Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (ГФС)
SOIL-SLURRY PHYTOREMEDIATION MIXTURE (SSPM)

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при утилизации нефтешламов, образующихся в результате переработки (обезвреживания) отходов бурения, загрязненных нефтью и нефтепродуктами грунтов, шламов очистки трубопроводов, емкостей, железнодорожных цистерн и др. и предназначено для использования при рекультивации нарушенных земель в процессе строительства линейных сооружений и площадочных объектов; ликвидации буровых шламовых амбаров, шламонакопителей, нефтешламонакопителей (внесения изоляционного слоя); утилизации нефтешламов непосредственно на месте их образования; создания рекультивационного слоя при восстановлении нефтезагрязненных земель и для создания плодородного дернового слоя грунта.
Из уровня техники известна грунтошламовая смесь, содержащая нефтешлам, буровой шлам, торф, песок, воду, сорбенты и биодеструкторы углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтешлам и буровой шлам - 20-25; песок - 20-30; торф - 30-35; сорбенты - 2-5; биодеструкторы углеводородов - 2-5; вода - 10. Обеспечивается улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями, уменьшение нефтезагрязненных участков [Пат. РФ 2522317, 20.02.2013].
Недостатком является увеличение стоимости обеззараживания нефтешламов за счет применения сорбентов и биодеструкторов углеводородов и маленький объём утилизируемых нефтешламов по отношению к другим компонентам грунтошламовой смеси.
Известен способ получение грунта, включающего буровой шлам, в который на 97,5% массовых долей вносят прокаленный диатомит в количестве 2,5% массовых долей с последующим механическим перемешиванием до получения однородного грунта. Способ позволяет улучшить воднофизические свойства бурового шлама [Пат. РФ 2704858, 09.01.2019].
Недостатком изобретения является неизвестное время деструкции нефтепродуктов, имеющихся в наличии в заявленной грунтошламовой смеси и дальнейший способ её утилизации.
3
Прототипом заявленного изобретения является смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки. Используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см и влажностью в пределах 30-60%. Содержание компонентов смеси составляет, мас.%: буровой шлам 35-50, песок или супесчаный грунт 25-30, торф марки А, Б 25-30, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки - остальное. Использование данного изобретения позволяет обеспечить экологическую безопасность окружающей среды [Пат. РФ 2631391, 18.10.2015].
Недостатком прототипа слишком обширное содержание различных вариантов, составляющих смеси, что может негативно отразиться как на стоимости шламово-грунтовой смеси и эффективности применения.
Целью изобретения является сокращение затрат на транспортировку нефтешламов до ближайшего пункта утилизации и возможность их переработки сразу после образования путем создания фиторемедиационной смеси с нефтешламом в составе.
Задачей, на которую направлено данное изобретение, является создание фиторемедиационной смеси с добавлением нефтешламов на территории их образования, способной к деструкции углеводородов нефти и активации дерновых процессов.
Указанная задача достигается в грунтошламовой фиторемедиационной смеси, содержащей нефтяной шлам, торф, диатомит, сапропель, мелиоранты биодеструкторы (например, торфо-диатомитовый мелиорант (ТДМ) Пат. РФ 2718815 или др.) для деструкции нефти и нефтепродуктов и для активации дерновых процессов смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis) или ржи озимой - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефтешлам - 40-50;
Торф - 25-30;
Сапропель - 5-10;
Диатомит - 5-7;
Мелиоранты биодеструкторы - 3-5;
Смесь трав - остальное.
Грунтошламовая фиторемедиационная смесь изготавливается следующим образом:
Исходное сырье ГФС при следующем соотношении компонентов, мас.%:  нефтяной шлам - 40-50, торф - 25-30, диатомит - 5-7, сапропель - 5-10, мелиоранты биодеструкторы (например, торфо-диатомитовый мелиорант (ТДМ) Пат. РФ 2718815 или др.) - 3-5 и смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis) или ржи озимой - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa - остальное, тщательно перемешивается, например, в машине для перемешивания грунта MC1120 или MC2120 (Фиг. 1) или др. аналогичных моделей, до получения однородной смеси.
Приготовленная ГФС представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текучепластичной до рыхлой консистенции в зависимости от влагосодержания исходного сырья.
Приготовленная ГФС равномерным слоем до 15 см рассыпается на земельную поверхность в непосредственной близости от образования нефтяного шлама и при необходимости орошается.
Для разработки ГФС использовали следующие материалы:
1. Верховой торф. Влажность торфа от 50 до 75%, водородный показатель водной вытяжки (рН) 5,5 - 7,5. Степень разложения верхового торфа не превышает 25 %, зольность - менее 5%. Основные неорганические соединения торфа: азот до 1,5%, фосфор, калий, кальций (в сумме) до 0,6% (N:P:K). Содержание гуминовых веществ в торфе составляет 7,4 - 7,9%.
2. Диатомит по ГОСТ Р 51641-2000 или ТУ 10-05031531-378-94, или ТУ 5761-001-59266087-2005. Диатомит увеличивает степень сорбции углеводородов за счет высокой пористости и представляет собой окаменелые остатки диатомовых водорослей, более чем на 90% состоит из кремнезема.
