Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки почвы от нефтяных загрязнений

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для очистки почвы от разливов нефти и загрязнений нефтепродуктами. Состав содержит нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент. В качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют активный ил из канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0-8 ч после вывода из системы на регенерацию. В качестве удобрения используют навоз, а компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: активный ил 1-2, навоз 25-35, адсорбент 63-74. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений включает обработку ее вышеописанным составом, причем один раз в месяц производят рыхление загрязненной почвы на глубину 50-55 см. Оптимальное количество в составе для очистки почвы адсорбента и активного ила устанавливают по полученным формулам зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от содержания адсорбента в загрязненной почве и от дозы активного ила. Использование изобретения позволит получить оптимальный экологически чистый состав для очистки почвы и повысить экономичность способа очистки почвы. 2 с.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к составам для очистки и способам очистки почвы от нефтяных загрязнений и может быть использовано для очистки почвы от разливов нефти и загрязнений нефтепродуктами.

Известен способ очистки почвы от нефтяных загрязнений, в котором путем внесения в загрязненную среду водной суспензии бактериальной культуры Rhodococcus erythropolis E-15 в смеси с минеральным удобрением - нитроаммофоской или нитроаммофоской и натриевой селитрой обеспечивается биоразложение нефтяных загрязнений (см. авт. свид. РФ N 2019527, кл. C 02 F 3/34, E 02 B 15/04, C 09 K 17/00, 1994).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе присутствуют следующие недостатки: - узкая область применения. Данная бактериальная культура в качестве единственного источника углерода и энергии использует углеводороды с длиной цепи C₁₄ - C₁₈; - очищает лишь поверхностный слой почвы, вследствие того, что входящие в него микроорганизмы развиваются только в аэробных условиях; - неэффективен при высоких температурах; - применение сопряжено со значительными затратами средств на выращивание культуры; - сложность приготовления и использования состава; - нет доказательств выбора оптимальных соотношений компонентов в составе.

Известен способ очистки почвы и воды от нефтяных загрязнений, в котором путем внесения в загрязненную среду водной суспензии бактериального препарата "Путидойл" в смеси с минеральным удобрением - нитроаммофоской происходит биоразложение нефтяных загрязнений. Препарат "Путидойл" изготовляется на основе бактериальной культуры природного штамма Pseudomonas putida - 36 (см. авт. свид. СССР N 1428809, кл. C 02 F 13/34, E 02 B 15/04, 1988).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе присутствуют следующие недостатки: - препарат "Путидойл" представляет собой сухую бактериальную массу и для его предварительного "оживления" необходим трудоемкий комплекс мероприятий, выполняемых в полевых условиях: подогрев большого количества воды (5 м³) до температуры 28^oC, обеспечение аэрирования в течение 12-16 ч, перемешивание; - очищает лишь поверхностный слой почвы вследствие того, что входящие в него микроорганизмы развиваются только в аэробных условиях; - оказывает угнетающее действие на естественный микробный биоценоз;
- применение сопряжено со значительными затратами средств на выращивание культуры;
- нет доказательств выбора оптимальных соотношений компонентов в составе.

Известен способ очистки почвы и воды от нефтяных загрязнений, в котором путем внесения в загрязненную среду водной суспензии бактериального препарата "Деворойл", представляющего собой консорциум микроорганизмов Rhodococcus sp. , Rhodococcus maris. , Rhodococcus erythropolis, Pseudomonas stutzeri, Candida sp. , осуществляется биоразложение нефтяных загрязнений (см. авт. свид. РФ N 2023686, кл. C 02 F 3/34, E 02 B 15/04, C 12 P 39/00, 1994).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе присутствуют следующие недостатки:
- очищает лишь поверхностный слой почвы вследствие того, что входящие в него микроорганизмы развиваются только в аэробных условиях;
- применение сопряжено со значительными затратами средств на выращивание культуры;
- нет доказательств выбора оптимальных соотношений компонентов в составе.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является "Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки почвы от нефтяных загрязнений", в котором путем обработки почвы следующим составом: нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексное удобрение, адсорбент (древесные отходы) производят биоразложение нефтепродуктов (см. авт. свид. РФ N 2112610, кл. B 09 C 1/10, C 02 F 3/34, C 12 N 1/26, 1998), принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе присутствуют следующие недостатки:
- в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют бактериальные препараты "Деворойл", "Дестройл", для производства которых требуются материальные затраты, а также препарат "Путидойл", применение которого, кроме высоких материальных затрат на его производство, дополняется трудоемким комплексом работ перед внесением его в почву. Кроме того, препарат "Путидойл" оказывает угнетающее действие на естественный микробный биоценоз;
- нет доказательств выбора оптимальных соотношений компонентов в составе.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании оптимального, экологически чистого состава для очистки почвы от нефтяных загрязнений, а также в создании способа для очистки почвы от загрязнений нефтепродуктами, обладающего сравнительно низкой стоимостью, сохраняющего длительное время влагу в почве для обеспечения оптимальных условий очистки.

