Способ рекультивации токсичных земель, нарушенных при добыче угля

 

Изобретение относится к биологической рекультивации почвогрунтов, загрязненных токсичными веществами. Проводят планировку поверхности, затем посев семян многолетних растений, обработанных культурами Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35 и Bacillus megaterium KC-1 B-135. Далее проводят инокуляцию почвогрунтов суспензией бактериальных клеток рода Pseudomonas, выделенных из почвы грунтов отвальной поверхности, из расчета 100•10⁸ клеток в 1 мл. Способ позволяет после 1 года рекультивации получить плодородный слой почвы, аналогичный природному, с устойчивым травостоем. При этом достигается полное разложение фенолов и нефти, улучшение агрохимических свойств почвогрунта, накопление гумуса, а также азота, фосфора, калия в усвояемой для растений форме. 3 табл.

Изобретение относится к способам обработки почвы, в частности к биологической рекультивации почвогрунтов, загрязненных токсичными веществами.

Известен способ для биологической рекультивации почвы, загрязненной ксенобиотиками, в том числе фенолами. По данному способу обрабатываемую почву снимают с загрязненного места и укладывают на проницаемые для жидкости и газов, отделенные от подстилающего грунта основания. Через определенный промежуток времени подают воду и соответствующие микроорганизмы. Через обеззараживаемый грунт пропускают нагретый до 15-40^oС, содержащий кислород газ, преимущественно воздух. С помощью непрерывной подачи внутрь почвы воды поддерживают оптимальные условия для жизни и размножения микроорганизмов с влажностью почвы 15-25% и температурой почвы преимущественно 40^oС (Германия, патент 3720383).

Использование данного способа для рекультивации огромных площадей, например нарушенных при добыче угля, не целесообразно ввиду больших как физических, так и материальных затрат.

Известен способ ускоренной рекультивации нефтезагрязненных почв. Способ предусматривает укладывание нефтезагрязненных почв на специально обустроенные делянки с глинисто-щебенчатым экраном. Почву покрывают слоем торфа, вносят минеральные удобрения, после чего композиционную почву перепахивают, выравнивают, наносят слой сухого активного ила, на поверхность ила укладывают семена многолетних трав, закрепляют их тонким слоем торфа и увлажняют суспензией ассоциированной культуры углеводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из почвы, длительно содержащей углеводороды нефти из расчета 100•10⁶ клеток в 1 мл воды. При этом культура микроорганизмов содержит представителей 6 родов, а именно: Nocardia, Rodococcus, Mycobacterrium, Arthrobacter, Pseudomonas, Flavobacterium. Делянки по периметру окультуривают водопроницаемыми бортиками и имеют дренажные канавки и нефтеловушку (РФ, патент 2066944).

Недостатком указанного способа является большое количество проводимых операций, что делает его трудоемким для рекультивации нарушенных земель предприятиями угольной промешленности. Более того, известный способ не приемлем для отвалов, сформированных несколько лет назад. Кроме того, при посеве многолетних трав предусматривается посев пырея ползучего, являющегося сорняком, от которого потом очень трудно избавиться. Также в состав ассоциированной культуры углеводородокислящих микроорганизмов входит 6 родов, которые из-за конкуренции ослабляют процесс разложения нефтяных соединений в случае, когда концентрация фенолов и нефтепродуктов в почве незначительна по сравнению с загрязнениями почв нефтебаз.

Известен способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель, включающий планировку их поверхности, внесение угольных отходов перед вспашкой, посев семян, который является наиболее близким к предлагаемому способу. С посевом семян растений проводят инокуляцию штаммом Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacilus megaterium КС-1 В-135, при этом культуру берут в количестве 100-200 г/га по сухому весу (РФ, патент 2072756).

Этот способ позволяет свести до минимума затраты на восстановление нарушенных земель и способствует утилизации углеотходов.

Но несмотря на преимущества он не предназначен для рекультивации земель в угольной промышленности, загрязненных фонолами и нефтепродуктами.

