Тема 15 Очистка загрязненных

Тема 15 Очистка загрязненных сред от нефти и нефтепродуктов План лекции Состав нефти и нефтепродуктов. Основные особенности воздействия нефти и нефтепродуктов на природные среды. Особенности и условия трансформации нефти и нефтепродуктов в водных и почвенных средах. Факторы, влияющие на скорость биодеградации компонентов нефти. Способы очистки водных и почвенных сред от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Биопрепараты для ликвидации загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Основные технологические этапы получения и использования биопрепаратов – деструкторов нефти и нефтепродуктов. РХТУ АЕК

Вопросы в экзаменационных билетах 1. Ремедиация и очистка природных сред, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Основные подходы к их обезвреживанию различными методами. 2. Биопрепараты для очистки природных сред, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Основные этапы получения и использования биопрепаратов – деструкторов нефти и нефтепродуктов. Кн. 2, т. 2, с. 88 -139 РХТУ АЕК

Состав нефти и нефтепродуктов. В нефти выделяют легкую фракцию (точка кипения 200 °С), метановые углеводороды, включая твердые парафины, циклические углеводороды, смолы и асфальтены, сернистые соединения. Большую часть легкой фракции составляют алканы с числом углеродных атомов 5– 11. Эти соединения летучи и более растворимы в воде по сравнению с другими компонентами нефти. В сырой нефти присутствуют также ароматические соединения и соединения, содержащие как ароматические так и циклоалифатические кольца. Эти соединения представляют собой наиболее токсичную часть нефтей. Смолы и асфальтены (чаще употребляемое название «смолы асфальтенов» ) относятся к высокомолекулярным соединениям, в которых неодинаковые по структуре углеводородные группы связаны между собой различными сшивками, и обладают очень сложной структурой. Смолистые вещества активно присоединяют кислород. На воздухе смолистая нефть быстро густеет. В зависимости от времени, прошедшего с момента загрязнения нефтью и нефтепродуктами природных сред, доля асфальтеновой фракции увеличивается в результате окисления алканов микроорганизмами. В качестве примесей в нефти содержатся соединения азота, серы, кислорода (NSO-соединения), вода, соли и микроэлементы, включая тяжелые металлы (Pb, Hg, Cd, V, Ni, Fe). РХТУ АЕК

Основные особенности воздействия нефти и нефтепродуктов на природные среды Нефтяные и углеводородные загрязнения: - техногенные источники – около (2– 3) • 107 т/год, - прижизненные выделения растительными и животными организмами, а также их посмертного разложения – около 6 • 105 т/год, - поступление со дна океана из естественных источников. Масштабы загрязнения почвы в результате деятельности нефтедобывающих и транспортных предприятий на территории России сотни тысяч гектаров. Потери нефти – 1 -6 млн. т. Воздействие нефти и нефтепродуктов на экосистемы определяется совокупностью содержащихся в них компонентов. Нефть и нефтепродукты не относятся к наиболее опасным для человека токсичным загрязнениям, однако ущерб обусловлен большой массой загрязнений. В отличие от других антропогенных воздействий загрязнение нефтью не постепенно повышающееся, а часто залповое, что приводит к значительному экологическому ущербу. РХТУ АЕК

Воздействие на почву. В первую очередь страдают почвенные биоценозы. Особенно вредное воздействие оказывают смолисто-асфальтеновые компоненты. Они сорбируются в гумусовом слое, иногда прочно цементируя его. Уже 2 г нефти в 1 кг почвы делает ее непригодной для жизнедеятельности растений и почвенной микрофлоры. Влияние нефти на растения обусловлено непосредственным токсическим воздействием ее и изменением почвенной среды. Нефть, пропитывая почву, ухудшает доступ кислорода и влаги растениям. Этому способствует также обволакивание смолисто-асфальтеновыми веществами корней растений. К снижению содержания кислорода приводит и рост аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов. В результате создаются условия для развития анаэробной микрофлоры. Ухудшаются агрофизические и агрохимические свойства почвы , снижается урожайность сельскохозяйственных растений. Воздействие на водоемы. В водоемах нефть и нефтепродукты создают нефтяную пленку, загрязняют их растворенными или эмульгированными в воде углеводородами , осевшими на дно тяжелыми фракциями и т. д. Загрязняются берега рек, озер, морей. Так, только 1 т нефти может покрыть тонким слоем площадь поверхности воды в 1200 га. Нефтяная пленка нарушает газообмен между водной поверхностью и атмосферой, нарушает фотосинтез у фитопланктона. Нефтяная пленка оказывает особенно сильное негативное воздействие на водные организмы. Меняются органолептические свойства воды. РХТУ АЕК