Технический результат - повышение экономичности способа очистки почвы от нефтяных загрязнений, создание оптимального, экологически чистого состава для очистки почв от нефтяных загрязнений.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном составе для очистки почвы от нефтяных загрязнений, содержащем нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют активный ил канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0 - 8 часов после вывода из системы на регенерацию, а в качестве комплексного удобрения используют навоз, например, крупного рогатого скота при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Активный ил - 1 - 2
Навоз - 25-35
Адсорбент - 63-74
Кроме того, в известном способе очистки почвы от нефтяных загрязнений, включающем обработку загрязненной среды составом для очистки почвы, при этом в загрязненную среду дополнительно периодически вносят комплексное удобрение, в качестве комплексного удобрения используют навоз и дополнительно один раз в месяц производят рыхление загрязненной среды на глубину 50-55 см, а при влажности почвы менее 50% производят ее полив, выбор оптимального соотношения компонентов смеси "загрязненная почва/адсорбент" производят по формуле зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от содержания адсорбента в смеси, полученной, например, в результате обработки экспериментальных данных (см. табл. 1 и фиг. 1) по методу наименьших квадратов (см. Кудрин А. Н. , Пономарева Г.Т. Применение математики в экспериментальной и клинической медицине. - М.: Медиздат, 1967, - с. 138):
S(n) = k(1-e^-n/T), (1)
где S - степень биоразложения нефтепродуктов, %;
n - соотношение количества почвы (объемные единицы) к количеству адсорбента (объемные единицы);
k - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом в зависимости от масштаба координат;
T - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом;
e ≈ 2,718,
при этом оптимальное соотношение компонентов выбирают в точке пересечения графика функции S(n) с горизонтальной линией, меньшей на 3-5% от установившегося значения функции, затем по графику зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от их начальной концентрации, полученному, например, экспериментальным путем, выбирают оптимальную область применения предлагаемого состава, как область максимального биоразложения нефтепродуктов, значение оптимальной дозы активного ила определяют по формуле зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от дозы активного ила, полученной, например, в результате обработки экспериментальных данных (см. табл. 3 и фиг. 5) по методу наименьших квадратов (см. Кудрин А.Н., Пономарева Г.Т. Применение математики в экспериментальной и клинической медицине. - М.: Медиздат, 1967, - с. 138):
S(d) = k₁(1-e^-d/Q), (2)
где S - степень биоразложения нефтепродуктов, %;
d - доза активного ила, мг/кг почвы;
k₁ - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом в зависимости от масштаба координат;
Q - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом;
e ≈ 2,718,
при этом оптимальную дозу активного ила выбирают в точке пересечения графика функции S(d) с горизонтальной линией, меньшей на 3-5% от установившегося значения функции, дозу навоза, вносимого в почву, выбирают с учетом жизнеобеспечения активного ила и дальнейшего использования почвы в сельском хозяйстве из диапазона 2-2,5 кг/м² (17-21,3 т/га).

Повышение экономичности способа очистки почвы от нефтяных загрязнений достигается тем, что экономические затраты на производство компонентов состава ниже, чем в известном способе (в прототипе стоимость препарата для очистки 1 га почвы от нефтяных загрязнений составляет 7200 р/га, а в предлагаемом способе активный ил является отходом производства). Таким образом, использование данного состава для биоразложения нефтепродуктов дает синергетический эффект: снижаются затраты на производство нефтеокисляющих микроорганизмов и отсутствуют затраты на утилизацию активного ила и навоза. Для определения оптимального состава, значения компонентов берут из графиков (см. фиг. 1 - 5), полученных в результате обработки данных экспериментальных исследований по биоразложению нефтепродуктов в системах с различным содержанием компонентов (см. табл. 1-3).

