производится на специальном оборудовании при высоких энергозатратах и требуется доставка шлама к месту обработки.

Известно изобретение (патент РФ 2433109. МПК C05G 3/08, 2009 г.), относящееся к области сельского хозяйства и почвоведения, которое направлено на восстановление чернозема посредством внесения в почву структурированного экочернозема, заселенного дождевыми червями и микрофлорой, характерной для девственных черноземов и включающей в себя целлюлозоразрушающие грибы, литотрофные микроорганизмы, молочнокислые бактерии, азотфиксирующие бактерии и деструкторы азотистых соединений, или внесением в почву концентрированного почвенного раствора, который состоит из водной вытяжки (фильтрата) экочернозема, содержащей растворенные компоненты гумуса и микрофлору. В данном способе представлена технология получения фильтрата и описано назначение его для структурирования обедненных почв и в качестве удобрения для повышения урожайности различных видов сельскохозяйственной продукции. Особенностью данного изобретения является использование природных свойств дождевых червей для экологического восстановления почвы не прямым способом заселения червей в почву, а для получения структурированной почвы экочернозема или концентрированного почвенного раствора в виде фильтрата. В описании патента №2433109 имеется упоминание, что этот способ может быть использован для восстановление почвы, загрязненной нефтью, однако доказательства по эффективности использования этого способа по данному направлению отсутствуют. Тем не менее, учитывая факт использования в этом изобретении черноземообразующих организмов, в том числе и дождевых червей, можно принять данный патент в качестве наиболее близкого аналога. К недостаткам указанного решения следует отнести то, что целью и конечным продуктом этого способа является экочернозем или фильтрат, которые в дальнейшем и могут быть использованы для рекультивации загрязненной или истощенной в результате хозяйственной деятельности почвы, при этом нельзя признать эффективным применение этого способа в целях очистки почвы от шламов.

Целью заявленного изобретения является биопреобразование нефтяных шламов и отходов добычи и переработки нефти путем внесения биомасс, содержащих бактерии и живые природные черноземообразующие организмы, в загрязненную почву, которые были предварительно адаптированы к переработке почвы с высоким содержанием органоминеральных вредных веществ.

Указанная цель достигается путем внесения в шлам или в загрязненную шламом почву смеси, содержащей черноземообразующих дождевых червей второго и третьего поколений, выращенных в тепличных условиях при температуре 20-25°С путем адаптации дождевых червей первого поколения к предварительно подготовленной смеси со стартовым составом из 26-30% бурового шлама, 26-30% нефтяного шлама остальное - органические бытовые отходы и/или древесные опилки, и которая настаивается в течение 20-24 часов для последующего заселения в ней дождевых червей первого поколения, после чего выдерживают смесь 17-30 суток до появления в ней червей второго и третьего поколения, предназначенных для обработки загрязненной шламом почвы путем внесения в нее смеси с дождевыми червями второго и третьего поколения при объемном соотношении почвы и смеси, как 10-15:1. Выращивание дождевых червей второго и третьего поколений производится в термических камерах с регулируемым обогреванием и вентилированием смеси. Готовую для употребления смесь с дождевыми червями второго и третьего поколений транспортируют к месту обработки загрязненной почвы в термических контейнерах, обеспечивающих температурный режим смеси 8-35°С. Обработка загрязненной почвы осуществляется путем смешивания смеси в полевых условиях на участках загрязнений шламом или отходами добычи или переработки нефти методом равномерного рассыпания смеси по поверхности предварительно разрыхленной загрязненной почвы при температурном режиме 8-25°С, либо путем механического перемешивания смеси с загрязненной почвой в закрытом помещении при тех же температурных режимах с последующей выдержкой не менее 12 суток. В закрытых помещениях целесообразно использовать стандартный шламонакопитель (хранилище) с бетонированными стенками основанием, оборудованный дренажной системой. При необходимости после проведения биотестирования допускается проведение повторной обработки почвы. Использование в составе смеси для адаптации червей древесных опилок обусловлено тем, что опилки обеспечивают разуплотнение и сохранение влажности смеси, что благоприятно влияет на развитие и размножение черноземообразующиех организмов.

Ожидаемая эффективность предлагаемого способа экологического восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами и отходами добычи и переработки нефти, основана на высоком иммунитете дождевых червей к различным изменениям окружающей среды и состояния почвы, в которой они обитают, в том числе и в случае загрязнения почвы нефтепродуктами. Установлено, что если среда обитания для червей крайне «враждебна», то несколько поколений червей сбрасывают коконы, из которых рождаются черви с иммунными способностями к этой среде, при этом у каждого нового поколения эти способности усиливаются. Адаптированные поколения червей способны вырабатывать микроорганизмы и гумифицировать имеющиеся в почве вредные соединения. Данный способ разработан на основании проведенных исследований [1] реакции и выживаемости дождевых червей под влиянием различных видов нефтепродуктов, которые позволили установить факторы, влияющие на смертность и выживаемость дождевых червей:

- вид и доза загрязнителя, продолжительности нефтяного загрязнения;

- интервалы остаточной концентрации нефтепродуктов в почве, при которых начинается восстановление численности дождевых червей;

- остаточные концентрации нефти и нефтепродуктов в почве, при которых начинается восстановление плотности популяции дождевых червей;

- границы выживаемости и приграничная зона миграции дождевых червей в условиях загрязнения почвы нефтепродуктами;

- приспосабливаемость и устойчивость различных особей червей к загрязнению почвы нефтепродуктами, поведение червей при загрязнении почвы нефтепродуктами, проявление ответной реакции на загрязнение в поисках чистой почвы.