Особенности и условия трансформации нефти и нефтепродуктов в водных и почвенных средах В первые недели после загрязнения нефтью происходят в основном физические процессы миграции и рассеивания углеводородов в результате испарения и выщелачивания. С поверхности воды легкокипящие бензиновые фракции испаряются в течение 6 ч. Не менее 10% сырой нефти испаряется в течение 24 ч. Однако тяжелые фракции не испаряются совсем. Потери нефти вследствие испарения нефтяных масел и сырой нефти в южных регионах составляют до 40– 70%. В северной климатической зоне испаряется значительно меньше нефти, в почве она может сохраняться десятки лет и преобладает рассеивание ее циркулирующими водами. В результате испарения возрастает доля тяжелых и менее токсичных фракций в неиспарившейся части нефти. Но среди них остаются наболее стойкие к биологическому разложению (смолы и асфальтены). Пленка углеводородов на водной и почвенной поверхности может подвергаться химическому воздействию вследствие образования свободных радикалов как результат термического или фотохимического возбуждения. Через 1– 4 недели после попадания нефтяных углеводородов в окружающую среду в благоприятных условиях для роста микрофлоры начинается биодеградация загрязнения. РХТУ АЕК

По степени снижения окисляемости микроорганизмами компоненты нефти и нефтепродуктов располагаются в такой последовательности: алифатические > ароматические > смолы > асфальтены (почти не окисляются) Наиболее активно утилизируются углеводороды с прямой цепью, н-парафины с длиной цепи С 12 –С 22. Большинство микроорганизмов не ассимилируют н- алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода. Низкомолекулярные н -алканы обычно угнетают развитие микробного сообщества, однако вследствие летучести их действие непродолжительно. Более устойчивы к окислению изоалканы, циклоалканы и ароматические углеводороды. Многие из них в виде моносубстратов не потребляются микроорганизмами, они разлагаются в режиме соокисления с другими более доступными углеводородами. Биодеградация тяжелых фракций нефти, содержащих смолы и асфальтены, затруднена устойчивостью к воздействию ферментов и малой способностью их диспергироваться в жидкой среде. При благоприятных условиях основной процесс биодеструкции может протекать за 3– 4 недели, при этом численность углеводородокисляющих микроорганизмов увеличивается в 100– 1000 раз, изменяется и численность других гетеротрофных микроорганизмов. Заключительный и самый длительный этап в разложении нефти связан с трансформацией оставшихся высокомолекулярных соединений и образованием связанных остатков. Эта часть устойчива к биологическому окислению. Чем более застарелое загрязнение, тем выше ее доля (от 1 до 20%). В силу инертности новые высокомолекулярные соединения и связанные остатки мало опасны для окружающей среды. РХТУ АЕК

Факторы, влияющие на скорость биодеградации компонентов нефти. Содержание нефти в почве. Максимальное содержание нефти в среде, доступное для биоремедиации, не превышает 5– 10% (по массе). Температура. Для биодеградации углеводородов оптимальная температура 30– 40 o C, однако существуют микроорганизмы, способные окислять углеводороды как при более высоких, так и при более низких положительных температурах. Влага. Оптимальное содержание влаги в почве для микроорганизмов- нефтедеструкторов 50– 80%. Аэрация. Окисление углеводородов микроорганизмами происходит в аэробных условиях. После первичного окисления углеводородов разложение может продолжаться и в аэробных, и в аноксигенных условиях. Для поддержания аэробных условий при ремедиации почв, загрязненных нефтью, их периодически рыхлят. Денитрификация и сульфатредукция могут играть существенную роль на стадии разложения промежуточных продуктов окисления углеводородов – жирных кислот, фенолов, продуктов их расщепления, и в центральных зонах почвенных агрегатов. Здесь возможны процессы с восстановлением Fe 3+ и брожения. РХТУ АЕК

