Способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

 

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды в сфере деятельности нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Предлагается способ сокращения периода биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов за счет ускорения естественных процессов биодеградации нефтепродуктов. Способ предусматривает применение твердо-жидкофазного биореактора и/или аэрируемых почвенных площадок, внесение органического разрыхлителя, использование биопрепарата нового состава и новой (олеофильной) формы на основе безопасных поверхностно-активных веществ бактериального происхождения и последующую фиторемедиацию. Способ обеспечивает гарантированное восстановление сильнонефтезагрязненных почв и грунтов в течение одного вегетационного периода в местах добычи, переработки и хранения нефти. Он применим в регионах с холодными климатическими условиями. Способ может быть использован для восстановления нефтезагрязненных ландшафтов, ликвидации нефтешламоотстойников и факельных площадок в районах нефтепромыслов, уничтожения последствий аварийных нефтяных разливов, очистки загрязненных участков на территории нефтехранилищ и нефтеперерабатывающих предприятий. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение направлено на решение проблемы сохранения, восстановления и рационального использования природных ресурсов и относится к биотехнологии защиты окружающей среды в сфере деятельности нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

На фоне кризиса состояния окружающей среды все большее значение приобретают способы биологической очистки нефтезагрязненных земель как наиболее эффективные и экологически безопасные. Большой популярностью пользуются микробные препараты, так называемые "бактериальные коктейли", предлагаемые в широком ассортименте биотехнологическими компаниями Европы, США и Японии. Однако, как свидетельствует практика, применение заполнивших российский рынок зарубежных бакпрепаратов, разработанных для районов, по климатическим и экологическим условиям резко отличающихся от регионов России, как правило, оказывается малоэффективным. Кроме того, неконтролируемое внесение в открытые экосистемы искусственных микробных популяций, зачастую неизвестного состава, может представлять значительную опасность как для функционирования почвенных биоценозов, так и для здоровья людей, занятых в технологическом процессе.

В регионах с холодными климатическими условиями естественные процессы самоочищения и восстановления нефтезагрязненных почв протекают медленно. В связи с этим наиболее актуальны приемы рекультивации с использованием технологий, предусматривающих эффективное стимулирование окисления нефтяных углеводородов природными микроорганизмами.

В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск трех биопрепаратов, разрешенных к использованию Министерствами здравоохранения и геологии Российской Федерации. К ним относятся "Путидойл" (ЗапСибНиГНИ), "Биоприн" (ВНИИ-Синтезбелок, предприятие "Новые технологии") и "Деворойл" (ИнМИ РАН, предприятие "Биотехинвест"). Действующим компонентом препарата "Путидойл" являются бактерии рода Pseudomonas, часто встречающиеся в загрязненных нефтью почве и воде. Комплексные препараты "Биоприн" и "Деваройл" состоят из представителей нескольких видов углеводородокисляющих микроорганизмов.

Известен способ очистки нефтезагрязненной почвы с использованием биопрепарата, в состав которого входит суспензия микроорганизмов в концентрации 1•10¹¹-5•10¹² клеток/мл, хлорид натрия в количестве 10% и биологически активные вещества [1]. Однако недостатком данного способа является высокое содержание в биопрепарате хлорида натрия, а также использование сложных по составу и дорогостоящих биологически активных соединений, в частности витаминов и бетаина.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, согласно которому нефтезагрязненную почву обрабатывают биопрепаратом, содержащим нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексное удобрение и адсорбент, а затем осуществляют дополнительное периодическое внесение в загрязненную почву комплексного удобрения [2]. Однако указанный способ не обеспечивает быстрое восстановление нефтезагрязненной почвы до уровня технологического использования.

Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение сроков периода биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов за счет ускорения естественных процессов деструкции нефтяных углеводородов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагается способ биоремедиации загрязненных нефтью почв и грунтов, предусматривающий использование олеофильного биопрепарата [3], представляющего собой совокупность ассоциации микроорганизмов-нефтеразрушителей Rhodococcus erythropolis ИЭГМ 708 и Rhodococcus ruber ИЭГМ 327 (50,0-80,0 мас.%), биосурфактанта-Rhоdососсus (5,0-30,0 мас. %) и минеральных солей азота, фосфора и калия (остальное), а также проведение таких технологических мероприятий, как: (1) первоначальная обработка сильнозагрязненной почвы/грунта до уровня (5-10 вес.%) нефтепродуктов, необходимого для применения биологического метода разрушения углеводородов; (2) внесение органического разрыхлителя (древесной щепы или стружки) в соотношении разрыхлитель : почва/грунт - 1:6-8; (3) внесение биопрепарата по схеме: 10 л на 0,5-1,0 м³ грунта по меньшей мере один раз в неделю в течение первого месяца биоремедиации, и в дальнейшем - по меньшей мере один раз в месяц до окончания срока биоремедиации; (4) периодическое рыхление и полив для поддержания относительной влажности почвы/грунта 20%; (5) применение фиторемедиации (засев многолетними травами).

