CC BY
74
504.53:57.042
ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПО ЧВ
К.Н. РОМАНОВА, М.Д. НАЗАРЬКО, В.Г. ЩЕРБАКОВ, В.Г. ЛОБАНОВ, С.Ю. КСАНДОПУЛО, Н.В. САПРЫКИНА, А.В. АЛЕКСАНДРОВА
Кубанский государственный технологический университет
Одна из важнейших экологических проблем Краснодарского края - загрязнение почв нефтью. Высокое содержание нефти вызывает изменение физико-химических свойств почв, торможение интенсивности биологических процессов, снижение растворимости большинства микроэлементов, резкое увеличение соотношения между углеродом и азотом, препятствует нормальному тепло- и газообмену почв, ухудшает их структурные характеристики, повышает гидрофоб-ность [1, 2]. В результате плодородные земли становят -ся непригодными для сельскохозяйственного использования.
В состав почвенной микрофлоры среди прочих микроорганизмов входят микроорганизмы-нефтедест-рукторы, использующие углеводороды нефти в качестве источника питания. Однако при высокой концентрации нефти способность микроорганизмов к ее утилизации резко снижается и самоочищение почвы от нефти замедляется [3]. В этом случае необходимо применять различные способы очистки.
Существующие методы очистки нефтезагрязнен-ных почв можно разделить на механические, физи-ко -химические и микробиологические. Первые включают запахивание загрязненного слоя почвы, смешивание чистой и загрязненной почвы, снятие и вывоз загрязненной почвы в отвалы. Этот подход достаточно трудоемок, не обеспечивает требуемой степени очистки почв и применяется в тех случаях, когда нет возможности использовать другие методы [4].
Физико-химические методы представляют собой обработку загрязненной почвы различными физи-ко -химическими способами (обработка паром, флотация, электрохимические методы и т. д.), химическими реагентами, разрушающими нефть, или комбинацию этих двух способов. Эти методы более эффективны, чем механические, однако требуют значительных затрат, кроме того, внесение в почвенные экосистемы несвойственных им химических веществ вызывает нарушение их экологического равновесия.
В отдельную группу можно выделить сорбционные методы, основанные на поглощении загрязняющего вещества пористой поверхностью сорбента. Эти методы обеспечивают высокую степень очистки почвы от нефтепродуктов, не наносят вреда почвенным экоси-
стемам, сравнительно легки в применении. В зависимости от природы сорбента после использования он либо извлекается из почвы и направляется на дальнейшую переработку, либо остается в почве и утилизируется вместе с нефтью почвенными микроорганизмами.
Микробиологические методы основаны на применении нефтеокисляющих микроорганизмов, включающих углеводороды нефти в цикл питания. Существующие способы предполагают как активизацию аборигенной почвенной микрофлоры, так и внесение в почву микробных препаратов в процессе очистки. Микробиологические методы достаточно эффективны, не нарушают экологического равновесия в почве. Основной их недостаток - высокая чувствительность микроорганизмов к условиям среды: температуре, влажности почвы, кислотности, содержанию других химических веществ [2, 5].
Наиболее перспективным направлением очистки почв от нефтяных загрязнений представляется разработка способов, сочетающих сорбционные и микробиологические методы. При этом особое внимание уделяют поиску возможности производства сорбентов из легкодоступных, дешевых и нетоксичных материалов. Сорбент должен обладать следующими свойствами: обеспечивать высокую степень сорбции нефти, не нарушать почвенных экосистем, легко утилизироваться. В настоящее время предлагается большое число сорбентов, производимых из растительных материалов - древесины, рисовой лузги, соломы, торфа, мха-сфаг-нума, льняной костры и др. Основным критерием выбора материала для изготовления сорбента служит его доступность в сочетании с хорошими сорбционными свойствами. В Краснодарском крае таким сырьем является плодовая оболочка семян подсолнечника - крупнотоннажный отход масложировой промышленности. Известно, что плодовая оболочка семян (лузга) представляет собой капиллярно-пористую полисахаридную структуру с развитой удельной поверхностью, что позволяет предположить ее высокую сорбционную способность по отношению к нефтепродуктам.
На основе плодовой оболочки семян подсолнечни -ка нами был разработан ряд сорбентов для ликвидации нефтяных загрязнений почв. Различные способы химической модификации подсолнечной лузги позволили повысить ее сорбционную емкость по отношению к нефти. С целью повышения эффективности процесса очистки на сорбенте были иммобилизированы нефтеокисляющие микроорганизмы.