Агрегатное состояние. Для водных сред важна растворимость углеводородов в воде , поскольку растворимые молекулы лучше транспортируются к клеткам микроорганизмов. Растворимость углеводородов низкая и уменьшается с увеличением их молекулярной массы. На скорость окисления влияет также степень дисперсности углеводородов в воде. Транспорт их в клетку происходит непосредственно при контакте эмульгированной углеводородной фазы с поверхностью клеток. Дисперсность можно повысить механическим воздействием или с помощью детергентов. Многие микроорганизмы способны продуцировать ПАВ, эмульгирующие углеводороды и ускоряющие их окисление. Адсорбция нефти и нефтепродуктов на поверхности почвенных частиц затрудняет биодеструкцию вследствие образования крупных и плотных агломератов. p. H Для утилизации углеводородов нефти бактериями наиболее благоприятен нейтральный p. H (от 6, 5 до 8, 0). Оптимальное развитие грибов и дрожжей происходит в кислой среде, в широком диапазоне p. H развиваются смешанные популяции. РХТУ АЕК

Минеральные компоненты. Минеральных компонентов в нефтяных загрязнениях содержится мало, кроме того, природные среды, особенно в северных регионах, обеднены источниками азота и фосфора. Как правило, при загрязнении нефтью дефицит биогенных элементов является лимитирующим фактором активности микроорганизмов- нефтедеструкторов. Для биологической очистки и биоремедиации вносят минеральные компоненты в виде минеральных удобрений (азотных, фосфорных и др. ). Оптимальное соотношение С : N составляет 9– 200 : 1. Большинство минеральных удобрений хорошо растворяется в воде, что обеспечивает доставку компонентов минерального питания к микроорганизмам. Для почв с застарелыми нефтяными загрязнениями или при их повторном попадании характерно присутствие микроорганизмов-нефтедеструкторов ( «диких» или аборигенных). В этом случае для активизации углеводородокисляющей способности аборигенной микрофлоры достаточно провести агротехнические мероприятия ( метод биостимулирования ). При ликвидации свежих нефтяных проливов в среду необходимо вносить препараты микроорганизмов-деструкторов (метод биоаугментации). В разложении нефти наряду с микроорганизмами косвенно могут участвовать растения и животные. Разрыхление почвы корнями растений, земляными червями и роющими артроподами облегчает дренаж и проникновение газов. Кроме того, роющие животные могут транспортировать органический материал к биологически активным поверхностным слоям почвы. РХТУ АЕК

Способы очистки водных и почвенных сред от загрязнения нефтью и нефтепродуктами Существуют механические , термические , физико-химические , химические и биологические методы очистки вод и почв от нефтяных загрязнений. Применение определенных методов связано с характером и степенью загрязнения, глубиной проникновения и типом загрязненной поверхности (почва, грунт, вода). Механические методы применяются при высокой степени загрязнения, когда концентрация углеводородов превышает 50 г/кг и глубина проникновения более 0, 5 м для почв и грунтов, а для водных поверхностей слой нефтепродуктов превышает 0, 03 м. Механические методы представляют собой извлечение загрязненных почв и грунтов вручную, либо при помощи землеройной техники и размещение их на площадках рекультивации. Для водных поверхностей – снятие пленки нефтепродуктов с помощью насосов, скиммеров и другого оборудования с последующей их утилизацией. Термический метод путем сжигания нефти с загрязненным материалом до сих пор остается в России основным методом рекультивации почв при ликвидации аварийных разливов нефти на поверхности почв. Одной из отрицательных сторон этого метода является сжигание почвенной биоты и резкое увеличение содержания полициклических ароматических углеводородов. РХТУ АЕК

Сорбционные методы применяются для связывания нефтепродуктов на поверхности почв, грунтов, снежного покрова, воды с целью дальнейшей их утилизации на рекультивационных площадках. Для очистки нефтяных разливов используют препараты сорбентов различного происхождения: пенополиуретан, угольную пыль, резиновую крошку, древесные опилки, пемзу, торфяной мох, перлит, вермикулит, вспененный графит и др. Эффективность таких сорбентов составляет 8 -40 ед. массы нефти на 1 ед. массы сорбента. РХТУ АЕК

