CC BY
75
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 504.062.4
РАЗРАБОТКА МЕЛИОРАНТА НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОГО МИНЕРАЛА ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА, ЗАГРЯЗНЕННОГО НЕФТЕПРОДУКТАМИ, В УСЛОВИЯХ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
А.С. Овчинников, член-корреспондент РАСХН А.В. Карпов, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет В.В. Бородычев, член-корреспондент РАСХН Всероссийского НИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова
Н.В. Колодницкая, кандидат технических наук Волгоградский государственный технический университет
Работа посвящена рекультивации нефтезагрязненных земель территории полигона ТПО Волгоградского нефтеперерабатывающего завода. Проведен физико-химический анализ проб почвы исследуемой местности. Создан биологический препарат, обладающий свойствами, способными улучшить экологическое состояние деградированных почв.
Ключевые слова: мелиорант, нефтепродукты, восстановление земель, деструкция, территория полигона промышленных отходов.
По оценкам специалистов в мире ежегодно добывается 2 млрд 500 млн тонн нефти, при этом около 45-50 млн т. нефти, или примерно 2 % теряется, половина из которой попадает на сушу. Земли загрязняются при добыче нефти, транспортировке ее и ее продуктов, переработке, хранении, заправке машин топливом, в результате аварий, утечек, испарений [6].
Последствия воздействия на природную среду в результате нефтяных загрязнений приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в результате
хозяйственной и иной деятельности [2, с. 22]
Год Источник загрязнения Площадь загрязнения земель, га Количество нефти и нефтепродуктов, т Рекультивировано земель, га
1998-2000 Всего 4191,8 53241,2 830,7
2001 Всего, в том числе: 3577,6 5409,8 273,2
добывающие предприятия 2435,8 1777,2 261,3
Магистральные трубопроводы 663,3 315,1 5,2
нефтеперерабатывающие предприятия 0,2 0,6 0,2
предприятия переработки и потребления 53,2 2108,6 6
прочие 425,1 1208,3 0,5
Иными словами, в год потеряно нефтепродуктов на хозяйственных базах от 120 до 690 тыс. тонн, следовательно, что представляет большую экологическую опасность, так как создает мелкоочаговое, но практически равномерное загрязнение обжитых районов страны. Нефть и нефтепродукты являются одними из основных загрязнителей окружающей среды и, в первую очередь, почвы [4]. Поэтому очень важно принять неотложные меры по всемерному сокращению потерь нефтепродуктов, а также по очистке загрязненных территорий.
Основная цель научно-исследовательской работы заключается в биоремедиации нефтезагрязненных земель территории полигона Волгоградского нефтеперерабатывающего завода.
Для решения поставленной цели авторами решались следующие задачи:
- оценка физико-химических свойств исследуемого почвенного покрова;
- разработка препарата на основе природного минерала и технологии его применения;
- оценка эффективности биоремедиации нефтезагрязненных земель;
- теоретический анализ процесса биодеструкции углеводородов, аккумулированных в почве.
Объектом исследований являлся почвенный покров территории полигона твердых промышленных отходов Волгоградского нефтеперерабатывающего завода. Обзорная схема района работ приведена на рисунке 1.
^ — + - граница СЗЗ
Рисунок 1 - Схема расположения территории полигона ТПО (место проведения исследований)
Согласно физико-географическому районированию, территория полигона ТПО расположена в зоне сухих степей на границе их перехода в полупустыни. Распространены солонцовые и солончаковые почвы правобережья Волги. Тип химизма почвы
преимущественно сульфатный. Средневзвешенная величина плотного остатка водной вытяжки 0,4^0,7 %, подвижного калия 200-400 мг/кг почвы, фосфора от 16 до 45 мг/кг почвы.
В ходе проведения научно-исследовательских работ были получены результаты оценки физико-химического анализа проб почвы на территориях контрольного участка и полигона ТПО предприятия (рис. 2).
концентрация н/п, мг/кг
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
У8,5/8,2/
/2,5/5,5^
pH влажность, % общэе солесод. нефтепродукты,
мг/кг мг/кг
физико-химические показатели проб почвы
□ контроль
□ территория полигона ТПО
Рисунок 2 - Результаты физико-химического анализа проб почвы
Полученные данные свидетельствуют о том, что уровень загрязнения почвы нефтепродуктами на территории полигона ТПО Волгоградского нефтеперерабатывающего завода достаточно высок.
Следовательно, требуются экологически безопасные технологии, ориентированные на использование природных компонентов. Приоритетный способ рекультивации нефтезагрязненных почв - использование биодеструкторов. Их эффективность обеспечивается активностью микроорганизмов по отношению к углеводородам в условиях хорошей аэрации, благоприятного водного, температурного (5-30 °С) и питательного режима почв. Компонентами естественного происхождения разработанного авторами мелиоранта являются: природный минерал (вермикулит) - 75-95 %; сапропель - 3,011,78 %; вода - 3,2-11,36 %; мочевина - 0,1-0,5 %; янтарная кислота - 0,01-0,05 %. Основная доля в препарате приходится на вермикулит.