Сравнительный анализ промышленно выпускаемых препаратов, содержащих нефтеокисляющие микроорганизмы , - Путидойл, Деворойл, Дестройл, Оле-ворин - позволил выделить Деворойл, в состав которого входят 5 видов микроорганизмов-нефтедеструкто-ров (Rhodococcussp. Bkmac-1500D, Rhodococcus maris BKM AC-1501D, Rhodococus erythropolis BKM AC-1502D, Pseudomonas stutzeri BKM B-1972D, Candida sp. BKM-y-2778D), утилизирующих различные фракции нефти, что обеспечивает универсальность применения и высокую эффективность препарата.
Нами предложен способ восстановления нефтезаг-рязненных почв, включающий последовательную серию операций: добавление смеси чистой почвы и пе ска до содержания нефти в почве 5-15% вес., внесение в загрязненную почву нефтеокисляющих микроорганизмов бактериального препарата Деворойл и удобрений, увлажнение и рыхление. В дальнейшем рыхление, увлажнение, дополнительное внесение биопрепарата, сорбента и удобрения осуществляли по мере необходимости в соответствии с микробиологическими показателями почвы, содержанием нефтепродуктов и погодными условиями.
Развитая пористая структура сорбента обеспечивала высокую степень сорбции нефтепродуктов. Сорбированные модифицированной структурой подсолнечной лузги нефтепродукты использовались в качестве источника углерода микроорганизмами бактериального препарата Деворойл, а также аборигенной нефтеокисляющей микрофлорой почвы. Оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов поддерживали внесением минерального комплексного удобрения и комплекса микроэлементов. При перемешивании и рыхлении кислород и вода аккумулировались в порах сорбента, что обеспечивало условия, необходимые для жизнедеятельности аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов. Созданный нами сорбент является биоразлагаемым, он полностью утилизировался аборигенными целлюлозоразрушающими микроорганизмами почвы.
Эффективно сть заявляемого способа была подтверждена экспериментально. Объектом очистки стали загрязненные нефтью почва и грунт; снятые в поле на месте аварийного прорыва нефтепровода. Нефтезаг-рязненные почвогрунты были размещены слоем 30-50 см на горизонтальной площадке и смешаны с чистой почвой и песком - черноземом выщелоченным, грунтом глинистосупесчаным.
Предварительно были проведены химические и микробиологические анализы усредненных почво-грунтов. Образцы для анализа отбирали методом конверта по ГОСТ 17.44.02-84 и ГОСТ 17.43.01-83. Анализы на содержание нефтепродуктов проводили методом инфракрасной спектрометрии по методике РД 52.18.575-96 «Методические указания. Определение валового содержания нефтепродуктов в пробах почвы методом инфракрасной спектрометрии. Методика выполнения измерений».
Первоначальное содержание нефтепродуктов составило (300 + 5) г/кг почвогрунтов. Хроматографический анализ показал разнообразие содержащихся в почвогрунтах углеводородов с преобладанием алканов Сю-С33, а также наличие тяжелых и ароматических фракций.
В составе микрофлоры проб почвогрунта преобладали актиномицеты, нокардиеформные микроорганизмы, псевдомонады, бациллы и флавобактерии. Количество сапрофитных микроорганизмов в среднем составляло 108-1010 клеток в 1 г почвогрунта. Нефтеокисляющие микроорганизмы составляли незначительную часть - 103 клеток в 1 г почвогрунта.
Очистку объекта от нефтезагрязнения осуществляли в весенне-осенний период 2006 г. при температуре воздуха 15-30°С. Параллельно проводили очистку образцов этой почвы в лабораторных условиях с повторением приемов. Обработку сорбентом, биопрепаратом и комплексным удобрением производили периодически в соответствии с микробиологическими показателями почвогрунта. В течение всего периода исследования выполняли химические и микробиологические анализы на содержание нефтепродуктов и нефтеокисляющих микроорганизмов в почве. Кроме того, в лабораторных условиях дополнительно были проведены исследования процесса очистки почвы от нефтепродуктов с применением и без применения сорбента. Динамика очистки почв от нефтепродуктов в лабораторных условиях в течение времени t представлена на рисунке (кривые: 1 - естественное очищение почвы под действием аборигенной микрофлоры; 2 - с применением сорбента на основе лузги подсолнечника; 3 - с применением сорбента на основе лузги с иммобилизацией на его поверхности ассоциата нефтеокисляющих микроорганизмов препарата Деворойл).