Физические, физико-химические и химические методы для деконтаминации углеводород-контаминированных почв. Метод Принцип очистки Используемая Примечания техника Термический Удаление и Вращение трубчатой Требуется изъятие почвы; обработка только верхних деструкция печи; печь с кипящим слоев; выходящий газ должен быть обработан; углеводородов слоем; инсинераторы дорогой метод. Экстракция Удаление Перколяционные Требуется изъятие почвы; обработка только верхних углеводородов в башни; скрубберные слоев; экстракт должен быть складирован; раствор башни; кипящий слой эффективность неизвестна; углеводороды могут быть связаны с почвами; очень дорогой метод. Паровая отгонка Удаление летучих Вращающийся барабан; Только для летучих соединений; применим для соединений in situ подпочвенных слоев; пар должен быть обработан. Отгонка горячим Удаление летучих Вращающийся барабан; Только для летучих соединений; применим для воздухом соединений in situ подпочвенных слоев. Химическое окисление Изменение In situ; реакционные Нет информации для углеводородов поллютанта до легко камеры удаляемого Контроль грунтовых Прокачка водных Прокачка с/без физи- Предотвращает миграцию углеводородов; нет вод горизонтов для ческого удержива-ния; удаления соединений в ненасыщенной зоне; прекращения течения прямое удаление эффективен; полезен для предотвращения соединений на воде распространения загрязнений в течение биообработки; широко используется. Затопление Поднятие углеводоро- Риск распространения загрязнения; неэффективен. дов до поверхности наверху водяного столба Адсорбция Грунтовые воды, Дорогой; отходы требуют складирования; прокаченные через эффективность неизвестна. активный уголь Экстракция Изъятие почвы или Эффективность неизвестна; дорогой детергентами промывка почвы in situ с сурфактантом Иммобилизация Связывание Химическое связыва- Дорогой; не достаточно проверен; не удаляет углеводородов in situ ние; отвердение почвы загрязнения. РХТУ АЕК

Преимущества небиологических методов. Применительно к очистке нефтесодержащих загрязненных вод способны удалять свободно-плавающие, иммобилизованные и часть эмульгированных нефтепродуктов до остаточных концентраций 3 -5 мг/л, а растворенные нефтепродукты до остаточных концентраций 0, 5 -1 мг/л. В комплексе обеспечивают достаточно надежную очистку. Недостатки небиологических методов: - дороги, - эффективны при определенном уровне загрязнения (при очистке почвы с содержанием, как правило, не менее 1% нефти), - не носят универсального характера, - могут быть использованы лишь в отдельных конкретных случаях, - предусматривают использование больших объемов дорогостоящих реагентов, - использование химических методов очистки связано с выходом больших количеств экологически вредных и трудно утилизируемых отходов. В этой связи большое внимание уделяется разработке микробиологических методов очистки с использованием биопрепаратов на основе микроорганизмов – деструкторов нефти и нефтепродуктов. РХТУ АЕК

Биопрепараты для ликвидации загрязнения нефтью и нефтепродуктами В России к настоящему времени выпускается широкая номенклатура биопрепаратов на основе моно- и смешанных культур микроорганизмов для ликвидации загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Биопрепараты представляют собой массу жизнеспособных клеток микроорганизмов-биодеструкторов и различаются используемыми для их получения штаммами, которые характеризуются различными физиолого- биохимическими свойствами, такими как термотолерантность, осмофильность, оптимальные для роста значения p. H, способность включать в метаболические процессы разные классы углеводородов и спектры н-алканов. Эти физиолого-биохимические свойства штаммов- биодеструкторов определяют эффективность применения биопрепаратов в разных почвенно-климатических зонах, для удаления различных по химическому составу углеводородных загрязнений. Препараты для очистки природных сред должны удовлетворять следующим критериям: - выпускаться на основе непатогенных штаммов, выделенных из природных систем; - не содержать гигиенически излишних микроорганизмов; - быть экономически приемлемыми; - технически простыми в использовании; - гарантировать эффективное снижение уровня загрязнения без оказания неблагоприятного воздействия на окружающую среду. РХТУ АЕК

