Состав для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений

Состав для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений

Реферат

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности, к разработке составов для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений.

Состав для очистки почвы содержит вермикулит и отход в виде компоста, сыпучий азотно-фосфорный продукт, образующийся после механической и реагентной обработки осадков сточных вод и активного ила, выдержанный на иловых площадках не менее 2-х месяцев в соотношении 1:3, соответственно. Состав вносится в количестве 10-30 т на 1 гектар почвы, рыхление проводят на глубину 50-60 см.

Данный экологически чистый состав (5 класса опасности) для очистки и рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, позволяет осуществлять сорбционное связывание и утилизацию загрязнителя.

Известен состав (Патент RU МПК B09C1/10 2238807, опубл. 27.10.2004), содержащий нефтеокисляющие микроорганизмы, адсорбент и удобрение. В качестве адсорбента и источника микроорганизмов он содержит торф, а в качестве удобрения - азотно-фосфорные минеральные удобрения при условии содержания в 100 г. абсолютно сухого вещества: 12-15% азота и 1.8-2.3% фосфора и соотношения азота и фосфора 1:0.15 при следующем соотношении компонентов, масс.%: азотное удобрение 24.25-44.10, фосфорное удобрение 6.50-8.80, торф (абсолютно сухое вещество) - 47.0-89.25.

Содержащиеся в торфе нефтеокисляющие микроорганизмы и входящие в известный состав удобрения предназначены для усиления биодеградации нефти. Торф должен обеспечивать удержание нефти и предотвратить ее дальнейшее распространение в почве за счет своих сорбционных свойств. Однако торф является сорбентом, обладающим наряду с гидрофобными значительными гидрофильными свойствами, что неблагоприятно для эффективного связывания нефтяных углеводородов.

Известен состав (Патент RU МПК B09C/00 2307707, опубл. 10.10.2007), содержащий нестерильный верховой сфагновый мох (ВСМ) или верховой слаборазложившийся сфагновый мох и органический активатор, природный полимер арабиногалактан при содержании компонентов, вес. %: ВСМ - 99.9-99.5, арабиногалактан 0.5-0.1. Используемый мох или торф имеет меньшую сорбционную емкость в отношении нефтяных углеводородов, чем низинный и промежуточные торфы вследствие низкой удельной поверхности, характерной для слаборазложившихся растительных материалов. Кроме того, использование природного полимера арабиногалактана для экологических нужд целесообразно из-за низких объемов его производства и высокой стоимости.

Известен способ получения сорбента (патент RU B09C 1/00 2191066, опубл. 20.10.2002), заключающийся в том, что торф с влажностью 35-40% подвергается гидрофобизации термообработкой до влажности 10-20%, затем его сепарируют, и торф с размером фракции от 0.5 до 3.0 мм прессуют под давлением 16.0-18.0 МПа в брикеты до влажности 10-15%, при этом используют низинный торф и/или переходной в верховой.

В качестве гидрофобизующих агентов при этом выступают водонерастворимые углеводородосодержащие продукты (битумы, воски, лигнины), выделяющиеся вместе с водой из твердого органического вещества торфа при высокой температуре без доступа воздуха.

Недостатками этого способа являются высокие энергозатраты на термообработку и необходимость использования дорогостоящего специального оборудования. Кроме того, полученный в результате термообработки сорбент теряет содержащуюся в нем микрофлору, в том числе необходимые для биодеградации углеводородокисляющие микроорганизмы.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату к описываемому является состав (Патент РФ МПК B09C 1/00 2450879, опубл. 20.05.2012), вес. %: низинный или промежуточный торфяной наполнитель 98, 98.9-84.79, азотное удобрение карбамид, аммиачная или калийная селитра 1.0, 0.1-0.15, 15, фосфорное удобрение фосфаты щелочных и щелочно-земельных металлов P₂O₅ - 0.01-0.06, цеолит - глинистая порода гидрофобизованная катионным ПАВ 1-1.5, где катионный ПАВ составляет 1 и 10% от веса цеолит-глинистой породы.

Недостатком этого состава является достаточно длительное время снижения концентрации загрязнителя, которая составляла не менее 97% от исходной (при высокой степени загрязнения 50 г нефтяных углеводородов на 1 кг почвы), а также недопустимо использовать катионный ПАВ, гидрофобизованный четвертичными аммониевыми солями, где R1R3 - пиридиниевые или алкильные группы с длиной углеродной цепи от 1 до 4 атомов или бензил, анион галогена Hal-хлорид или бромид, содержание катионного ПАВ составляет 1-10% от веса цеолит-глинистой породы. Недостатком также является наличие в составе ПАВ с указанными аминами и их солями, которые обладают токсическим действием, вызывая раздражение кожных покровов, поражение центральной нервной системы и пищеварительного тракта людей и животных (Вредные вещества промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Том 2 - Л: Химия, 1976 г.).