Приготовление состава для очистки почвы от нефтяных загрязнений производят следующим образом.

Пример 1.

На открытой площадке или в смесителе смешивают 1,0 кг активного ила, 30,0 кг навоза КРС и 69,0 кг адсорбента (древесных опилок). Перемешивание осуществляют в течение 0,5-1,0 часа для получения однородной смеси. Полученную смесь состава, мас.%: 1,0 активного ила, 30,0 навоза КРС и 69,0 адсорбента вносят в загрязненную почву.

Пример 2.

На открытой площадке или в смесителе смешивают 1,5 кг активного ила, 32,0 кг навоза КРС и 66,5 кг адсорбента (древесных опилок). Перемешивание осуществляют в течение 0,5-1,0 часа для получения однородной смеси. Полученную смесь состава, мас.%: 1,5 активного ила, 32,0 навоза КРС и 66,5 адсорбента вносят в загрязненную почву.

Способ осуществляется следующим образом.

Обработку загрязненной почвы проводят в весенне-летний период. В почву, пропитанную загрязнениями, методом вспашки вводят предлагаемый состав в количестве: 1 ч. состава на 4 ч. нефтяного загрязнения. Оптимальная влажность почвы для обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности микроорганизмов составляет 50-60% (см. Медведев Г. П. Канализация городов ФРГ. - Л.: Стройиздат, 1981, - 168 с.), поэтому, если влажность почвы меньше 50%, то производят полив. С целью создания аэрации один раз в месяц проводят рыхление почвы, например, чизелем на глубину 50-55 см. Кроме того, периодическое рыхление почвы предотвращает испарение влаги. Об эффективности обработки судят по снижению нефтенасыщенности (деструкции нефти) на обрабатываемом участке. Для полной рекультивации почвы осенью производят посев семян одно- и двухлетних культур.

Выбор оптимальных доз компонентов состава производят с помощью табл. 1-3 и фиг. 1-5.

1. Определение оптимальных объемных соотношений в системе "загрязненная почва/адсорбент".

В табл. 1 представлены результаты по биоразложению нефтепродуктов в системах с объемным отношением загрязненная почва/адсорбент от 1:0,01 до 1: 1. На фиг. 1 приведена зависимость степени биоразложения нефтепродуктов от содержания адсорбента в системе, которую описывают формулой:
S(n) = k(1-e^-n/T), (1)
где S - степень биоразложения нефтепродуктов, %;
n - соотношение количества почвы (объемные единицы) к количеству адсорбента (объемные единицы);
k - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом в зависимости от масштаба координат;
T - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом;
e ≈ 2,718.

Оптимальное соотношение загрязненная почва/адсорбент выбирают в точке пересечения графика функции S(n) с горизонтальной линией, меньшей на 3-5% от установившегося значения функции. Это соотношение составляет 1:0,1 (количество адсорбента составляет ≈ 60 т/га) при степени биоразложения нефтепродуктов 68% (см. табл. 1).

2. Выбор оптимального диапазона начальных концентраций нефтепродуктов в загрязненной почве для их максимального биоразложения.

В табл. 2 приведены результаты опытов по биоразложению нефтепродуктов в почвах с варьированием начальной концентрации углеводородов. На фиг. 2 приведены зависимости биоразложения нефтепродуктов при различных начальных концентрациях во времени. На фиг. 3 приведены степени биоразложения нефтепродуктов через 6 месяцев в зависимости от их исходных концентраций. Область максимального биоразложения нефтепродуктов в почве составляет 72-93% и приходится на их исходные концентрации 290-2500 мг/кг почвы (см. табл. 2).

3. Выбор оптимальной дозы активного ила для максимального биоразложения нефтепродуктов в почве.