Исходное нерудное сырьё соответствует следующим параметрам (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика диатомита
Наименование показателя
Значение показателя
Содержание SiО<sub>2</sub>
Не менее 82%
Содержание А1<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Не более 7%
Содержание Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Не более 4%
Влажность
Не более 8%
3. Сапропель (ТУ 0135-001-94744244-2007). Имеет следующие характеристики:
Таблица 2
Характеристики сапропеля
Наименование показателя
Значение показателя
1. Внешний вид, цвет
Однородная масса темно-бурого цвета
2. Массовая доля влаги, не более %
60
3. Кислотность (pHсол), не менее
8,1
4. Массовая доля органического вещества в пересчете на сухое вещество, % не менее
52
5. Зольность на сухое вещество, % не более
48
6. Массовая доля макроэлементов питания растений, % на абсолютно сухое вещество, не менее- азота общего- фосфора общего- калия общего
1,50,20,4
Пример 1 - опытно-промышленные испытания в ОАО «РЖД»
ГФС готовили по вышеуказанному способу с использованием нефтешламов, образованных в основном в связи с промывкой железнодорожных цистерн перевозящих нефтепродукты, на территории эксплуатационного локомотивного депо Егоршино г. Артемовский Свердловской области, на железобетонном нефтеуловителе ОАО «РЖД».
2
ГФС с различной степенью загрязнения и пропорциями составляющих в двух повторностях высыпали ровным слоем на огороженном перегородками земельном участке в квадраты площадь каждого 1 м и высевали рожь озимую - Secale cereale с овсом обыкновенным - Avenasativa. В таблице 3 представлены результаты динамики деструкции нефтепродуктов и изменения агрохимических показателей с 1 по 6 квадрат.
Таблица 3
Результаты опытно-промышленных испытаний (фиг. 4-5)
Пропорции составляющих ГФС НШ/Т/Д/С/М/СТ*, %
Начальная степень загрязнения нефтепродуктами, г/кг
№ квадрата
Динамика деструкции НП, г/кг
Изменение NPK и гумуса объединённых проб
K, млн<sup>-1</sup>
P, млн<sup>-1</sup>
N, %
Гумус, %
20.05.2020
20.06.20
20.07.20
20.08.20
<u>20.08.20</u>28.09.20
40/30/5/7/3/15
132
1
32,83
1,17
0,33
<u>463</u>534
<u>14</u>24
<u>1,51</u>1,31
<u>>15</u>>15
4
49,83
2,83
1,00
50/25/10/5/5/5
264
2
185,00
35,54
1,83
<u>494</u>450
<u>10</u>54
<u>1,37</u>1,08
<u>>15</u>>15
5
153,40
43,20
1,33
45/27/7/6/4/11
660
3
352,83
188,83
34,33
<u>364</u>906
<u>49</u>10
<u>1</u>1,58
<u>>15</u>>15
6
329,17
167,00
33,83
Контроль
-
-
-
-
-
165
189
0,31
7,2
НШ - нефтешлам; Т - торф; Д - диатомит; С - сапропель; М - мелиоранты; СТ - смесь трав.
В результате опытно-промышленных испытаний (табл. 3, фиг. 4-5) в период положительных температур 2020 года наблюдалась устойчивая динамика к снижению нефтепродуктов и практически везде прослеживалась положительная динамика изменения агрохимических показателей ГФС.
Пример 2 - результаты лабораторных испытаний
ГФС готовили по вышеуказанному способу с использованием нефтешламов, образованных в основном в связи с промывкой железнодорожных цистерн, перевозящих нефтепродукты, в лабораторных условиях.
ГФС с различной степенью загрязнения и пропорциями составляющих в трех повторностях высыпали в лабораторные горшки и высевали смесь трав пырея ползучего (лат. Elytrígia répens) с кострецом безостым (лат. Bromopsis inermis). После высева наблюдали энергию прорастания семян, всхожесть, длину ростков, корней и биомассу растений.  Длительность эксперимента - 31 день.
Таблица 4
Энергия прорастания (ЭП), всхожесть, суммарные длины ростков и корней, и суммарная биомасса растений
№ п/п
Пропорции составляющих ГФС НШ/Т/Д/С/М/СТ, %
Шифр
ЭП (3 дня), %
Всхожесть, %
Суммарная длина ростков, мм
Суммарная длина корней, мм
Суммарная биомасса, мг
1
40/30/5/7/3/15
ГФС50(1)
60
90
3466
1242
2,1893
50/25/10/5/5/5
ГФС40(2)
30
60
2422
970
0,919
2
40/30/5/7/3/15
ГФС50(3)
25
50
1310
498
0,177
50/25/10/5/5/5
ГФС40(4)
25
40
1249
433
0,202
3
40/30/5/7/3/15
ГФС50(5)
50
90
2202
819
0,258
50/25/10/5/5/5
ГФС40(6)
30
40
1288
362
0,229
4
ГН50**
5
0
0
0
0
ГН40**
20
60
852
315
0,062
К
Контроль
15
70
1949
935
0,9355
**ГН50 - грунт/нефтешлам /50г/50г; **ГН40 - грунт/нефтешлам /50г/40г
В результате проведенных исследований наблюдается эффективность применения ГФС на развитие стебля и корней растений и на прирост биомассы как по отношению к контролю, так и по отношению к загрязненному грунту без применения ГФС (Фиг. 2-3, 6).
На грунте, загрязненном нефтешламом ГН50, прорастание семян наблюдалось в начале эксперимента, но через непродолжительное время они погибли. Прорастание семян может быть связано с тем, что они находилось на поверхности исследуемого грунта и когда корни ростков начали стремиться в грунт, то подверглись токсическому влиянию НШ и погибли. На образцах ГН50 с меньшей степенью загрязнения наблюдается отставание суммарных длин корней, ростков, биомассы и др. показателей растений от образцов с применением ГФС.
Внедрение ГФС позволяет сэкономить нефтедобывающим, перерабатывающим и транспортирующим нефть и нефтепродукты предприятиям на штрафных санкциях и решить проблему утилизации нефтешламов.