CC BY
292
УДК 543.544
00!: 10.24411/2587-6740-2019-14068
МЕТОДЫ ОЧИЩЕНИЯ ПОЧВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ
С.Е. Германова, Н.Б. Самброс, Н.В. Петухов, Т.А. Рыжова
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» (РУДН), г. Москва, Россия
В статье рассмотрены причины загрязнения почв нефтепродуктами, их влияние на экологическую обстановку страны, структурные и физиологические изменения почв под воздействием нефтепродуктов. Также рассмотрены распространенные методы очищения почв и предложены улучшения метода электрохимического очищения почв, основанного на явлении электроосмоса. Целью исследования является разработка нового метода по очищению почв от различных видов нефтепродуктов, основанного на модернизации ранее существующих способов. В процесс работы были использованы теоретический и аналитический методы исследования. При теоретическом методе рассматривались литературные источники по существующим методам очищения грунтов, о применяемых российскими предприятиями и наиболее распространенных способах, изучалась литература по работам, связанным с грунтами в области промышленного и гражданского строительства. При аналитическом методе сделан анализ изученной литературы, подобран наиболее эффективный метод очищения, выбраны оборудование для производства работ и рабочая жидкость, с помощью которой будет проводиться очищение. Результатом исследования является разработанный метод по очищению грунтов от нефтепродуктов, заключающийся в движении рабочей жидкости через толщу загрязненного грунта под воздействием электрического постоянного тока. Исследование проводилось на территории города Москвы. По итогам исследования сделаны выводы о том, что данный метод является очень простым в устройстве и организации, дает возможность наглядно наблюдать степень очищения грунтов по составу откачиваемой смеси.
Ключевые слова: загрязнение почв, нефтепродукты, очищение почв, электрохимическое очищение, электроосмос.
На данное время на различных территориях России наблюдается превышение предельно допустимых концентраций нефтепродуктов в почвах. Такие данные характерны для более 50% городов страны, следовательно, эта проблема очень актуальна, особенно для нефтедобывающих районов. От содержания нефтепродуктов зависит загрязнение почв и их влияние на здоровье населения. Загрязнение почв также негативно влияет на водоносные горизонты. Даже небольшое содержание нефтепродуктов в грунтовых водах наносит большой вред. Содержание около 0,2-0,4 мг/л нефтепродуктов способствует образованию на поверхности воды пленки, толщиной примерно 0,4-1 мм, и специфического запаха нефти, который тяжело поддается удалению фильтрацией [1].
Большое влияние нефтепродукты оказывают на животный и растительный мир. При потреблении воды, в которой содержится 1697 мг/л нефтепродуктов, происходит острое отравление живых существ. Непригодность к жизни растений и микрофлоры оказывает всего 2 г нефтепродуктов в 1 кг грунтов. Для сравнения: 1 л нефтепродуктов загрязняет и лишает доступа к кислороду 40 тыс. л воды, 1 т нефтепродуктов, попавших в воду, распределяется на 12 км2 водной поверхности.
Накопленные в верхних слоях грунтов токсичные и канцерогенные элементы нефтепродуктов при жаркой и сухой погоде испаряются и возвращаются обратно с дождем, вызывая повторное загрязнение. Длительное накопление нефтепродуктов в почве приводит к их глубокому прониканию, они загрязняют все слои грунтов и проникают в подземные воды. Такое загрязнение негативно сказывается на газовом обмене животного мира. Там, где происходит постоянное загрязнение грунтов нефтепро-
дуктами, при достаточно большой их концентрации, происходит образование газовых облаков. При их соединении с воздушной массой образуются легковоспламеняемые соединения, которые способны быстро взорваться [2].
Процессы переработки нефтепродуктов сопровождаются различными потерями, связанными с производством, хранением, транспортировкой и переливом с транспорта в стационарные емкости предприятий. Эти проблемы заключаются в несовершенствах технологий производства небольших заводов, дефектах тар для хранения нефтепродуктов и емкостей транспортных средств, повреждениях и не герметичности систем перекачки как с резервуаров тягачей, так и со стационарных емкостей. Все эти потери приводят к попаданию нефтепродуктов в почву и ее загрязнению [3].
Длительное нахождение нефтепродуктов в грунтах приводит к серьезным изменениям их структуры и химического состава. Так, в гумусовом слое грунтов увеличивается содержание углерода, что негативно влияет на растения. Ввиду наличия в нефтепродуктах гидрофобных частиц, препятствующих доступу воды к корням, у растений возникают физиологические изменения.
