Очистка грунта и воды от органических присадок к буровым растворам при помощи аборигенной культуры микроорганизмов

В.А. Калюжин

ОЧИСТКА ГРУНТА И ВОДЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИСАДОК К БУРОВЫМ РАСТВОРАМ ПРИ ПОМОЩИ АБОРИГЕННОЙ КУЛЬТУРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

Предложен способ очистки воды и грунта, загрязненной различными органическими присадками к буровым растворам, который заключается во внесении минеральных удобрений и биологических препаратов на основе микробных культур, способных разлагать основные виды присадок, используемых в мировой практике при проведении буровых работ.

Ключевые слова: экология; буровые работы; микроорганизмы; очистка.

Проведение масштабных работ по разведочному и промышленному бурению сопряжено с образованием большого объема отходов, которые относятся к III, IV классу опасности. По этой причине существует необходимость в дезактивации отходов бурения. В данной работе рассматривается способ микробиологической деструкции отходов бурения, причем рассматривается наиболее сложная ситуация: ликвидация загрязнений при бурении добывающих скважин на нефть, т.к. при таких работах к загрязнению окружающей среды буровыми отходами добавляется загрязнение нефтью. Действующим фактором при проведении работ по дезактивации отходов являются аборигенные микроорганизмы. Способ их выделения, селекции и наработки рабочего объема описан в ранее опубликованных работах [1-2].

Биоразложение органических присадок к буровым растворам проводят одновременно с процессом ликвидации замазученности. Однако в целях сокращения времени необходимо удалить нефть, доступную для механической сборки.

Материалы и методы

Компоненты буровых растворов хорошо растворимы в воде. По этой причине очистке подвергается водная масса - почвенная влага и содержимое водоемов. Поскольку работы ведутся с водными растворами в больших объемах, то наиболее приемлемой является биологическая очистка.

В исследованиях изучалась возможность следующих биологических компонентов бурового раствора: Габроил, Карбометилцеллюлоза, Сайпан, Суперфлок, Peopak, Polipac, Дефобур, Spersene CF, Praestol, FLO-VIS, Polypac-R, Duo-VIS, Praestol, Ecopac-SL, Polypac, Acitan P-803, Polimer-XB, Катцел-3, Flocyel LVD, Su-perfloc, CLEAR Drill-500.

В данный перечень включены почти все присадки к буровым растворам, используемые в мировой практике. Удалось выделить микроорганизмы, способные утилизировать все вышеперечисленные вещества как в виде отдельных соединений, так и в виде смесей произвольного состава.

Результаты и обсуждение

Очистка грунтов от присадок к буровым растворам проводится в несколько этапов. На первом этапе необходима оптимизация физико-химических показателей грунтов. Ход работ и расход реактивов существенно не отличаются от работ по очистке нефтезагрязненных грунтов, в частности совпадают дозы закислителей и раскислителей.

На втором этапе в грунт вносятся биопрепараты, содержащие микроорганизмы, разрушающие присадки

к буровым растворам, используя компоненты органических присадок к буровым растворам как единственный источник углерода и энергии. Дозы внесения биологических препаратов составляли 0,1-0,2 кг/м3 с содержанием живых микроорганизмов в количестве 5,4-6,6х108 клеток/мл.

В грунты с малой сорбционной активностью (песок, гравий, щебень) минеральные удобрения вносились в малорастворимой форме в виде торфогранул, культура микроорганизмов вносилась на пористом носителе. В качестве носителя использовался торф, содержание активной формы микрофлоры составляло 4-5% от массы носителя. Количество торфяной массы с микроорганизмами на 1 м3 загрязненного грунта составляло 2-4 кг.

В грунты с высокой сорбционной активностью (почва, торф и др.) микрофлора вносилась как в виде водной суспензии, так и на носителях. В виде суспензии вносилось 10-20 л 1% смеси на 1 м3 или 2-4 кг 45% смеси на твердом носителе (1,3-1,5*108 клеток/мл).

Минеральные добавки: источники азота фосфора, калия магния, вносились в следующей дозировке (на 1 м3 грунта):

1. Аммиачная селитра - 1,2 кг; диаммоний фосфат -

0,5 кг; калиймагнезия - 0,1 кг.