Задачей изобретения является разработка технологии рекультивации, обеспечивающей создание на поверхности породных отвалов, содержащих токсичные вещества, плодородного слоя почвы, аналогичного природным условиям, в кратчайшие сроки и устойчивого травостоя с наименьшими затратами, как физическими, так и материальными, путем внесения активных бактериальных препаратов, обеспечивающих улучшение агрохимических свойств почвогрунтов после 1 года рекультивации, увеличение накопления гумуса, азота, фосфора, калия в усвояемой для растений форме, а также полное разложение фенолов и нефти.

Поставленная задача решается следующим образом.

Согласно предлагаемому способу проводят планировку поверхности породных отвалов, посев семян многолетних растений, предварительно обработанных микроорганизмами Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacilus megaterium КС-1 В-135 после посева семян, поверхность обрабатывают суспензией углеводородокислящих микроорганизмов рода Pseudomonas, выделенных из почвогрунтов отвальной поверхности, из расчета 100•10⁸ клеток в 1 мл.

Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35 депонирован под регистрационным номером "ВНИИСХМ B-35 Д", является сверхпродуцентом полисахаридов в составе полисахаридной капсулы (слизистой) и крайне перспективен в ускоренной рекультивации деструктивных почв. Культура является также источником физиологически активных веществ: гуминовых, карбоновых, аминокислот, витаминов группы В.

Bacillus meraterium КС-1 В-135 депонирован под регистрационным номером "ВНИИСХМ-135 Д" в группе споровых микроорганизмов как перспективная культура для изготовления бактериального препарата, применяемого для рекультивации деструктивных почв, стимулирующей рост растений.

Депонирование произведено на институт МНИИЭКО ТЭК.

Для приготовления суспензии углеводородокисляющих микроорганизмов рода Pseudomonas выделяли их из нарушенных земель, подлежащих рекультивации.

В почвах, подверженных воздействию нефти и нефтяных продуктов, преобладающая часть углеводородокисляющих микроорганизмов принадлежит микроорганизмам рода Pseudomonas, которые могут расти в широких диапазонах самых разнообразных экосистем и являются преобладающими среди других групп микроорганизмов. Данная микрофлора является аэробной, имеющей постоянный пигмент. Реакция катализоположительная.

Совокупность заявленных признаков позволяет улучшить агрохимические свойства почвогрунтов после 1-го года рекультивации при минимальных затратах, увеличить накопление гумуса, N, Р, К в усвояемой форме, количество сапрофитной микрофлоры и освобождает их от токсичных веществ (фенолов и нефти), что обеспечивает хороший рост и развитие растениям.

Способ рекультивации токсичных земель, нарушенных при добыче угля, реализуется следующим образом.

Проводили деляночные опыты на территории породных отвалов ЦОФ "Березовская" АО "Кемеровуглеобогащение", нарушенных в результате ведения горных работ при добыче каменного угля. Нарушенные земли планировали, разравнивали, например автогрейдером. Перемешанные в процессе планирования работ грунтосмеси состоят из алевролитов - 55%, аргиллитов - 25%, песчаника - 10%, суглинков - 10% и монтомориллонитовых глин - 5%, содержащих в %: СаО - 4.1; MgO - 1.7; Аl₂O - 16,2; Fе₂О₃ - 3.4; S - 0,4; SiO₂ - 67,5; C - 27,5.

Агрохимические анализы показали на отсутствие в почвогрунтах гумуса и наличие незначительного количества азота. Реакция среды - слабощелочная (7,2-7,4). Содержание фосфора 0,31 - 0,36 мг/100 г, калия - 6,9 - 7,8 мг/100 г, содержание органического вещества (ППП) - 19,5-20,1%.

Засоление грунтов хлоридно-сульфатное. Содержание хлоридов составляет 0,005-0,009%, сульфатов - 0,49-3,19%. Содержание фенола составляет 0,009-0,013 мл/дм³, нефтепродуктов - 0,1-0,2 мл/дм³. На токсичных породах отсутствует самозарастание. Количество сапрофитной (полезной) микрофлоры составляет в среднем 10,2-12,8 тыс/г.

По разработанной рецептуре активных штаммов микроорганизмов готовили сухой препарат на основе углеотходов, содержащий микроорганизмы Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacilus megaterium КС-1 В-135. Количество наработанного сухого препарата, содержащего смесь выделенных бактерий, составляет 0,5-1,0 кг на га нарушенных земель.