Серьезные изменения наблюдаются в микробиогеоценозе почв. Происходит увеличение количества и активности микроорганизмов после кратковременного торможения всех их химических реакций. Формируется неустойчивое состояние абсолютно всех микроорганизмов, присутствующих в грунте. Увеличивается количество содержащихся в почве нефтеокисляющих микроорганизмов по сравнению с их количеством до загрязнения [4].
Происходит остановка фотосинтетических процессов растений, снижаются темпы роста
МЕЖДУНАРОДНЫЙ
почвенных водорослей. Большое значение имеет количество попавших в грунты нефтепродуктов: это могут быть, например, небольшие изменения в росте растений, или же замена одного вида растений другим, вплоть до гибели одного или всех видов растений на загрязненных территориях.
Нефтепродукты можно разделить на 2 группы: легкие и тяжелые. Нефтепродукты, относящиеся к группе легких, очень быстро разлагаются и испаряются из грунтов, а также без труда вымываются из почвы грунтовыми водами. В итоге происходит удаление из грунтов около 20-40% этих нефтепродуктов. Такие свойства зависят от содержащегося в них в большой концентрации бензина, а он оказывает на почвы токсичное действие.
Нефтепродукты, относящиеся к группе тяжелых, оказывают на почвы более пагубное действие. Они очень вязки, а при попадании в грунты, где затруднены процессы по очищению грунтов, с большой долей вероятности образуют устойчивое место для загрязнения. Тяжелые нефтепродукты влияют на происходящие в грунтах водно-физические процессы. За счет содержащихся в них различных смолистых частиц, элементы тяжелых металлов и ас-фальтены проникают в грунт и закрывают все поры, лишая их доступа к кислороду. Особенно негативное и опасное влияние оказывают на почвы парафиновые нефтепродукты: они, имея низкую температуру застывания, цементируют собой все имеющиеся в почве поры и полностью останавливают влагообменные процессы. Тяжелые нефтепродукты оказывают на грунты сильное токсичное действие.
Выбор метода по очищению почв от нефтепродуктов зависит от их физико-химического состава, территориального расположения места загрязнения, природных условий и т.д.
- 63
ЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (370) / 2019
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Самым востребованным и простым является механический метод. Данный способ заключается в механизированном удалении верхнего слоя грунта с дальнейшим нанесением торфа, как материала, имеющего высокие сорбционные качества. Недостатком данного метода является то, что необходимо выполнить дополнительную операцию — посадку деревьев [5].
Успешным методом очищения почв от нефтепродуктов в России является использование бактериального средства «Путидойл» (производства России), созданного на основе штамма углеводородокислящих микроорганизмов. Способ основан на обработке загрязненных нефтепродуктами территорий. Данный метод применялся при очистке острова Колгуев, где произошла авария танкера, перевозившего дизельное топливо. Продукт «Дево-ройл» (производства России) применяется в основном на предприятиях железнодорожного назначения. Главным источником борьбы с нефтепродуктами здесь являются углеводо-родокислящие микроорганизмы и введенные различные добавки, способствующие разрушению соединений нефтепродуктов.
Преимуществами данного метода являются: отсутствие токсичности, широкий спектр действия на различные виды нефтепродуктов, возможность использования в небольших количествах. Очищение данным способом происходит в течение 2-3 месяцев. За это время в зависимости от благоприятных условий, таких как изначальная степень загрязнения грунтов, тип попавшего в грунты нефтепродукта и состав почвы, уровень очищения может достигать 95%.
Для очищения грунтов от нефтепродуктов также используется метод сжигания. Принцип данного метода заключается в механическом сжигании загрязнений с поверхности почвы. Метод имеет много негативных последствий: происходит повторное загрязнение грунтов образовавшимися продуктами неполного горения углеводородов, выгорание растений, семян, органических составляющих почвы. Способ сжигания используется только в крайних случаях, когда возникает серьезная угроза экологии в результате аварий и больших разливов нефтепродуктов.
Эффективным методом по очистке грунтов от нефтепродуктов является ультразвуковой метод. При воздействии на загрязненную почву ультразвуком происходит разрушение связей между частицами нефтепродуктов и почвы,
активизируются процессы окисления и разрушения углеводородов. Очистка грунтов данным методом достигает 99-99,5%.
Также применяются физико-химические способы очистки, основанные на обработке грунтов подогретыми водными растворами с содержанием ПАВ или других реагентов. В результате таких действий происходит образование твердого продукта, удерживающего нефтепродукты в виде комплексных соединений.