С учетом имеющихся сведений о поведении дождевых червей в загрязненной нефтепродуктами почве предлагается способ обработки загрязненной почвы, согласно которому предварительно проводятся мероприятия по адаптации и выработке иммунитета у дождевых червей к зараженной нефтепродуктами среде путем выращивания червей второго и третьего поколения в тепличных условиях в специально подготовленной смеси, содержащей в соответствующем процентном соотношении буровой шлам, жидкий нефтяной шлам, а также бытовые органические отходы или древесные опилки. Смесь, предназначенная для адаптации червя к переработке зараженной почвы, должна с одной стороны содержать определенное количество загрязнителей в виде нефтешламов (или нефтяных и буровых шламов), с другой стороны

- она должна быть пригодной для проживания сообщества черноземообразующих организмов, т.е. должна содержать первичное питание (бытовые отходы, древесные опилки и прочая органика) и обеспечивать первичные условия содержания: воздухо- и водопроницаемость, оптимальная температура среды обитания червей, необходимые для биологического разложения осваиваемых отходов и развития черноземообразующих и почвенных микроорганизмов. Адаптация дождевых червей первого поколения проводится в предварительно подготовленной при температуре 20-25°С смеси со стартовым составом, состоящим из 26-30% бурового шлама, 26-30% жидкого нефтяного шлама, остальное - органические бытовые отходы и/или древесные опилки, и которая настаивается в течение 20-24 часов. Смесь тщательно перемешивается и помещается в дренируемую емкость и размещается в терморегулируемом помещении при температуре 8-25°С, оптимальной для биологического разложения. После заселения смеси червями первого поколения ее выдерживают в оптимальных для развития черноземообразующих организмов в условиях 17-30 суток до появления в ней червей нового поколения. Новорожденные черви, родившиеся стерильными, поглощают с поверхности новых субстратов микроорганизмы, разлагающие эти субстраты, в данном случае микроорганизмы-деструкторы нефти. В последующем с копролитами (испражнениями червя) микроорганизмы-деструкторы нефти неоднократно поглощаются другими червями и становятся постоянной микрофлорой всего сообщества заселенных червей. Таким образом, возникает новая культура черноземообразующих организмов, обладающая свойствами переработки нового вида смеси, содержащей нефтепродукты. Процесс переработки смеси сопровождается качественным изменением внешнего вида и запаха:

поверхность смеси выравнивается и к концу переработки напоминает равномерную массу черного цвета, запах исчезает. По мере закрепления нового состава микрофлоры скорость переработки возрастает: если первоначально на переработку порции смеси уходит 7-12 суток, то по окончании адаптации червей длительность переработки сокращается до 1-2 дней, это является показателем окончания процесса адаптации и пригодности использования новой культуры в практических целях.

Обработка загрязненной почвы осуществляется путем смешивания смеси в полевых условиях на участках загрязнений шламом или отходами добычи, или переработки нефти методом равномерного рассыпания смеси по поверхности предварительно разрыхленной загрязненной почвы при температурном режиме 8-25°С, либо путем механического перемешивания смеси с загрязненной почвой в закрытом помещении при тех же температурных режимах с последующей выдержкой 7-12 суток, при этом целесообразно использовать, например, стандартный шламонакопитель (хранилище) с бетонированным основанием, оборудованный дренажной системой. При необходимости после проведения биотестирования допускается проведение повторной обработки почвы. Для каждого месторождения необходима индивидуальная адаптация смеси, так как состав нефти может сильно отличаться в зависимости от места добычи.

Подготовка смеси с адаптированными червями может производиться в местах обработки загрязненной почвы при соблюдении условий, изложенных в данной заявке, или выращивать адаптированных червей на специализированных фермах, а готовую для употребления смесь с дождевыми червями второго и третьего поколений можно транспортировать к месту обработки загрязненной почвы в термических контейнерах, обеспечивающих необходимые для жизнеобеспечения черноземообразующих организмов условия: вентиляцию, влажность и температурный режим смеси 8-35°С.

Оценка эффективности предлагаемого способа биопреобразования нефтяных шламов и отходов добычи и переработки нефти неоднократно подтверждена биотестированием состояния загрязненной почвы после обработки ее смесью, содержащей в своем составе черноземообразующие организмы.

1. Способ биопреобразования нефтяных шламов и отходов добычи и переработки нефти путем заселения загрязненной почвы природными черноземообразующими организмами, отличающийся тем, что в загрязненную почву вносят смесь, содержащую черноземообразующих дождевых червей второго и третьего поколений, выращенных в тепличных условиях путем адаптации дождевых червей первого поколения к предварительно подготовленной смеси со стартовым составом из 26-30% бурового шлама, 26-30% жидкого нефтяного шлама, остальное - органические бытовые отходы и/или древесные опилки, и которую настаивают в течение 20-24 часов при температуре 20-25°С для последующего заселения в нее дождевых червей первого поколения, после чего выдерживают смесь 17-30 суток до появления в ней червей второго и третьего поколений, предназначенных для обработки загрязненной шламом почвы, при этом внесение в почву смеси с дождевыми червями второго и третьего поколений осуществляют при объемном соотношении почвы и смеси, как 10-15:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выращивание дождевых червей второго и третьего поколений производят в термических камерах с регулируемым обогреванием и вентилированием смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовую для употребления смесь с дождевыми червями второго и третьего поколений транспортируют к месту обработки загрязненной почвы в термических контейнерах, обеспечивающих температурный режим смеси 8-35°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание смеси с загрязненной почвой осуществляют либо методом равномерного рассыпания смеси по поверхности предварительно разрыхленной загрязненной почвы, либо путем механического перемешивания смеси с загрязненной почвой в открытом хранилище или закрытом помещении при температурном режиме 8-25°С с последующей выдержкой 7-12 суток.