В России под биопрепаратом понимают препараты на основе штаммов микроорганизмов, которые получили все необходимые разрешительные документы. Т. е. эти препараты безопасны с медицинских, санитарно- гигиенических и экологических позиций и не имеют противопоказаний для промышленной наработки. Как правило, все разработанные препараты нефтедеструкторов 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. Часть биопрепаратов может использоваться для удаления таких загрязнений, как сланцевое масло (используется для пропитки шпал), отработанные машинные и моторные масла, СОЖ, не подлежащих регенерации и вторичному использованию, пищевые масла и жиры в стоках, а также остаточные нефтепродукты (котельное топливо, смазочные мазуты, гудроны, вазелины и другие нефтепродукты кубового остатка). На отечественном рынке присутствует широкая гамма биопрепаратов, причем фирмы, занимающиеся проведением очистных и рекультивационных мероприятий считают для себя менее хлопотным и более выгодным налаживать выпуск собственного биопрепарата, чем покупать готовый на стороне. РХТУ АЕК

Характеристика наиболее известных отечественных препаратов нефтедеструкторов Срок очистки в N Действующее Нормы Препарат Условия работы оптималь-ных п/п начало расхода условиях 1. Путидойл Pseudomonas to. C +10 - +35, p. H 6, 0 -8, 0 3 -15 кг/га 1 -2 мес. (разработка putida концентрация загрязнений в почвы, 2 -3 нед. на спец. Зап. Сиб-НИГНИ, почве не более 10% при 3 -5 г/м 3 площад-ках г. Тюмень) глубине проникновения не грунта, 5 -10 дн. В более 15 см; в воде не выше 20 2 -8 г/м 3 емкости г/л, толщина пленки нефти до загрязн. 10 мм. емкости, 2 -5 кг/га водной поверхн. 2. Деворойл ассоциация бактерий и to. C +5 - +40, 5 -10 кг/га 1 -2 мес. (ИНМИ РАН, дрожжей, включающая p. H 4, 5 -9, 5 почвы, НПП липофильные и загрязнение до 20 кг/м 2 1 кг/га "Биотехинвест") гидрофильные штаммы, с поверхности почвы; поверхности различным оптимумом p. H окисляют н-алканы С 9 -С 30, водоема и высокой ароматические соединения - осмофильностью (до 120 фенол, крезол, пирокатехин и г/л Na. Cl), др. медленнорастущие и быстрорастущие (Rhodococcus sp. - 3 штамма, Alcaligenes sp. , Jarrowia lipolytica) РХТУ АЕК

Срок очистки в N Действующее Нормы Препарат Условия работы оптималь-ных п/п начало расхода условиях 3. Биодеструктор Acinetobacter to. C +10 - +50, p. H 6 -8 10 -15 кг/га 1 -2 мес. (Валентис и др. ) valentis G-1 концентрация загрязнений не выше почвы (Гос. НИИсинтез 20 кг/м 2 белок, компания "Биотек") 4. Деградойл Azotobacter vinelandii и to. C +10 - +35 6 кг/га почвы 1 -2 мес. др. микроорганизмы загрязнение до 20 г/кг почвы, широкая субстратная специфичность 5. Олеоворин, Acinetobacter to. C +3 - +45, p. H 3, 5 -10, 15 кг/га почвы, 1 -2 мес. Биоприн oleovorum H-1, загрязнение до 20 г/кг почвы 10 кг/га (Гос. НИИсинтез Mycococcus lactis, поверхности белок, дрожжи р. Candida воды компания "Биотек") 6. Эконадин Pseudomonas to. C +5 - +32 30 -50 кг/100 м 2 3 -4 мес. в (фирма fluorescens на влажность торфа не более 10% почвы, почве, ЭКОНАД, г. сфанговом торфе 100 -240 кг/м 3 2 -4 нед. с Москва) (около 10 мг клеток на нефти поверхности 1 г торфа) воды РХТУ АЕК

7. Экойл, Pseudomonas sp. на to. C не ниже+5 30 -50 кг/100 м 2 3 -4 мес. в Экойл-М модифицированном загрязненность до 25 г/кг почвы, почве, Фежел-Био торфе, 100 кг/м 3 1 -2 мес. с (институт Acinetobacter sp. , нефти поверхности прикладной Mycobacterium воды микробиологии, flavescens, ассоциации п. Оболенск микроорганизмов в жидком или лиофилизированном виде 8. Аллегро ароматические углеводороды Компания "Биотек" 9. Торнадо p. H 6 -8, пресные воды Компания "Биотек" 10. Лидер морская вода и засоленные почвы Компания "Биотек" 11. Родер на основе монокультуры 12. Парабак полибактериальный 13. Финэнзим ферментный препарат 14. Руден Rhodococccus sp. НХ 7 5 -30 о С, p. H 4, 5 -10 10 кг/га почвы 1 -2 мес. (Гос. НИИГенет ика) 15. Сойлекс 3 -40 о. С, p. H 4, 5 -10, активен в (ЗАО отношении нефтяных загрязнений, ПОЛИИНФОР в том числе тяжелых фракций М, С. - нефти Петербург) РХТУ АЕК