В результате, в ходе эксплуатации данного состава, резко снижается его эффективность и происходит загрязнение почвенной среды и грунтовых вод токсичными компонентами. Соли пиридиния разлагаются под воздействием влаги и, растворяясь будут поступать в грунтовые воды и отравлять воду и землю.

Целью данного технического решения является создание экологически чистого состава (5 класса опасности), предназначенною для локализации и биодеструкции углеводородного загрязнителя (нефти и нефтепродуктов) в почве.

Тем самым реализуются два наиболее важных для защиты окружающей среды процесса: сорбционное связывание и утилизация загрязнителя и степень очистки до 100% достигаются за более короткие сроки.

Технический результат достигается тем, что состав для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений, включающий азотно-фосфорное удобрение, а также цеолит-глинистую породу, отличается тем, что в качестве цеолит-глинистой породы содержит вермикулит, а в качестве удобрения используется органоминеральный продукт (отход), образующийся после механической и реагентной обработки осадков сточных вод и активного ила, взятых в соотношении 1:3.

Уникальные технические свойства вермикулита - высокие адсорбционные свойства, химическая инертность, дают большие возможности для достижения технического результата. Вермикулит - минерал, залежи которого в России велики, а органоминеральный продукт образуется в количестве 1 миллион тонн в год.

Органоминеральный продукт (отход) относится к 5 классу опасности и имеет следующий состав:

Внешний вид - твердое сыпучее вещество от серого до черного цвета.

Массовая доля органического вещества (в пересчете на сухое),% не менее - 20.

Содержание общего фосфора (P₂O₅), %, в пересчете на сухое вещество, не менее 1.5.

Содержание общего азота, %, в пересчете на сухое вещество, не менее 0.6.

Кремний диоксид, %, в пересчете на сухое вещество, не более - 20.

pH - 7.21

Влажность - 67.7

Органоминеральный продукт (отход) получают при механической и реагентной обработке осадков сточных вод и активного ила.

Содержание активного ила в органоминеральном продукте не менее 50%. Органоминеральный продукт (отход) имеет повышенную активирующую способность за счет содержания в биологически-активном иле бактериальной микрофлоры, являющейся биодеструктором, который разлагает органические соединения и нефтепродукты на углекислый газ и воду.

Вермикулитовый мелиорант впитывает углеводороды нефти нефтепродуктов, создает среду для развития нефтеокисляющих почвенных бактерий, присутствующих в естественном биоценозе данного региона. Вермикулитовый мелиорант является дополнительно воздухововлекающей, влагоудерживающей и pH-корректирующей добавкой к органоминеральному продукту и почвенному субстрату.

Вермикулит - природный минерал из группы гидрослюд слоистого строения, обладающий уникальной способностью вспучиваться (увеличиваться в 6-15 раз).

Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривания.

Слюды по химическому составу относятся к сложным алюмосиликатам.

Химический состав природного минерала (вермикулита), (www.vermikulite.com.) представлен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав	SiO2	Al2O3	MgO	CaO	K2O	Fe2O3
Процентный состав	38-45	10-16	14-25	1-5	1-6	6-13

Зерна вспученного вермикулита имеют кубообразную форму, а зерна гидрослюд - пластинчатую.

Материал, получаемый при обжиге вермикулитового концентрата, является сыпучим, легким, высокопористым материалом в виде чешуйчатых частиц серебристого, желтого или золотистого цвета. Не токсичен, не подвержен гниению, препятствует распространению плесени, без запаха. Уникальное техническое свойство вермикулита - высокое адсорбционное качество. Это - биологически стойкий материал, химически инертный, не выделяет вредных веществ при повышенной температуре. Средняя плотность вермикулита 65-150 кт/м, влажность 3-5%, pH водной вытяжки 6.8-7.0, негорючий, Т_пл. 1330 град.С, водопоглощение до 450% по весу, размеры частиц 0.1-2.8 мм.

Для удаления нефтепродуктов целесообразно использовать вермикулит с размером зерна не менее 1.25 мм, при этом сорбционная емкость колеблется в пределах 1.9-5.9 г/г.

Вермикулит - экологически чистый минерал из группы гидрослюд, который благодаря содержанию оксидов таких микроэлементов, как кальций, магний, калий, алюминий, железо, кремний, является эффективным биостимулятором роста растений. Обладая высокими сорбционными и аэрационными свойствами, вермикулит является отличным регулятором воздушной и влажной среды, положительно влияющим на развитие корневой системы. Он легко впитывает влагу (более 400%) и также легко отдает ее растению, создавая оптимально влажную среду для питания корней.

Вермикулит - высокопористый минерал, у которого между чешуйками находится воздух. Такое строение позволяет добиться необходимых аэрационных свойств, при которых земля не слеживается, не образуется корка на ее поверхности, поверхность остается рыхлой.