Вермикулит - это экологически чистый минерал из группы гидрослюд, который образуется в земной коре. После обработки при температуре 800-1000 0С он превращается в сыпучий чешуйчатый материал. Благодаря содержанию оксидов таких микроэлементов как кальций, магний, калий, алюминий, железо, кремний - вермикулит является эффективным биостимулятором роста растений. Обладая высокими сорбционными и аэрационными свойствами, вермикулит является отличным регулятором воздушно-влажностного режима, положительно влияющего на развитие корневой системы. Он не токсичен, не подвержен гниению, препятствует распространению плесени, без запаха. Химический состав вермикулита представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав природного минерала (вермикулита)
Химический состав SiO2 AL20з MgO CaO ^0 Fe2Oз
Процентный состав 34-36 6-18 14-25 1,2-2 3-5 5,6-17
В силу вышеизложенных характеристик, вермикулит эффективно применяется для охраны окружающей среды - сбор разливов нефтепродуктов.
Разработанный препарат (мелиорант) для биоремедиации нефтезагрязненной почвы поверхностно машинным способом наносится на рекультивируемую поверхность.
Для равномерного распределения препарата верхний слой почвы на глубину до
0,25...0,30 м фрезеруют культиваторами, либо перепахивают роторными или дисковыми плугами [3, 5].
В ходе проведения натурных исследований по применению мелиоранта на основе вермикулита для восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами, были получены положительные результаты (рис. 3).
□ скорость биодеструкции углеводородов нефти, мг/кг в сутки
□ концентрация нефтепродуктов в почве, мг/кг
0 500 1000 1500 2000
концентрация н/п, мг/кг
Рисунок 3 - Результаты оценки эффективности биоремедиации нефтезагрязненных земель
Необходимо отметить, что процесс деструкции углеводородов нефти в верхнем слое почвы глубиной до 0,25 м протекал со скоростью в 50,06 мг/кг в сутки. В течение месяца уровень загрязнения почвы нефтепродуктами снизился на 96,3 %.
Для теоретического объяснения происходящих процессов в почве при использовании биопрепарата со свойствами мелиоранта для восстановления почвы, мы воспользовались технологической схемой процесса биоремедиации нефтезагрязненной почвы, подтвердившей наши результаты экспериментальных исследований.
В процессах биодеструкции углеводородов нефти важную роль играют многие группы микроорганизмов, содержащихся в сапропеле и обладающих способностью использовать нефть и нефтепродукты в качестве единственного источника углеродного питания (рис. 4) [1].
30
24
| 18 к
2 12 о 12
а.
т
со 0^0 -Г!
117,3 □ 68,6
=Ш3Ї972,6
151 496
—1126,2
ІШШІШ 1802
11559,3
под ъемных вод скважины
Поры углеводородов Растворенным нефтепродукт СйОбвЛЛый НСфТСПрОД> КТ
Рисунок 4 - Технологическая схема процесса биоремедиации нефтезагрязненной почвы [7]
Конечные продукты метаболизма нефти в почве следующие:
1. Углекислота, которая может связываться в карбонаты, и вода.
2. Кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля.
3. Твердые нерастворимые продукты метаболизма - результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо-минеральные комплексы.
Почвенный покров - один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным средообразующим фактором.
Сохранение, восстановление и улучшение свойств почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях урбанизации, роста транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле за использованием земельных ресурсов.
Библиографический список
1. Агроэкология. Методология, технология, экономика [Текст] / В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др. - М.: Колос, 2004. - 400 с.
2. Голованов, А.И. Рекультивация нарушенных земель [Текст] / А.И. Голованов, Ф.М. Зимин, В.И. Сметанин. - М.: Колос, 2009. - 325 с.
3. Колодницкая, Н.В. Использование экологически безопасного препарата для усиления мер по восстановлению загрязнённых почв [Текст] / Н.В. Колодницкая // Вестник Воронежского гос. ун-та. Серия: География. Геоэкология. - 2011. - № 2. - С. 132-138.
4. Коронелли, Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде [Текст] / Т.В. Коронелли // Прикладная биохимия и микробиология. - 1996. - № 6. - С. 579-585.
5. Лобачева, Г.К. Новая технология биологической очистки загрязненной почвы - усиленное биовосстановление на месте (in situ) препаратом на основе природного сорбента [Текст] / Г.К. Лобачева, Н.В. Колодницкая // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Выпуск № б (27). - 2010. - С. 190-194.
6. ЛУКОЙЛ: экологическая политика [Текст] // Вестник экологического образования в России. - 2011. - № 4 (62). - С. 33.
7. www.geolink-consulting.ru [Электронный ресурс]
E-mail: [email protected]