В табл. 3 приведены данные по биоразложению нефтепродуктов в образцах с различными концентрациями активного ила. На фиг. 4 представлены зависимости биоразложения нефтепродуктов при различных начальных дозах активного ила во времени. На фиг. 5 приведены степени биоразложения нефтепродуктов через 6 месяцев в зависимости от начальных доз активного ила. График зависимости степени биоразложения нефтепродуктов от дозы активного ила описывают формулой:
S(d) = k₁(1-e^-d/Q), (2)
где S - степень биоразложения нефтепродуктов, %;
d - доза активного ила, мг/кг почвы;
k₁ - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом в зависимости от масштаба координат;
Q - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом;
e ≈ 2,718.

Оптимальную дозу активного ила выбирают в точке пересечения графика функции S(d) с горизонтальной линией, меньшей на 3-5% от установившегося значения функции, эта доза равна ≈ 110 мг абсолютно сухого вещества (а.с.в.)/кг почвы (≈ 0,935 т (а.с.в.)/га) (см. табл. 3).

4. Выбор оптимальной дозы навоза.

Дозу навоза, вносимого в почву, выбирают с учетом обеспечения жизнедеятельности активного ила и дальнейшего использования земель в сельском хозяйстве. Навоз вносят в количестве 2-2,5 кг/м² (17-21,3 т/га) (см. Юрина А.В., Тюленева Н.А., Кардашина Л.А. и др. В помощь овощеводу-любителю. - Свердловск: Сред.-Урал. Кн. Изд-во, 1985, - с. 11).

Таким образом, оптимальные дозы компонентов, вносимых в почву для биоразложения нефтепродуктов составляют, т/га:
Активный ил (а.с.в.) - 0,85-1,7
Навоз - 17-21,3
Адсорбент - 60-65
а доли компонентов в смеси, мас.%:
Активный ил (а.с.в.) - 1,0-2,0
Навоз - 25-35
Адсорбент - 63-67
Активный ил канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода представляет собой ассоциацию бактериальных микроорганизмов: Pseudomonas, Ashromobacter, Alcaligenes, Artobacter, Acenetobacter, Rhodococcus, Candida и др.

В качестве комплексного удобрения используют навоз, например, крупного рогатого скота, содержащий? %:
Органическое вещество - 90
Азот - 2-6
Фосфор (P₂O₅) - 1-2
Калий (R₂O) - 0,1-0,6в

Формула изобретения

1. Состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений, содержащий нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, отличающийся тем, что в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют активный ил из канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0 - 8 ч после вывода из системы на регенерацию, а в качестве удобрения - навоз при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Активный ил - 1 - 2
Навоз - 25 - 5
Адсорбент - 63 - 74
2. Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений, включающий ее обработку составом, содержащим нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, отличающийся тем, что в составе в качестве удобрения используют навоз, в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов - активный ил из канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0 - 8 ч после вывода системы на регенерацию, при следующем соотношении компонентов, мас.%: активный ил 1 - 2, навоз 25 - 35, адсорбент 63 - 74, один раз в месяц дополнительно производят рыхление загрязненной почвы на глубину 50 - 55 см, при влажности почвы менее 50% производят ее полив, причем оптимальное по объему количественное соотношение загрязненная почва/адсорбент n определяют по формуле зависимости степени биоразложения нефтепродуктов S от содержания адсорбента в загрязненной почве
S(n)= k(l-e^-n/T),
где k - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом в зависимости от масштаба координат;
Т - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным адсорбентом;
e ≈ 2,718,
при этом оптимальное соотношение компонентов выбирают в точке пересечения графика функции S(n) с горизонтальной линией, меньшей на 3 - 5% от установившегося значения функции, оптимальную дозу активного ила d (мг/кг почвы) определяют по формуле зависимости степени биоразложения нефтепродуктов S(%) от дозы активного ила
S(d) = k₁(1-e^-d/Q),
где k₁, - масштабный коэффициент, используемый для вычисления степени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом в зависимости от масштаба координат;
Q - постоянная времени биоразложения нефтепродуктов с введенным активным илом;
e ≈ 2,718,
при этом оптимальную дозу активного ила выбирают в точке пересечения графика функции S(d) с горизонтальной линией, меньшей на 3 - 5% от установившегося значения функции, а дозу вносимого в почву навоза устанавливают с учетом обеспечения жизнедеятельности активного ила и дальнейшего использования почвы в диапазоне 2 - 2,5 кг/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9