16. Лестан бактериальный Устойчив к замораживанию и Разложение 90% (Украина) препарат на носителе с нагреву. При обработке нефти в почве за добавлением ПАВ в поверхностей препарат наносится в 30 -40 дн. количестве 1 -2 г виде биопены. ПАВ/л суспензии 17. Бидегойл Ассоцияция дрожже р. Деструкция С. -Петер- Candida, бактерий нефти в водных бургский Acinetobacter sp. , средах за 4 сут технологически Bacillus polymyxa на на 65 -78% й инсти-тут им. инертном носителе – Ленсовета вермикулите 18. Para-Bac полибактериальный (фирма Micro- Bac, США) 19. Noggies NG 20 применяется в виде для очистки от мазута Степень очистки (фирма биопены 90 % за 35 дн. Biodetox) при содержании 8 -9 г. мазута/кг сухой почвы 20. UNI-REM ферментный препарат (фирма Bio- Tech Service, США) 21. Fyre. Zyme ферментный препарат (фирма Ecotech International, США) РХТУ АЕК

Подбор и комиссионная Получение биопрепарата в Получение разрешения, оценка по промышленных условиях: сертификата на эффективности, - выращивание посевного материала; использование доступности, стоимости - ферментация; биопрепарата - концентрирование суспензии (сепарация, микрофильтрация); Оптимизация условий - сушка (лиофильная, распылительная) выращивания и подбор субстрата Добавки, наполнители и др. Хранение, доставка на место обработки Активизация микроорганизмов Предварительная очистка: биопрепарата физическими, механическими, физ. -хим. , агротехническими методами Создание условий для работы Обработка загрязненной Оценка качества микроорганизмов и биодеструкции среды биопрепаратом очистки Утилизация, обезвреживание Рекультивационные отходов мероприятия Основные технологические этапы получения и использования биопрепаратов-деструкторов нефти и нефтепродуктов. РХТУ АЕК

Началу мероприятий по применению биопрепарата предшествует первичная экологическая аттестация объекта на основании отобранных проб почвы, грунта или воды с целью определения количественных характеристик нефтезагрязнений, агротехнического состояния, а также наличия аборигенных форм нефтеокисляющих микроорганизмов в исследуемой почве (грунте). На стадии подбора микроорганизмов-деструкторов и комиссионной оценки необходимо определиться, каким методом проводить биоочистку – с биопрепаратом или с аборигенной микрофлорой. В лабораторных условиях по возможности протестировать микроорганизмы на биодеструкцию конкретного загрязнения и получить оценочные значения по расходным нормам, времени очистки. Если предполагается использование биопрепарата, то его предварительно нарабатывают в промышленных условиях. Как правило, выращивание ведут в неасептических условиях глубинным методом. В качестве углеродного субстрата часто используют н-алканы. На н-алканах микроорганизмы хорошо растут и в то же время становятся способными эффективно окислять углеводороды различного строения, поскольку их первичное окисление (подготовительный метаболизм) идет по тем же путям, что и для н-алканов. При концентрировании и высушивании микроорганизмов важно обеспечить жизнеспособность клеток, поэтому суспензию сначала концентрируют сепарацией или микрофильтрацией, а затем высушивают клетки лиофильно или на распылительной сушилке при очень мягких условиях. В сухой порошок или в концентрированную суспензию перед сушкой могут вносить добавки для увеличения срока хранения, уменьшения слеживаемости и др. РХТУ АЕК

