CC BY
67
УДК 628.516:552.578.2 Л. О. ШТРИПЛИНГ Щ
В. В. ТОКАРЕВ И Ю. А. КРАУС С. В. БЕЛЬКОВА
Омский государственный технический университет
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗАМАЗУЧЕННЫХ ГРУНТОВ ПОСЛЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА РЕАГЕНТНОГО КАПСУЛИРОВАНИЯ
Рассмотрена возможность применения метода фиторемедиации для рекультивации земель после преодоления последствий аварийных розливов нефтепродкутов методом реагентного капсулирования. В работе показана эффективность предлагаемого метода при хранении капсулированного отхода в течение первых трех лет хранения.
Ключевые слова: защита окружающей среды, фиторемедиация, реагентное кап-сулирование.
Одним из эффективных методов оперативного устранения последствий нефтяного загрязнения почвы является метод реагентного капсулирования [1]. Суть метода заключается в переводе нефтезагряз-ненного шлама, имеющего 3-й класс опасности, в мелкодисперсные, твердые, биологически инертные капсулированные гидрофобизированные образования с высокой степенью иммобилизации загрязняющих веществ в отход 4-го и, при некоторых условиях, даже 5-го классов опасности.
Достоинствами метода являются: доступные и недорогие реагенты на основе щелочных материалов, простота технологии реализации метода, непродолжительный процесс капсулирования. Исследования, проводимые с капсулами [2], показали практически полное отсутствие негативного влияния образовавшихся капсул на компоненты окружающей среды и устойчивость конечного продукта по отношению к природным факторам среды длительный период времени. Механических разрушений капсул при длительном хранении на полигоне не наблюдается, в том числе и при контакте с водой. Длительное хранение капсулированного материала в условиях Крайнего Севера при значительных колебаниях температур не приводят к деструкции гранул кап-сулированной нефти и к выходу ее в окружающую среду. Реальные кислотные дожди с содержанием серной и азотной кислот до 1% масс в месте контакта с капсулированным материалом не вызывают его разрушения. Более того, с течением времени происходит упрочнение оболочки капсул.
Однако после проведения процедуры обезвреживания загрязненной территории возникает необходимость размещения капсулированного материала на длительное хранение до решения непростого вопроса о его утилизации, что не всегда устраивает владельца отхода.
Целью настоящего исследования явился анализ возможности рекультивации мест размещения кап-сулированных нефтешламов биологическими методами.
Из биологических нами был выбран метод фиторемедиации. Известно, что посев многолетних трав с разветвленной корневой системой способствует ускорению разложения углеводородов. Положительное воздействие посевов сельскохозяйственных растений объясняется тем, что своей корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают почву азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой в почву в процессе жизнедеятельности растений. Все это стимулирует рост микроорганизмов и соответственно интенсифицирует разложение нефти и нефтепродуктов.
Немаловажным при выборе метода было то, что фиторемедиация способствует сохранению и улучшению окружающей среды, поскольку, связана с выращиванием растений, улучшением почв и защитой их от эрозии и, на наш взгляд, это наиболее эстетичная технология очистки почвы.
Ситуация усугубляется тем, что упрочнение, с течением времени, капсулированного нефтешлама связано с упрочнением карбонатной оболочки капсул, что, в свою очередь, является причиной повышения показателя рН полученного отхода.
Для анализа эффективности применения метода фиторемедиации в зависимости от срока хранения капсул были выбраны капсулированные нефтешла-мы разных сроков их хранения: 3 года, 6 лет и 9 лет. Значения рН капсулированных нефтешламов приведены в табл. 1.
Все полученные образцы капсулированных нефтешламов имеют щелочную реакцию среды. Как
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012
*
Таблица 1
Значения рН капсулированных нефтешламов
Капсулированные нефтешламы Значения рН
3 года (обозначение в эксперименте 1) 8,9
6 лет (обозначение 2) 12,1
9 лет (обозначение 3) 12,7
Таблица 2
Кислотность смеси капсул с биопочвой
известно, показатель pH является важным параметром, поскольку он характеризует: доступность питательных веществ, макро- и микроэлементов; растворимость токсичных веществ; микробиологическую активность почвы; развитие и функционирование клеток корней растений; катионнообменную емкость почв.
Большинство растений хорошо развиваются при нейтральной или слабокислой реакции почвы (диапазон pH 6,0 — 7,0). Повышенная щелочность (рН>8,4) приводит к разрушению коллоидной части почвы, её структуры и ухудшению физических свойств, водно-воздушного и питательных режимов, оказывает своё влияние на растворимость или доступность определённых питательных веществ.
Т.е. при формальном подходе метод фиторемедиации в данном случае неприменим, поскольку минимальная кислотность капсулированного материала рН составляет 8,9.
На первом этапе для снижения щелочных свойств отхода капсулы смешивались в разных пропорциях с биопочвой, в качестве которой был взят питательный грунт на основе торфа с биогумусом, производимым путем переработки навоза. Биопочва содержала набор питательных веществ, необходимых для нормального роста и развития растений: азота общего — 0,8%, фосфора — 1,0 %, калия —
0,6%, органического вещества не менее 40%.Кислот-ность биопочвы составляла рН 6,6.
Капсулированный материал смешивался с биопочвой в соотношениях 1/3 биопочвы и 2/3 капсулированного материала (второй индекс в обозначении образца 1); поровну 0,5/0,5 (индекс 2) и 2/3 биопочвы к 1/3 капсулированного материала (индекс 3)
соответственно. Смешивание позволило снизить показатель рН в диапазон 7,9 — 8,2 для трехлетних капсул; 10,3—12,1 — шестилетних; 12,4—12,6 — девятилетних (табл. 2).