Таким образом, применение вермикулита как в сельском хозяйстве, так и для рекультивации загрязненных нефтью земель, позволяет: улучшить структуру легких (песчаных) и тяжелых (глина и суглинки) открытых грунтов, оптимально регулировать воздушный режим и влажность, активно стимулировать рост корневой системы и растения в целом, понизить кислотность на 8-14%, увеличить эффективность действия удобрений на 12-17%, снизить заболевание корневой системы гнилью.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. В этом примере исследовалось влияние компонентов, а именно вермикулита и органоминерального продукта (отхода) на степень очистки почвы от нефтяных загрязнений, в качестве которых использовались реальные почвы НПЗ, имеющие различную степень загрязнения нефтепродуктами.

В колбу на 500 см³ помещают 100 г почвы с содержанием нефтепродуктов 180.0 мг/кг. Почва взята с территории комплекса очистных сооружений НПЗ. Добавляют 200 мл. воды, перемешивают 15 минут, добавляют в различных соотношениях вермикулит (далее - В) и органоминеральный продукт (отход) (далее - ОМО) - в течение 120 суток (далее ВОМО).

ВОМО - состав для очистки и рекультивации почвы, загрязненной нефтепродуктами.

После обработки почвы различными составами ВОМО определяли степень очистки почвы. Данные сведены в таблицу 2.

Таблица 2
Соотношение компонентов, масс.ч.	ВОМО	Степень очистки, %
ВОМО 1	0.5:2.0	88
ВОМО 2	1:0.5	80
ВОМО 3	2:1	82
ВОМО 4	1:1	84
ВОМО 5	0.5:1	81
ВОМО 6	1:3	99
ВОМО 7	3.5:1	83

Содержание нефтепродуктов в исходной почве 180.2 мг/кг, время обработки 120 суток, доза реагента 0.25 мг/г почвы.

Из приведенной таблицы 2 следует, что наибольшей эффективностью при данной дозе реагента обладают составы ВОМО с соотношением 1:3.

Заявляемое массовое соотношение минерального мелиоранта вермикулита (1 ч) и органоминерального продукта (отхода) (3 ч) - отход в виде компоста, сыпучий азотно-фосфорный продукт, образующийся после механической и реагентной обработки осадков сточных вод и активного ила, выдержанный на иловых площадках не менее 2-х месяцев, который вносится в количестве 10-30 т на 1 гектар почвы, и рыхление проводят на глубину 50-60 см, является оптимальным, так как в данном соотношении соблюдено эквивалентное соотношение реакционно-способных групп, содержание микроэлементов, соотношение K:N:P, что приводит к образованию состава с наилучшими сорбционными показателями.

При использовании мелиоранта в сочетании с органоминеральным продуктом для рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, в соотношении 1:1 и внесение в почву в количестве меньше 10 т на 1 га, уменьшает степень извлечения нефти и нефтепродуктов и не позволяет достичь нужных показателей качества почвы: pH, влажность, соотношение K:N:P и макроэлементность, и самое главное, не позволяет обеспечить нужную степень очистки почвы от нефтяных загрязнителей.

Пример 2 по результатам промышленных испытаний. Состав получают следующим образом: навеску вермикулита 1 ч смешивают с навеской в 3 ч органоминерального продукта (отхода). Затем определяют границу загрязненного нефтью или нефтепродуктами грунта, глубину залегания загрязняющих веществ и их концентрации, указанный состав вносят методом рыхления (запахивания) на глубину 50-60 см в количестве 1.0-3.0 кг на 1 м² (10-30 т на 1 га), при этом грунт увлажняется за счет влаги органоминерального продукта при температуре окружающей среды 20-25 град.С, создаются условия жизнедеятельности бактериальной микрофлоры в течении 1-3 месяцев.

Результаты по очистке грунта, загрязненного нефтью, с использованием мелиоранта в количестве 1.0, 2.0, 2.5, 3.0 кг на 1 м², приведены в таблице 3.

Таблица 3
Длительность мес.	1	2	2.5	3
Количество мелиоранта, кг, при соотношении 1:3, на 1 м2 грунта	Эффективность извлечения органических веществ из грунта, %.	Эффективность извлечения органических веществ из грунта, %.	Эффективность извлечения органических веществ из грунта, %.	Эффективность извлечения органических веществ из грунта, %.
1.0	52	74	79	89
2.0	61	82	90	92
2.5	65	84	99	100
3.0	67	88	100	100

Анализируя полученные данные по примеру 1, можно сделать вывод, что внесенное количество ВОМО в соотношении 1:3 и в количестве 30 т/га грунта позволяет повысить степень извлечения нефти и нефтепродуктов до 100% за 3 месяца, что значительно уменьшает время очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнителей.

Состав для очистки и рекультивации почвы от нефтяных загрязнений, включающий азотно-фосфорное удобрение, а также цеолит-глинистую породу, отличающийся тем, что в качестве цеолит-глинистой породы содержит вермикулит, а в качестве удобрения используется органоминеральный продукт, образующийся после механической и реагентной обработки осадков сточных вод и активного ила, взятых в соотношении 1:3.