Технология применения биопрепаратов при обработке почвы предусматривает следующие операции: 1. Подготовительные мероприятия. - Проводят пропашку почвы путем рыхления, частой вспашки, дискования и при необходимости ее увлажнение. Рыхление обеспечивает аэрацию почвы, а также физическое выветривание легких фракций нефти, что приводит к уменьшению токсичности нефти по отношению к почвенной и привнесенной с биопрепаратом микрофлоре. В тоже время рыхление обеспечивает равномерное распределение компонентов нефти и нефтепродуктов в почве, увеличивает поверхность контакта с микрофлорой, почвенной влагой и воздухом. Чтобы задерживающиеся на поверхности смолы и асфальтены нефти, труднодоступные микробиологическому расщеплению, не попадали в глубинные почвенные слои, рыхление следует производить без оборота пласта. При содержании нефти более 1 -5 г/кг для лучшей аэрации перемешивают (вспахивают) загрязненный слой почвы на глубину 10 -15 см (если глубина проникновения нефти не более 15 см, если больше 15 см – необходима последовательная обработка слоев почвы с их последующим срезанием). Для создания благоприятного водно-воздушного режима в очищаемые глинистые и суглинистые почвы (грунты) вносят структураторы , такие, как древесная стружка, кора, солома, опилки, песок и т. п. Для сохранения тепла в почве (особенно это важно в весенне-осенний периоды) используют растительные структураторы: древесную кору, опилки, солому, торф и др. , обладающие низкой теплопроводностью. РХТУ АЕК

После пропашки отбирают пробы почвы (грунта) для уточнения р. Н среды, концентрации нефтезагрязнений и фонового содержания основных элементов питания микроорганизмов. В случаях существенного отклонения р. Н среды от нейтрального вносят мелиоранты : в кислые почвы и грунты (р. Н менее 5, 0) вносят известь или доломитовую муку. Известь снижает также подвижность токсичных веществ, содержащихся в нефти. Для нейтрализации сильно щелочной среды, характерной для солончаков и солонцовых почв (р. Н выше 8, 0), вносят гипс. - Готовят раствор минеральной подкормки (обычно это раствор аммофоса или диаммофоса; расход при обработке почвы составляет около 10 кг диаммофоса/га) и вносят в почву (грунт) с последующим тщательным поливом за 2 -3 дня до обработки биопрепаратом. В качестве источника биогенных элементов можно использовать и органические отходы, например, отработанные пивные дрожжи, активный ил очистных сооружений (при условии содержания в иле вредных примесей, в частности, тяжелых металлов, патогенных микроорганизмов и др. ниже допустимых уровней), клеточную биомассу сине-зелёных водорослей. - Готовят рабочую суспензию биопрепарата. Клетки предварительно активируют. Для этого препарат суспендируют в минеральной среде (с аммофосом или диаммофосом) в течение 4 -18 час при температуре 26 -30 о. С при перемешивании или продувке воздухом. РХТУ АЕК

2. После подготовительных мероприятий вносят рабочий раствор биопрепарата. Проводить биообработку следует в утреннее или вечернее время, или в пасмурную погоду и сразу запахать биопрепарат в грунт поскольку высокая температура окружающей среды (свыше 40°С) и солнечная инсоляция действуют отрицательно на биопрепарат. 3. Осуществляют регулярную пропашку почвы (1 раз в 3 -4 недели). Перед пропашкой при необходимости вносят минеральную подкормку (обычно в виде раствора диаммофоса из расчета 20 -25 кг на га загрязненной почвы). Необходимость внесения и количество минеральной подкормки определяют по результатам анализа проб почвы (грунта). Контроль за содержанием питательных элементов в почве (грунте) необходимо проводить 1 раз в 3 -4 недели. Основной процесс биодеструкции протекает за 3 -4 недели, затем наблюдается медленное падение содержания компонентов нефти. При концентрации нефтезагрязнений в грунте более 5% трудно достигнуть полной очистки за 1 вегетационный период. Как правило, на это требуется 2 -3 сезона при многократной обработке, что значительно увеличивает стоимость очистки. Рентабельнее снизить концентрацию нефтезагрязнений путем внесения структураторов до 5% и провести очистку в более короткие сроки – за 1 -2 сезона. РХТУ АЕК

