Способ биопреобразования загрязненной почвы

Способ биопреобразования загрязненной почвы

Реферат

7Изобретение относится к области технологий биологической обработки и переработки отходов и может быть использовано для обезвреживания грунтов, промышленных отходов, отстоя сточных вод и охраны окружающей среды, загрязненными продуктами нефтедобычи и переработки нефти (далее по тексту - шламы). 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 загрязненных 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 sp. 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 энерготрудозатратах 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 восстановление 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 структурированной почвы экочернозема, заселенной 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) экочерноземов, 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. Однако, 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 фильтрат, который в дальнейшем и может быть использован для рекультивации почвы в результате хозяйственной деятельности и от загрязнений бытового характера, а применение этого способа в целях очистки почвы от шламов нельзя признать эффективным.

Целью заявленного изобретения является биопреобразование нефтяных и буровых шламов 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 нефтяной или буровой шлам смеси, содержащей черноземообразующих дождевых червей второго и третьего поколений, выращенных в тепличных условиях путем адаптации дождевых червей первого поколения к предварительно подготовленной смеси, состоящей из 52-60% шлама того вида, которым загрязнена почва, и 48-40% органических бытовых отходов и/или древесных опилок, остальное - органические бытовые отходы и/или древесные опилки, и которая настаивается в течение 20-24 часов при температуре 20-25°C для последующего заселения в ней 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 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°C. 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°C либо путем механического перемешивания смеси с загрязненной почвой в закрытом помещении при тех же температурных режимах с последующей выдержкой не менее 7-12 суток, используя, например, стандартный шламонакопитель (хранилище) с бетонированным 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 черноземообразующих организмов.

Ожидаемая эффективность предлагаемого способа экологического восстановления почв, загрязненных нефтяным или буровым шламом, 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. Данный способ разработан на основании проведенных исследований [1] реакции и выживаемости дождевых червей под влиянием различных видов нефтепродуктов: нефти, бензина и дизельного топлива в зависимости от вида и дозы вносимых в почву нефтепродуктов позволили установить факторы, влияющие на смертность и выживаемость дождевых червей:

- вид и доза загрязнителя, продолжительности видов продуктов нефтяного промысла;

- интервалы остаточной концентрации одного из видов шлама в почве, при которых начинается восстановление численности дождевых червей;

- остаточные концентрации шлама 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, в котором предварительно проводятся мероприятия по адаптации и выработке иммунитета у дождевых червей к зараженной нефтепродуктами среде путем выращивания червей второго и третьего поколений в тепличных условиях в специально подготовленной смеси, содержащей в соответствующем процентном соотношении буровой шлам, жидкий нефтяной шлам, а также бытовые 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), также должны быть обеспечены условия содержания: воздухо- и водопроницаемость, оптимальная температура среды обитания червей, необходимые для биологического разложения осваиваемых отходов и развития почвенных микроорганизмов. Адаптация дождевых червей первого поколения проводится в предварительно подготовленной смеси, смеси, состоящей из 52-60% шлама того вида, которым загрязнена почва, и 48-40% органических бытовых отходов и/или древесных опилок, и которая настаивается в течение 20-24 часов при температуре 20-25°C. Смесь тщательно перемешивается и помещается в дренируемую емкость и размещается в терморегулируемом помещении при температуре 8-25°C, 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 механического перемешивания 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°C, либо путем механического перемешивания смеси с загрязненной почвой в открытом хранилище или закрытом помещении при тех же температурных режимах с последующей выдержкой 7-12 суток, при этом целесообразно использовать, например, шламонакопитель 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 требуемых условий, или можно 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°C.

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. Биотестирование проводилось на образцах почвы, взятых с участков Самоотлорского нефтяного месторождения, путем обработки нефтезагрязненной почвы смесями заявленного состава. Образцы почвы были обработаны смесями, подготовленными по технологии заявленного способа в нескольких вариантах состава, отличающихся содержанием органических бытовых отходов и древесных опилок, после чего производился посев семенами травы, в том числе и на образце почвы, не подвергавшейся обработке смесью. Наблюдения показали, что обработка таким способом загрязненной почвы приводит к максимальному снижению ингибирующего воздействия загрязнителей на прорастание семян растений уже спустя 40 суток. Для почвы, обработанной смесью с дождевыми червями, в 2 раза (100% прироста) увеличилось количество проросших семян. Для необработанной почвы данный показатель составил 17%, а средняя длина корней проросших семян превышает на 11%. Максимальное количество (81,6%) проросших семян обнаружено в вытяжке из почвы, в которой была использована смесь с комплексным содержанием бытовых отходов и опилок.

1. Способ биопреобразования нефтяных и буровых шламов путем заселения загрязненной почвы природными черноземообразующими организмами, отличающийся тем, что в загрязненную почву вносят смесь, содержащую черноземообразующие дождевые черви второго и третьего поколений, выращенные в тепличных условиях путем адаптации дождевых червей первого поколения к предварительно подготовленной смеси, состоящей из 52-60% шлама того вида, которым загрязнена почва, и 48-40% органических бытовых отходов и/или древесных опилок, и которая настаивается в течение 20-24 часов при температуре 20-25°C 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 осуществляется 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 производится 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°C.

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°C с последующей выдержкой 7-12 суток.