Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

OIL DESTRUCTION AND BIOREMEDIATION

Chernykh M.S. 1 Sadchikov A.V. 1
1 Orenburg State University
В данной статье рассмотрены проблемы загрязнения нефтью и нефтепродуктами почвенного покрова и водных объектов. Проанализированы характерные особенности этой проблемы. В статье представлены биопрепараты, разработанные для решения задач охраны окружающей среды. Выявлена и обоснована необходимость использования Биопрепаратов «Рустэко»® и биопрепарата БАК-Верад. Они предназначены для биологической очистки почвенных покровов, песка, нефтешламов, cточных вод, водных объектов и других неагрессивных сред от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. На основе проведенного исследования авторами предлагается выделить препараты на основе метанового эффлюента. Эффлюент представляет собой высококачественное органическое удобрение и служит источником энергии и питательных веществ для деятельности полезных бактерий. Как правило, все разработанные препараты предназначаются для уничтожения загрязнения нефтью и нефтепродуктами не только почвы и грунта, но и пресных водоемов, акватории морей, стоков промышленных предприятий и загрязненных внутренних поверхностей технологических резервуаров и танков.
This article deals with the problems of pollution by oil and oil products of the soil cover and water bodies. Analyzed the characteristics of this problem. The article presents the biologics developed for the solution of problems of environmental protection. Identified and the necessity of the use of Biologics, Rusteco"® and Biologicals TANK-Verad. They are designed for the biological treatment of soil, sand, sludge, sewage, water and other nonaggressive environments from pollution by oil and oil products. On the basis of the study, the authors proposed to allocate products based on methane effluent. Effluent is a high quality organic fertilizer and is a source of energy and nutrients for the activity of beneficial bacteria. As a rule, all developed drugs intended for the destruction of pollution by oil and oil products not only the soil and ground, but fresh waters, sea waters, effluents of industrial enterprises and contaminated the interior surfaces of process vessels and tanks.
bioremediation
biological products
methane effluent
petroleum products.

Существующие механические, термические и физико-химические методы очистки почв от нефтяных загрязнений дорогостоящи и эффективны только при определенном уровне загрязнения (как правило, не менее 1 % нефти в почве), часто связаны с дополнительным внесением загрязнения и не обеспечивают полноты очистки. В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв, как в экономическом, так и в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеградации компонентов нефтей и нефтепродуктов.

Биопрепараты

Как правило, все разработанные препараты предназначаются для уничтожения загрязнения нефтью и нефтепродуктами не только почвы и грунта, но и пресных водоемов, акватории морей, стоков промышленных предприятий и загрязненных внутренних поверхностей технологических резервуаров и танков [3].

Среди биопрепаратов, разработанных для решения задач охраны окружающей среды, можно выделить следующие группы по их назначению:

- для ликвидации загрязнений;

- для рекультивации территорий и восстановления плодородия почв;

- для переработки отходов;

- для очистки природных водоемов;

- для биомониторинга и биотестирования.

Нефтедеструкторы для очистки почвенного покрова

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами почвенного покрова и водных объектов в результате аварийных ситуаций при добыче, транспортировке и переработке нефти и нефтепродуктов является одной из наиболее типичных проблем современности. Ликвидация последствий разливов нефти проводится часто таким способом, что происходит необратимое уничтожение плодородного слоя почвы, например, при сжигании нефти, засыпке загрязненных участков грунтом, вывозе загрязненной почвы в отвалы [1].

Биологический метод рекультивации является наиболее эффективным и экологически безопасным методом рекультивации нефтезагрязненных почв и водоемов.

Специалисты компании "РОСТЕХИНФОРМ" разработали инновационный биопрепарат нефтедеструктор «Рустэко»®.

Биопрепарат «Рустэко»® представляет собой сухой порошок длительного хранения, в состав которого входят микроорганизмы, способные перерабатывать нефтепродукты в средах с высокой степенью минерализации в широком диапазоне температур и концентраций поллютантов в экологически безопасные соединения (углекислый газ и воду). Активным началом биопрепарата являются высокоактивные непатогенные штаммы-нефтедеструкторы Bacillussubtilis 115-10 и Pseudomonassp. 210-7, а также продукты их метаболизма, ускоряющие разложение нефти и нефтепродуктов на углекислый газ и воду. Биопрепарат «Рустэко»® обладает широким спектром окислительной активности, деструктирует n-парафины различных фракций, дизельное топливо, нефть, мазут, масла, органическую часть нефтешламов, способен расти в широком диапазоне температур и рН-среды, безопасен для человека и животных.