На втором этапе исследовалось влияние растений на изменение свойств смеси. Исследования проводились в специализированной лаборатории, обеспечивающей нормальные климатические условия для роста растений.
Для эксперимента использовали смесь газонных трав «Универсал». Состав: 30% райграс многолетний; 50% овсяница красная; 15% овсяница красная измененная; 5% мятлик луговой. Норма высева 30 г на 1 кв. м.
Во все подготовленные образцы высаживали равное количество семян смеси газонных трав.
Для измерения кислотности рН грунта использовался иономер-кондуктометр АНИ0Н-4100.
Через 3 дня после посадки во всех трех образцах смеси трехлетнего капсулированного материала с биопочвой (образцы № 1.1, 1.2, 1.3) взошли ростки травы равномерно по всей площади.
В образцах шестилетнего грунта уже наблюдалось плохое смачивание почвы. Через 6 дней после посадки взошли первые всходы в образце № 2.3 (соотношение содержания биопочва/капсулы 2/3 к 1/3) , через 7 дней в образце № 2.2 (0,5/0,5) и через 9 дней в образце № 2.1 (1/3 к 2/3).
При поливе образцов с девятилетним грунтом (образцы № 3.1, 3.2, 3.3) вода собиралась на поверхности и застаивалась, не проникая в почву. В результате, лишь через 14 дней после посадки взошли единичные ростки в образце № 3.3 (соотношение содержания биопочва/капсулы 2/3 к 1/3). В образцах № 3.1, 3.2 семена не проросли вообще.
Через две недели наблюдений мы имели следующие результаты, представленные на рис. 1, 2.
В смеси девятилетних капсул — без изменений.
Окончательные результаты 2-месячного эксперимента представлены на рис. 3 — 5, а результаты изменения кислотности почвенной смеси в табл. 2.
По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы.
Поскольку уровень кислотности смеси в образцах с трехлетними капсулами с самого начала входил в допустимый диапазон выживаемости растений во всех трех образцах № 1.1, 1.2, 1.3 трава интенсивно росла и развивалась без аномалий. Это означает, что смесь обладает необходимыми фильтрационными и перколяционными характеристиками.
Более того, в эксперименте происходил процесс дальнейшего снижения щелочных свойств смеси.
В образцах с шестилетним и девятилетним кап-сулированным нефтешламом наблюдалась сильная щелочность (рН>10). Такие значения рН опасны для растений. Фильтрация и перколяция чрезвычайно затруднены, растениям не доступны многие жизненно необходимые микроэлементы. Поэтому в этих образцах растения находились в угнетенном состоянии, трава росла медленно, не вышла в полный рост, а потом и вовсе погибла.
Это означает, что применение метода фиторемедиации в капсулированных нефтешламах старше трех лет пока не может быть рекомендован из-за ухудшений физических условий необходимых для нормального роста и развития растений.
В эксперименте отмечается резкое снижение щелочных свойств смеси, что требует дополнительных исследований для выяснения последствий этого явления.
Процентное содержание биопочвы в смеси
33% (1/3) 50% (1/2) 66 (2/3)
Срок хранения капсулированного материала 3 года
Образец 1.1. Образец 1.2. Образец 1.3.
До эксперимента 8,2 8,0 7,9
После эксперимента 8,0 7,9 7,8
Срок хранения капсулированного материала 6 лет
Образец 2.1. Образец 2.2. Образец 2.3.
До эксперимента 12,1 11,2 10,3
После эксперимента 9,1 8,8 8,5
Срок хранения капсулированного материала 9 лет
Образец 3.1. Образец 3.2. Образец 3.3.
До эксперимента 12,6 12,5 12.4
После эксперимента 12,5 12,4 10,1
Рис. 3. Смесь трехлетних капсул с биопочвой через 2 месяца после посадки
Выводы.
1. Применение метода фиторемедиации к кап-сулированным нефтешламам возрастом до трех лет по всем исследуемым параметрам оказалось весьма эффективным. Корневая система растений способствует усилению газообмена слоев почвы и воды и способствует развитию нефтеокисляющей микробиоты в естественной среде. За счет биологически активных корневых выделений значительно усиливается эффективность работы микроорганизмов.
2.В трехлетних образцах грунта подобранные пропорции смешивания с биопочвой 1/3, 1/2, 2/3 показали равные положительные результаты. Поэтому, исходя из экономических соображений, наиболее оптимально использование 1/3 части биопочвы.
3. Применение рекультивации для мест хранения капсулированных нефтешламов старше трех лет методом фиторемедиации неэффективно.
Библиографический список
1. Реагентное обезвреживание отходов нефтегазовой промышленности / Ю. М. Гержберг [и др.] // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 2003. — № 3(50). — С. 72-77.
2. Исследование устойчивости органоминерального материала «Прекан» под воздействием природных факторов и
Рис. 5. Смесь девятилетних капсул с биопочвой через 2 месяца после посадки
оценка его влияния на окружающую среду / Ю. М. Гержберт [и др.] // Защита окуржающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2009. - № 2. - С. 30-33.
ШТРИПЛИНГ Лев Оттович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность». ТОКАРЕВ Владимир Васильевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Нефтегазовое дело».
КРАУС Юрий Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Нефтегазовое дело». БЕЛЬКОВА Софья Валентиновна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность».
Адрес для переписки: e-mail: losht59@mail.ru
Статья поступила в редакцию 19.09.2012 г.
© Л. О. Штриплинг, В. В. Токарев, Ю. А. Краус, С. В. Белькова