Технология очистки грунтов от нефти Последовательность этапов очистки: Предварительный этап – определение уровня загрязнения грунтов по глубине и по площади, инженерно-геологических, климатических условий. Технический этап – откачка нефтепродуктов с поверхности земли (1) и снятие сильнозагрязненного (степень загрязнения более 2000 - 5000 мг на 100 г почвы) грунта (2), с последующим складированием в специальные отвалы-амбары (3). Биологический этап - включает в себя рыхление почв и их аэрирование (4), внесение массы биопрепарата или предварительное выделение из почв природных микроорганизмов, наращивание их, внесение в смеси с питательной средой в почву (5) и амбары (6). Фитомелиоративный этап – включает в себя посев травосмеси (7). Время очистки загрязненной почвы от легких углеводородов составляет около 2, 5 месяцев. Степень очистки до 87 -98 %. Технология очистки сильнозагрязненных грунтов в амбарах включает в себя аэрирование (8), внесение питательной смеси с микроорганизмами (6). Время очистки составляет 8 -12 месяцев. РХТУ АЕК

Применение биопрепаратов на основе свободных клеток микроорганизмов- деструкторов для очистки водных поверхностей не очень эффективно: действующее начало после внесения тонет, а внесение биомассы и минеральной подкормки может послужить причиной эвтрофикации водоемов. Для ликвидации остаточных нефтезагрязнений на поверхности воды более эфективны биопрепараты с сорбентом. В качестве носителя используют растительные или гидрофобные материалы. Насыщенный нефтепродуктами сорбент-носитель извлекают из водоема и размещают на рекультивационной площадке с целью последующей утилизации нефтезагрязнений иммобилизованными в нем микроорганизмами. Обработку водоема проводят многократно до исчезновения радужной плёнки с зеркала воды. Параллельно с очисткой поверхности водоемы проводят очистку береговой зоны по технологической схеме очистки почвы методом on site. РХТУ АЕК

Площадка рекультивации должна состоять из следующих основных элементов: - площадка приемки и временного размещения нефтезагрязненных отходов; - участок сортировки и предварительной подготовки; - площадка для биообработки нефтезагрязненных отходов; - площадка для складирования очищенного продукта; - помещение для складирования минеральных солей, биопрепарата, структураторов; - контейнеры для размещения мусора, выбранного из поступивших отходов. Площадка рекультивации располагается на оборудованной территории в подветренной зоне и покрыта непроницаемым для нефтезагрязнений покрытием с автономным ливнестоком с уклоном к системе очистки. При этом попадание поверхностного стока с площадки исключено путем обваловки. РХТУ АЕК

В условиях России основной проблемой использования биометода для очистки загрязненных почв, грунтов, водных сред является невысокая среднегодовая температура , особенно в районах нефтедобычи, что замедляет естественные процессы самоочищения. В этих зонах время естественного самоочищения исчисляется десятилетиями, а возможно и столетиями. Низкие температуры замедляют процесс адаптации и накопления специфической аборигенной микрофлоры в местах загрязнений, что также уменьшает скорость биологического разложения нефти. В этом случае стратегия рекультивационных работ сводится к максимальному сокращению времени биоремедиации (за 1– 3 летних сезона) путем использования биопрепаратов- деструкторов нефти. Возможность повышения эффективности биологического метода связывают с получением и использованием психрофильных штаммов-деструкторов, работающих при невысоких плюсовых температурах. Другими ограничениями биотехнологических методов является низкая плавучесть микроорганизмов при ликвидации загрязнений на поверхности воды, а также недоступность загрязнения микроорганизмам при образовании труднодиспергируемых капель, плотных комков (нефти, нефтепродукта на поверхности воды, почвы при слеживании и подсыхании). В качестве вариантов повышения эффективности применения препаратов для очистки почвы разрабатываются методы, повышающие степень высвобождения нефтепродуктов , сорбированных частицами почв, например, при добавлении ПАВ. РХТУ АЕК

Для ускорения процесса деструкции нефти могут использоваться и специальные сорбенты , содержащие микроорганизмы-нефтедеструкторы, биогенные элементы, микроводоросли, цианобактерии, а также методы, обеспечивающие транспорт кислорода в загрязненной среде, например, при обработке почвы пероксидом водорода и т. п. Другое направление совершенствования биометода заключается в получении более активных биопрепаратов, и в первую очередь с использованием новых, более активных штаммов биодеструкторов, в частности, на основе генетически модифицированных бактерий. Использование для биоремедиации генетически модифицированных микроорганизмов может быть целесообразным, когда они повышают эффективность биоремедиации и спектр разлагаемых загрязнений, улучшают прогнозирование и управление ходом биоремедиации, обеспечивают (или увеличивают) устойчивость микроорганизмов к неблагоприятным для них факторам среды. РХТУ АЕК