При применении биопрепарата «Рустэко»® степень биоразложения нефтешлама составляет 85 % за один вегетационный период. Степень биоразложения уже через 72 часа составляет: парафина – до 95 %, дизельного топлива – до 97 %, нефти – до 95 % [2].

Еще одним примером искусственно созданного биодеструктора является биопрепарат БАК-Верад. БАК-Верад – бактериальный препарат биодеструктор нефтяного загрязнения (ТУ 9291-003-81279053-2014). Препарат представляет собою ассоциацию бактерий, микробиологический реагент или биодеструктор нефтяных углеводородов, предназначенный для экологически безопасной очистки почвенных покровов и водных объектов от загрязнения нефтяными углеводородами. Биоценоз биопрепарата представлен отделами микрофлоры: Bacillus, Atherobacter, Rhodococcus, Pseudomonas. Это естественные нетоксичные непатогенные селективно улучшенные микроорганизмы, специально отобранные по критерию эффективности метаболизации сложных углеводородных соединений и продуктов их разложения. Сухая порошковая форма или концентрат в жидкой форме биопрепарата содержат научно составленное сообщество из штаммов живых углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) в виде концентрата спор с титром 1 x 10 в 10-11 КОЕ/гр., минеральные соли, экологически чистый питающий носитель.

БАК-Верад предназначен:

- для биологической очистки почвенных покровов, песка, нефтешламов, cточных вод, водных объектов и других неагрессивных сред от загрязнения нефтью и нефтепродуктами: бензином, дизельным топливом, мазутом, моторными маслами, сырой нефтью [5];

- для проведения работ по рекультивации земель;

- переработки нефтешламов.

Экологическое действие бактерий БАК-Верад на загрязненный нефтепродуктами грунт заключается в непрерывном биологическом разрушении нефтяных углеводородов живыми (углеводородокисляющими) микроорганизмами, имеющими в природе наилучшую способность к метаболизации нефтяных угледоводородов и продуктов их разложения с образованием воды и углекислого газа. Этим обеспечивается очистка почвы, грунта и воды от загрязнения углеводородами.

Препараты на основе метанового эффлюента

Эффлюент – органические удобрения, полученные в результате анаэробной переработки органических отходов в ферментаторах [6].

Преимущества биоудобрений перед другими органическими удобрениями (навозом, пометом, торфом):

- отсутствие семян сорняков;

- отсутствие патогенной микрофлоры;

- наличие микрофлоры, способствующей интенсивному росту растений;

- отсутствие адаптационного периода для эффективного воздействия;

- высокий коэффициент усвояемости растениями;

- стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов;

- максимальное сохранение и накопление азота.

Кроме биогаза, результатом процесса метанового брожения сельскохозяйственных отходов является переброженный фугат и шлам (метановый эффлюент). Он содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения и кормовых добавок.

Эффлюент представляет собой высококачественное органическое удобрение, в результате чего отпадает необходимость дополнительно вносить питательные вещества. За счет использования жидкой фракции продукта переработки отсутствует необходимость регулярно перепахивать и переворачивать очищаемый почвенный слой для поддержания жизнедеятельности внесенного биодеструктора. Таким образом, значительно упрощается процедура очистки почвы и шламов, и соответственно сокращаются трудозатраты [4].

Преимущество метанового брожения состоит в сохранении в органической форме практически всего азота, содержащегося в исходном сырье. Образующиеся при сбраживании гумусные материалы улучшают физические свойства почвы: аэрацию, водоудерживающую и инфильтрационную способность почвы, а также скорость катионного обмена.

Кроме того, метановый эффлюент служит источником энергии и питательных веществ для деятельности полезных бактерий. Это способствует повышению растворимости важных химических питательных веществ, содержащихся в почве, и приводит к лучшему усвоению их высшими растениями. Ряд опытов свидетельствует о существенном увеличении урожайности при использовании шлама в качестве удобрения.