2. Азофоска или нитроамофоска - 1 кг; аммиачная селитра - 0,5 кг; магниясульфат - 0,05 кг.

После внесения биопрепаратов и минеральных удобрений проводилась вспашка грунта на глубину до водоизолирующего слоя. При отсутствии такого слоя -на глубину 30-35 см.

Однообразие доз вносимых минеральных и биологических препаратов обусловлено тем, что концентрация присадок буровых растворов постоянна.

При очистке водоемов их содержимое оптимизировалось по pH. Расход материалов в закисленной среде на 1 м3/кг представлен в табл. 1, а в щелочной среде - в табл. 2.

Т а б л и ц а 1 Расход материалов в закисленной среде на 1 м3/кг

pH Молотый известняк Кальцинированная сода Диаммонийфосфат

3 2-3 0,7-1 -

4 1-2 0,3-0,7 -

5 7 «о о" 0,15-0,3 0,2-0,3

Т а б л и ц а 2 Расход материалов в щелочной среде на 1 м3, кг

pH Серная кислота кг/л 2% р-ра Сульфат аммония

8 - 0,7-1

9 - 1-2

10 0,3-0,5 -

11 0,7-1,2 -

При использовании в качестве раскислителей и за-кислителей минеральных удобрений их дозы учитывались в общем балансе минеральных удобрений.

На втором этапе очистки загрязненных водоемов вносились минеральные удобрения (табл. 3).

Т а б л и ц а 3

Дозировка минеральных удобрений на 1 м3 водоема, кг

АЗОФОСКА ИЛИ НИТРОАМОФОСКА 0,1- 0,2

Аммиачная селитра 0,05-0,1

Калиймагнезия 0,01-0,015

Кроме указанных минеральных удобрений вносилась микрофлора в дозе 0,02 кг на 1 м3 в виде 1% суспензии - 2 л или на пористом носителе 0,4-0,5 кг.

При глубине водоема до 1 м аэрация обеспечивается естественной диффузией воздуха. При большей глубине обеспечивалась принудительная аэрация при помощи аэраторов, применяемых рабохозяйственными предприятиями. Через каждые 24 ч проверялось остаточное содержание водорастворимых органических буровых присадок. Для этого проводилась экстракция водой из навески очищенного грунта. После фильтрования и центрифугирования методом пермангонато-метрии определяли содержание органических веществ [3]. Результаты сравнивались с фоном. Работа прово-

дилась на различных грунтах: почва, песок, торф, глина, а также очищенная вода. Изучены как обычные бессолевые среды, так и среды, содержащие №С1 до концентрации 40 г/кг. В результате было установлено, что микроорганизмы способны полностью разрушать органические присадки до углекислого газа и воды. Период снижения концентрации органических веществ при температуре +12...20°С длится 10-30 сут при изначальном содержании присадок 10-20 г/кг органического грунта или воды. В проделанной работе впервые удалось дезактивировать органические присадки в виде смесей произвольного состава при одновременном содержании в смеси свыше 20 различных органических веществ. В дополнительных опытах было установлено, что биоразложение присадок буровых растворов возможно и при температуре +0,1...4°С. Это позволяет проводить очистку грунта и воды в зимнее время.

Выводы:

1. Анализ остаточного содержания буровых присадок, проведенных с помощью пермангонатометрии [1], показал, что период 100-кратного снижения концентрации органических веществ длится 10 сут и отсутствуют органические загрязнители в очищаемой среде.

2. Разработанный способ позволяет проводить очистку воды и любых грунтов от органических присадок к буровым растворам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калюжин В.А. Способ очистки воды и почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами // Патент РФ N° 2057724 от 10 апреля 1996 г.

2. Калюжин В.А. Способ биологической очистки воды и грунта от органических веществ алифатического, карбоциклического, гетероцикличе-

ского рядов и их смесей произвольного состава // Патент РФ от 27 января 2008. № 2315670.

3. Пискарева С.К., Барашков К.М., Ольшанова КМ. Аналитическая химия. М.: Высш. шк., 1994. 384 с.

Статья представлена научной редакцией «Биология» 20 января 2009 г.