Для оценки эффективности применения сорбента для очистки нефтезагрязненных почв был произведен расчет предотвращенного экологического ущерба в соответствии с «Методикой определения размеров у щер-
ба от деградации почв и земель» (1994 г.). Размер ущерба на единицу площади земли рассчитывали по формуле
Ущ = Нс ■ Ка ■ Кс ■ Кд + Дх ■ Кв,
где Ущ - ущерб на единицу площади земли; Нс - норматив стоимо -сти освоения новых земель взамен изымаемых, тыс. р.; Ка, Кс, Кд и Кв - коэффициенты: экологической ситуации территории, пересчета в зависимости от изменения степени деградации земель, для особо охраняемых территорий и учитывающий период восстановления; Дх - годовой доход с единицы площади, тыс. р.
Сравнение предлагаемого способа восстановления нефтезагрязненных почв с механическим показывает, что в случае использования комбинированного метода экологический ущерб определяется только лишь периодом восстановления почвы, который составляет менее 1 года. При механическом способе очистки коэффициент, характеризующий период восстановления, возрастает более чем в 10 раз, также как и размер экологического ущерба из-за необходимости освоения новых земель взамен изымаемых. Расчеты показали, что размер экологического ущерба при использовании предлагаемого метода составляет 96 тыс. р., тогда как при механической очистке - 8000 тыс. р.
Использование разработанной интенсивной технологии биоремедиации позволило снизить содержание нефтепродуктов в очищаемом почвогрунте на 98,6% за 6 мес в условиях полевого эксперимента. Дальнейшее снижение содержания нефтепродуктов происходило
естественным путем за счет входящих в почвогрунт нефтеокисляющих микроорганизмов.
Полученные результаты позволили рекомендовать разработанный нами способ восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, для ускорения процессов утилизации нефти и нефтепродуктов в почве.
Исследования проведены при финансовой поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края (проект № 06-04-96604).
ЛИТЕРАТУРА
1. Черных Н.А., Батовская Е.К., Баева Ю.И., Головкин
B.Г. Почвенные микроорганизмы в условиях нефтезагрязнения // Экологические системы и приборы. - 2004. - № 12. - С. 15-19.
2. Логинов О.Н., Силищев Н.Н., Бойко Т.Ф., Галимзя -нова Н .Ф. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений. - Уфа: Реактив, 2000. - С. 13-52.
3. Сваровская Л.И., Алтунина Л.К. Активность почвенной микрофлоры в условиях нефтяных загрязнений // Биотехноло -гия. - 2004. - № 3. - С. 63-69.
4. Надеин А.Ф. Очистка воды и почвы от нефтезагрязне-ний // Экология и промышленность России. - 2001, ноябрь. -
C. 24-26.
5. Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. - М.: Наука/Интерпериодика, 2001. - 365 с.
Кафедра биохимии и технической микробиологии Кафедра безопасности жизнедеятельности
Поступила 14.07.07 г.
ПАТЕНТЫ
Патент на изобретение № 2296473. Способ производства продуктов питания из фасоли / Н.Г Колесникова, Н.Т Шамкова, Г.М. Зайко и др. Заявка № 2005126771 от 24.08.05; Опубл. 10.04.2007.
Изобретение относится к общественному питанию, мукомольной и консервной промышленности. Способ производства пищевого продукта из фасоли включает сепарацию семян, мойку, сушку, дробление, варку, смешивание компонентов и формование. После мойки семян проводят операцию проращивания, а после дробления проращенных семян осуществляют воздушно-ситовую сепарацию и измельчение с получением фасолевой муки. После смешивания сваренного фасолевого пюре с компонентами проводят операцию взбивания в течение 3-5 мин, а после формования осуществляют замораживание при температуре не менее -18°С до температуры в геометрическом центре продукта -7°С. Изобретение позволяет значительно снизить потери семян в результате замены операции обрушивания на воздушно-ситовую сепарацию, сократить продолжительность гидротермической обработки семян и
варки фасолевого пюре и получить пищевой продукт с длительным сроком хранения и высокими потребительскими свойствами.
Патент на изобретение № 2294649. Способ получения пектинового экстракта / Д. А. Барашкин, Г.М. Зайко, А.Н. Бердина. Заявка № 2005120340 от 29.06.05; Опубл. 10.03.2007.
Изобретение относится к пищевой промышленно -сти. Способ предусматривает дозирование яблочных выжимок и смешивание их с алычовым пюре в соотношении 1 : 4. После чего добавляют лимонную и янтарную кислоты, взятые в соотношении 3 : 2 в количестве 0,01-0,02% от массы сырья и проводят экстракцию совместно с кислотно-термическим гидролизом сырья при гидромодуле 1 : 6 и температуре 80-90°С в течение 120-140 мин при рН 2-2,5. Отделяют полученный экстракт и фильтруют его. Изобретение позволяет увеличить выход пектиновых веществ, повысить качество пектина.