Ценность метанового эффлюента еще и в том, что при перепревании навоз теряет часть нитратов и нитритов, в избытке содержащихся в навозе домашних животных и птиц. В процессе ферментации они сбраживаются в аммиак и метан. Содержащиеся в сбраживаемой массе полезные фосфор, калий и азот полностью остаются в биошламе. Немалую ценность представляет также освобождение полей от сорняков, семена которых не выдерживают высокотемпературной и агрессивной среды биореактора, теряют всхожесть и гибнут [7].

Биопрепарат «МИКС+Грунт»

Специалистами компании ООО"КомплеСУ" (г.Оренбург) создан двухкомпонентный микробиологический препарат «МИКС+Грунт»(ТУ 9291-002-69393208-2016) на основе метанового эффлюента, получаемого в результате анаэробной переработки комбинированных отходов в биогазовой установке УГБ-25.

Микробиологический препарат «МИКС+Грунт» предназначен для проведения работ по биоремедиации, нефтедеструкции и повышению биопродукционной способности агрогеосистем. Двухкомпонентный микробиологический препарат «МИКС+Грунт» применяется для ликвидации последствий нефтяных загрязнений, обработки замазученных грунтов и нефтешламов, как в специально отведенных местах захоронения, так и на открытых участках, степень загрязнения которых по массовой доле нефтепролдуктов в грунте лежит в пределах от 5 до 280 г/кг.

Процесс очистки загрязненных почв с помощью двухкомпонентного микробиологического препарата «МИКС+Грунт» можно условно разделить на три этапа: подготовительный, основной и заключительный.

Подготовительный этап в случае проведения биообработки непосредственно на месте аварии заключается в определении загрязненных площадей и глубины проникновения нефти или нефтепродуктов в почвах и грунтах. В случае очистки на полигоне определяется объем замазученного материала, подлежащего переработке. Также на этом этапе необходимо аналитическим путем определить концентрацию нефтепродуктов, содержащихся в почве или грунте.

Основной этап по обработке замазученных почв и грунтов начинается с рыхления загрязненных площадей или пластов замазученного грунта на спецполигоне или на открытых участках. Затем проводятся повторные определения исходных концентраций нефтепродуктов, содержащихся в почве. После того расчетным путем, используя экспериментальные данные, определяются дозы фугата и шлама, влажность исходных компонентов и порядок внесения.

После определения доз необходимых составляющих они вносятся на загрязненные площади или в грунты. Затем проводится повторное рыхление для тщательного перемешивания загрязненных почв с вносимыми ингредиентами. На этом этапе поддерживается необходимая влажность путем полива грунта. Полив производится без заделки для образования корочки.

В течение 12–24 часов при наличии благоприятных условий углеводородокисляющие микроорганизмы активизируются, начинается необратимый процесс разложения нефтяных углеводородов, завершающийся метаболизацией до 90 % массы входящих в состав углеводородного загрязнителя (общие нефтепродукты) фракций до экологически нетоксичных продуктов метаболизма.

Конечные продукты метаболизма нефти в почве следующие: углекислота (связывается в составе карбонатов) и вода; кислородосодержащие соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля; твердые нерастворимые продукты метаболизма – результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо-минеральные комплексы; твердые корочки высокоминеральных компонентов нефти на поверхности почвы (киры).

После проведения всех мероприятий на участках переработки загрязненных грунтов ориентировочно определяется время, которое необходимо для биодеструкции нефтепродуктов на опытных участках, учитывая, что процесс разложения нефтепродуктов протекает эффективнее предпочтительно в теплое время года. Как правило, интервал времени между внесением составляет 12–14 суток.

В процессе биообработки загрязненных грунтов в течение всего периода восстановления проводится аналитический контроль концентрации нефтепродуктов, влажности материала и содержание в нем азота и фосфора. Кроме того, проводится микробиологический контроль восстанавливаемых почв.

На заключительном этапе проводится анализ результатов работ, проделанных по рекультивации почв или грунтов. В анализ входит определение конечных концентраций нефтепродуктов и расчет скоростей их разложения. Концентрация нефтепродуктов в восстановленных почвах или грунтах должна быть близка к фоновым концентрациям нефтепродуктов. Составляется прогноз дальнейшего использования обработанных почв для засева сельскохозяйственными культурами.