Семена многолетних трав обрабатывали этим сухим препаратом и вносили на подготовленную поверхность.

Затем поверхность отвала инокулировали суспензией углеводородокислящих микроорганизмов рода Pseudomonas, выделенных из почвогрунтов отвальной поверхности, из расчета 100•10⁸ клеток в 1 мл.

Микроорганизмы рода Pseudomonas получали следующим образом. В стерильную чашку Петри со стерильным мясо-пептонным агаром (МПА) производили посев стерильной пипеткой 0,1 мл приготовленной суспензии (исследуемая почва в стерильной воде). Затем чашки Петри ставили в термостат. Выросшие колонии рода Pseudomonas определяли морфологически (колонии круглые и неправильной формы, средние, крупные с размером в диаметре от 1,5 до 0,2 см, выпуклые и плоские, слизистые и пастообразные, с желто-зеленым флюоресцирующим пигментом и с красным пигментом). Микроскопирование показало, что бактериальные клетки прямые и слабоизогнутые, с заостренными концами, расположены одиночно, парами или короткими цепочками, подвижные, имеют полярные жгутики (монотрихи). Размеры клеток колеблются в пределах 0,6-7•0,3-1,4 мкм.

Характерные колонии с Pseudomonas снимали стерильной петлей и переносили в пробирку со стерильной водой. Так делается с каждой колонией рода Pseudomonas, т. е. переносится слизь с колоний петлей в стерильную воду. Затем приготовленные суспензии в пробирках сливают в одну колбу и перемешивают. В приготовленной бактериальной суспензии определяется под микроскопом количество бактериальных клеток в одном мл суспензии. Количество бактериальных клеток в 1 мл суспензии составило 100•10⁸.

Этим количеством суспензии проводили инокуляцию почвогрунтов, подлежащих рекультивации, т.е. после посева семян, обработанных культурами Azotobacter Chroococcum Mut-1 В-35 и Bacilus megaterium КС-135, почвогрунты инокулировали суспензией, состоящей из бактериальных клеток рода Pseudomonas.

Результаты рекультивации представлены в табл.1 - 3. В таблицах представлены сравнительные данные предлагаемого способа по сравнению с контролем и известными (прототипом) способами.

Таким образом, предлагаемый способ рекультивации токсичных земель, нарушенных при добыче угля, позволяет после 1-го года рекультивации создать на поверхности породных отвалов плодородный слой почвы, аналогичный природным условиям, и устойчивый травостой с наименьшими затратами, как физическими, так и материальными, что достигается путем внесения после посева семян, предварительно обработанных микроорганизмами Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacilus megaterium KC-1 В-135, суспензией углеводородокислящих микроорганизмов рода Pseudomonas, выделенных из почвогрунтов отвальной поверхности, обеспечивающих полное разложение фенолов и нефти, улучшение агрохимических свойств почвогрунтов, увеличение накопления гумуса, азота, фосфора, калия в усвояемой для растений форме.

Промышленная применимость предлагаемого способа не вызывает никаких затруднений, т.к. для этого не требуется специальных устройств, дополнительных капитальных затрат.

Используемые в предложенном способе микроорганизмы Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacillus moratorium КС-1 В-135 можно взять в коллекции института ВНИИ сельхозмикробиологии (г. Санкт-Петербург), которые хранятся под регистрационными номерами соответственно "ВНИИСХМ В-35 Д" "ВНИИСХМ В-135 Д", либо обратиться в институт МНИИЭКО ТЭК. Микроорганизмы рода Pseudomonas для приготовления суспензии выделяют из нарушенных земель, подлежащих рекультивации.

Формула изобретения

Способ рекультивации токсичных земель, нарушенных при добыче угля, включающий планировку поверхности, посев семян многолетних растений, предварительно обработанных микроорганизмами Azotobacter chroococcum Mut-1 B-35, Bacillus megaterium KC-1 B-135, отличающийся тем, что после посева семян, поверхность обрабатывают суспензией углеводородсодержащих микроорганизмов рода Pseudomohas, выделенных из почвы грунтов отвальной поверхности, из расчета 100•10⁸ клеток в 1 мл.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3