Еще одним распространенным методом является электрохимическая обработка грунтов. Технология данного способа представляет собой погружение в загрязненные грунты электродов, через которые проходит постоянный электрический ток. Под воздействием тока, вместе с частицами воды, нефтепродукты перемещаются к электродам и остаются на них. После этого электроды вынимают.
Предлагается улучшить уже имеющийся метод очищения грунтов от нефтепродуктов. Новшество заключается в применении электрического очищения почв с использованием различных химических добавок. Суть метода, как говорилось выше, заключается в том, что через толщу загрязненных грунтов происходит пропускание постоянного электрического тока. Так как в порах почв, в большинстве случаях, находится достаточная концентрация водных растворов солей, они обладают хорошей электропроводностью.
В грунт погружают электроды, подключают их к источникам постоянного тока и при подаче напряжения происходит движение водных растворов, находящихся в грунтах, которые разрушают связи между частицами почв и нефтепродуктами и перемещают их к электроду, подключенному к отрицательному (катоду) полюсу источника питания. В результате этого происходит перемещение нефтепродуктов и скопление их на отрицательном электроде, после чего можно его извлекать [6].
Изначально метод подразумевает использование простых электродов. Изменение заключается в изменении строения самих электродов с использованием, для более качественного очищения почв от нефтепродуктов, растворов водных солей. Метод основан на явлении электроосмоса. Предлагается использование инъекторов, представляющих собой стальные цельнотянутые трубы небольших диаметров, около 19-38 мм и толщиной металла 5 мм, которые также погружают в грунты на необходимую глубину, подключают их к насосам и разнополюсовым (аноду и катоду) источни-
кам питания. Выбор насоса будет зависеть от необходимого объема раствора солей, вида и степени загрязнения грунта.
Особенностью метода является забивание в почвы, чередуя через ряд, металлических труб, подключенных к разным полюсам источников питания. Также немаловажной особенностью является подача насосами в трубы, подключенные к положительному полюсу, растворов водных солей, которые будут усиливать прохождение данных растворов через грунт с очищением частиц грунта от нефтепродуктов и миграцию их к отрицательному полюсу. После этого данная смесь будет откачиваться через трубу в установленные стационарные или передвижные емкости.
Данный метод является очень простым в устройстве и организации, дает возможность наглядно наблюдать степень очищения грунтов по составу откачиваемой смеси.
Проблема загрязнения почв нефтепродуктами не должна оставаться без внимания. Для ее решения нужно привлекать общественность и руководителей промышленных предприятий к уменьшению загрязнения почв нефтепродуктами, повышать информированность граждан о существующей проблеме и ответственности за воздействие на окружающую среду. Анализ и очистка почв должны носит систематизированный характер и быть под особым контролем.
Литература
1. Трофимов С.Я., Амосова Я.М., Орлов Д.С. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнений на почвы // Почвоведение. 2000. № 2. С. 30-33.
2. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. СПб.: Анатолия, 2000. 250 с.
3. Куликов О.В. Техногенные загрязнения нефтепродуктами почв и водных объектов // Бурение и нефть. 2002. № 12. С. 24-27.
4. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Татосян М.Л. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2006. № 5. С. 616-620.
5. Логинов О.Н. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений. Уфа: Реактив, 2000. 100 с.
6. Теличенко В.И., Терентьев О.М., Лапидус А.А. Технология строительных процессов. В 2 ч. Ч. 1: учебник для строительных вузов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2005. 392 с.