Достижение указанного технического результата обеспечивается благодаря следующим особенностям предлагаемого способа. Так, в результате первоначальной обработки сильнозагрязненной почвы/грунта в твердо-жидкофазном биореакторе (или разбавления чистой почвой в аэрируемых почвенных площадках) обеспечивается уровень (5-10%) нефтепродуктов, достаточный для применения биопрепарата.

Далее, в результате внесения органического разрыхлителя достигается оптимизация механического состава и воздушно-водного режима обрабатываемой почвы/грунта.

Благодаря использованию олеофильного биопрепарата в соответствие с заявленной схемой его применения достигается снижение срока биоремедиации и обеспечивается восстановление нефтезагрязненных почв и грунтов в течение одного вегетационного периода до уровня их хозяйственного, в том числе и сельскохозяйственного, использования.

Благодаря проведению фиторемедиации в результате деятельности ризосферной микрофлоры обеспечивается полное восстановление почвенного плодородия.

Ниже приведена блок-схема применения Способа биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов.

Примеры конкретного осуществления Пример 1. Обработке подвергают высококонцентрированный (20 вес.%) нефтезагрязненный грунт из шламоотстойника. Грунт (0,2 м³) загружают в твердо-жидкофазный биореактор (типа бетономешалки) емкостью 4,0 м³, добавляют 0,5 м³ воды, 2,0 л олеофильного биопрепарата и подвергают принудительному вентилированию (аэрированию) и механическому перемешиванию в течение 3-х недель.

В дальнейшем содержимое (уровень остаточных нефтепродуктов 4,5 вес.%) биореактора переносят в почвенные площадки с водонепроницаемым основанием и высотой слоя почвы 10-20 см, смешивают с органическим разрыхлителем - щепой размером 8-10 см, в соотношении 8:1. Затем проводят регулярное рыхление и увлажнение содержимого почвенных площадок для поддержания 20%-ной относительной влажности.

Олеофильный биопрепарат вносят в количестве 10 л на 0,5 м³ почвы один раз в неделю в течение первого месяца биоремедиации, и в дальнейшем - один раз в месяц до окончания цикла биоремедиации.

В результате осуществления предлагаемого способа через 2 месяца биоремедиации получают очищенный грунт, содержание остаточных нефтепродуктов в котором не превышает 0,1-0,15 вес.% (табл. 1), что допускает последующее возвращение очищенного грунта в сельскохозяйственное пользование.

С целью восстановления почвенного плодородия после завершения цикла биоремедиации (через 8 недель) производят засев многолетними травами. Состав посевной смеси включает клевер луговой (Trifolium pralense), тимофеевку луговую (Phleum pratense), костер безостый (Bromus exaristatus) в соотношении 1:1:1. Посевная доза составляет 3 г семян/м² почвы.

Пример 2. Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что снижение концентрации нефтепродуктов в сильнозагрязенном грунте производят путем смешивания его с чистой пахотной почвой до достижения уровня остаточных нефтепродуктов 4,6 вес.%, а также в ином соотношении грунта и щепы, 6:1, соответственно. Через 2 месяца биоремедиации получают очищенный грунт с содержанием остаточных нефтепродуктов, не превышающим 0,6 вес. % (табл. 2), что допускает последующее возвращение очищенного грунта в хозяйственное пользование.

Источники информации 1. Патент РФ 2114071, кл. С 02 F 3/34, от 1997 г.

2. Патент РФ 2112610, кл. В 09 С 1/10, от 1996 г.

3. Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Richkova M.I., Philp J.C., Cunnigham C. J. , Christofi N. Oleophilic biofertilizer based on a Rhodococcus surfactant complex for the bioremediation of Crude oil-Contaminated soil/Soils. Sediments and Water. - 2001. - N. 4. - P. 20-24.

Формула изобретения

1. Способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием олеофильного биопрепарата на основе нефтеокисляющих микроорганизмов и Rhodococcus-биосурфактанта, отличающийся тем, что производят первоначальную обработку сильнозагрязненной почвы/грунта до достижения уровня остаточных нефтепродуктов 5-10 вес. % и последующее добавление органического разрыхлителя, олеофильный биопрепарат вносят в количестве не менее 10 л на 0,5-1,0 м³ почвы/грунта по меньшей мере один раз в неделю в течение первого месяца и в дальнейшем по меньшей мере один раз в месяц до окончания цикла биоремедиации в сочетании с периодическим рыхлением и увлажнением и дополнительно производят фиторемедиацию - засев многолетними травами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначальную обработку нефтезагрязненной почвы/грунта производят в твердо-жидкофазном биореакторе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначальную обработку нефтезагрязненной почвы/грунта производят путем смешивания с незагрязненной почвой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического рыхлителя используют древесную щепу или стружку в соотношении 1 часть разрыхлителя на 6-8 частей почвы /грунта.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве многолетних трав используют клевер луговой, костер безостный и тимофеевку луговую в соотношении 1: 1: 1 при дозе засева семян 3 г/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3