Тема 15 Очистка загрязненных сред от нефти и

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

Нефть и нефтепродукты. Выделяют: легкую (Tкип. < 200 °С), среднюю и тяжелые фракции; метановые углеводороды, включая твердые парафины, циклические углеводороды, смолы и асфальтены, сернистые соединения. Алканы Циклоалканы Гексадекан Циклогексан 2 -Метилтетрадекан 1 -Метилциклопентан Пристан (2, 6, 10, 14 -тетраметилпентадекан) Алкены Октен Этилциклогексан РХТУ АЕК

Ароматические Смешанные циклоалифатические NSO-соединения ароматические соединения Толуол 1, 2 -Диметилнафталин Фенантрен Бенз(а)пирен Бензоциклогексан Индан Флуорен Пиридин Дибензотиофен Пальмитиновая кислота о-Крезол 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 налканы, 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. Содежание 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 нефтедеструкторов 50– 80%. влаги в почве для микроорганизмов- 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 микроорганизмовнефтедеструкторов. 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 Термический Экстракция Паровая отгонка Отгонка горячим воздухом Химическое окисление Контроль грунтовых вод Затопление Адсорбция Экстракция детергентами Иммобилизация Принцип очистки Используемая техника Удаление и деструкция углеводородов Удаление углеводородов в раствор Вращение трубчатой печи; печь с кипящим слоем; инсинераторы Перколяционные башни; скрубберные башни; кипящий слой Удаление летучих соединений Изменение поллютанта до легко удаляемого Прокачка водных горизонтов для прекращения течения Вращающийся барабан; in situ In situ; реакционные камеры Поднятие углеводородов до поверхности наверху водяного столба Грунтовые воды, прокаченные через активный уголь Изъятие почвы или промывка почвы in situ с сурфактантом Связывание углеводородов in situ Прокачка с/без физического удержива-ния; прямое удаление соединений на воде Примечания Требуется изъятие почвы; обработка только верхних слоев; выходящий газ должен быть обработан; дорогой метод. Требуется изъятие почвы; обработка только верхних слоев; экстракт должен быть складирован; эффективность неизвестна; углеводороды могут быть связаны с почвами; очень дорогой метод. Только для летучих соединений; применим для подпочвенных слоев; пар должен быть обработан. Только для летучих соединений; применим для подпочвенных слоев. Нет информации для углеводородов Предотвращает миграцию углеводородов; нет удаления соединений в ненасыщенной зоне; эффективен; полезен для предотвращения распространения загрязнений в течение биообработки; широко используется. Риск распространения загрязнения; неэффективен. Дорогой; отходы требуют складирования; эффективность неизвестна. Эффективность неизвестна; дорогой Химическое связывание; отвердение почвы Дорогой; не достаточно проверен; не удаляет 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 нефтепродуктами ликвидации загрязнения нефтью и 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 физиологобиохимическими 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 штаммовбиодеструкторов 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, санитарногигиенических 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 N п/п Препарат Действующее начало 1. Путидойл (разработка Зап. Сиб-НИГНИ, г. Тюмень) Pseudomonas putida 2. Деворойл (ИНМИ РАН, НПП "Биотехинвест") ассоциация бактерий и дрожжей, включающая липофильные и гидрофильные штаммы, с различным оптимумом p. H и высокой осмофильностью (до 120 г/л Na. Cl), медленнорастущие и быстрорастущие (Rhodococcus sp. - 3 штамма, Alcaligenes sp. , Jarrowia lipolytica) Условия работы to. C +10 - +35, p. H 6, 0 -8, 0 концентрация загрязнений в почве не более 10% при глубине проникновения не более 15 см; в воде не выше 20 г/л, толщина пленки нефти до 10 мм. to. C +5 - +40, p. H 4, 5 -9, 5 загрязнение до 20 кг/м 2 поверхности почвы; окисляют н-алканы С 9 -С 30, ароматические соединения фенол, крезол, пирокатехин и др. Нормы расхода Срок очистки в оптималь-ных условиях 3 -15 кг/га почвы, 3 -5 г/м 3 грунта, 2 -8 г/м 3 загрязн. емкости, 2 -5 кг/га водной поверхн. 1 -2 мес. 2 -3 нед. на спец. площад-ках 5 -10 дн. В емкости 5 -10 кг/га почвы, 1 кг/га поверхности водоема 1 -2 мес. РХТУ АЕК

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

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

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

Подбор и комиссионная оценка по эффективности, доступности, стоимости Оптимизация условий выращивания и подбор субстрата Получение биопрепарата в промышленных условиях: - выращивание посевного материала; - ферментация; - концентрирование суспензии (сепарация, микрофильтрация); - сушка (лиофильная, распылительная) Получение разрешения, сертификата на использование биопрепарата Добавки, наполнители и др. Хранение, доставка на место обработки Предварительная очистка: физическими, механическими, физ. -хим. , агротехническими методами Создание условий для работы микроорганизмов и биодеструкции Активизация микроорганизмов биопрепарата Обработка загрязненной среды биопрепаратом Рекультивационные мероприятия Оценка качества очистки Утилизация, обезвреживание отходов 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 20005000 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 микроорганизмовдеструкторов 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 биопрепаратовдеструкторов 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