Об авторах:
Германова Светлана Евгеньевна, старший преподаватель департамента техносферной безопасности Аграрно-технологического института РУДН, дегтапоуа_$е@р1гиг.г
Самброс Наталия Борисовна, старший преподаватель департамента техносферной безопасности Аграрно-технологического института РУДН, sambros-nb@rudn.ru
Петухов Николай Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент департамента техносферной безопасности Аграрно-технологического института РУДН, petukhov-nv@rudn.ru
Рыжова Татьяна Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент Института физических исследований и технологий факультета физико-математических и естественных наук РУДН, t.ryzhova14@yandex.ru
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 4 (Э70) / 2019
www.mshj.ru
METHODS FOR CLEANING SOILS FROM PETROLEUM PRODUCTS
S.E. Germanova, N.B. Sambros, N.V. Petukhov, T.A. Ryzhova
Peoples' friendship university of Russia (RUDN university), Moscow, Russia
This article discusses the causes of soil contamination with oil products, their impact on the ecological situation of the country, structural and physiological changes in the soil under the influence of oil products, discusses common methods of soil purification and suggests improving the method of electrochemical soil purification based on electroosmosis phenomenon. The aim of the study is to develop a new method for the purification of soil from various types of petroleum products, based on the modernization of previously existing methods. In the process of work were used theoretical and analytical research methods. In the theoretical method, literary sources on the existing methods of soil cleaning, on the applied and most common methods by Russian enterprises were considered, literature on works related to soils in the field of industrial and civil construction was studied. In the analytical method, the analysis of the studied literature was carried out, the most effective purification method was selected, equipment for the work was selected, and the working fluid to be cleaned was selected. The result of the study is a developed method for the purification of soils from oil products, concluded in the movement of working fluid through the thickness of contaminated soil, under the influence of an electric direct current. The study was conducted in the territory of Moscow. According to the results of the study, the conclusions were made that this method is very simple in structure and organization, it makes it possible to visually observe the degree of soil cleansing according to the composition of the pumped mixture. Keywords: pollution of soils, oil products, clarification of soils, electrochemical clarification, electroosmosis.
References
1. Trofimov S.Ya., Amosova Ya.M., Orlov D.S. Influence of oil soil cover and the problem of creating a regulatory framework for the impact of oil pollution on the soil. Poch-vovedenie = Soil science. 2000. No. 2. Pp. 30-33.
2. Drugov Yu.S., Rodin A.A. Environmental analyses for oil spills and petroleum products. Saint-Petersburg: Ana-toliya, 2000. 250 p.
About the authors:
3. KulikovOV.Technogenic pollution by oil products of soils and water bodies. Burenie i neft = Drilling and oil 2002. No. 12. Pp. 24-27.
4. Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh., Tatosyan M.L Influence of oil and oil products pollution on the biological state of ordinary chernozem. Pochvovedenie = Soil science. 2006. No. 5. Pp. 616-620.
5. Loginov O.N. Biotechnological methods of environmental purification from technogenic pollution. Ufa: Reagent, 2000. 100 p.
6. Telichenko V.I., Terentev O.M., Lapidus A.A. Technology of construction processes. In 2 parts. Part 1: textbook for construction universities. 2nd edition, revised and expanded. Moscow: Vysshaya shkola, 2005. 392 p.
Svetlana E. Germanova, senior lecturer of the department of technosphere safety of Agrarian and technological institute of RUDN university, germanova_se@pfur.r Natalia B. Sambros, senior lecturer of the department of technosphere safety of Agrarian and technological institute of RUDN university, sambros-nb@rudn.ru Nikolai V. Petukhov, candidate of agricultural sciences, associate professor of the department of technosphere safety of Agrarian and technological institute of RUDN university, petukhov-nv@rudn.ru
Tatyana A. Ryzhova, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor of the Institute of physical research and technology of faculty of physical, mathematical and natural sciences of RUDN university, t.ryzhova14@yandex.ru
germanova_se@pfur.r
w
плоды и овощи
ХРАНЕНИЕ. ЛОГИСТИКА, СБЫТ
INTERNATIONAL FORUM
FRUIT AND VEGETABLES OF RUSSIA 2019:
STORAGE, LOGISTICS, SALES
SEPTEMBER 20 / KRASNODAR / INTOURIST HOTEL
il I 'J |l
Forum Organizer
• State support for vegetable growing of open and closed ground.
• Import and export of vegetable products.
• Presale processing and packaging of vegetable products.
• Growing and feeding systems for gardens: technology, technique, agrochemistry.
• Russian vegetable growing of open and closed ground.
• Fruit and vegetables storage and presale preparation technologies, for effective sales.
• Warehouse and production logistics.
• Machines and equipment for storage and transportation.
• Distribution infrastructure of fruit and vegetables. How to implement?
• Opportunities for cooperation between fruit and vegetable manufacturers and retail networks.
AUDIENCE OF FORUM
Heads of leading agroholdings and agricultural enterprises, fruit and vegetable companies, greenhouses. Directors of enterprises for the processing and storage of fruit and vegetables, the first persons of the largest agroparks and wholesale distribution centers, experts in Agrologistics, representatives of the largest trade networks, national unions and associations, investment companies, banks, government officials.
Tel.: +7 (909) 450-39-02 Tel.: +7 (988)248-47-17 e-mail: event@agbz.ru Registration on the site: events.agbz.ru
- 65
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (370) / 2019
