СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ АМИНО- И НИТРОАРОМАТИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
METHOD OF CLEANING SOIL AND ARTIFICIAL SOIL CONTAMINATED WITH AMINO- AND NITRO-AROMATIC COMPOUNDS

Изобретение относится к очистке объектов окружающей среды от загрязнения, в частности почв и/или техногенных грунтов, содержащих различные концентрации амино- и нитроароматических соединений, и может быть использовано для детоксикации (очистка, локализация, восстановление) почвенногрунтового слоя, в том числе от застарелых загрязнений, а также при ликвидации последствий аварийных разливов на производствах анилинового синтеза.
Известны способы, позволяющие провести оперативную локализацию токсичных веществ класса аминов, в т.ч. ароматических аминов и нитроароматических соединений.
Известен химический способ локализации гидразина и/или его производных, алифатических и/или ароматических аминов (см. патент РФ №2057559 от 10.04.1996). Сущность изобретения состоит в воздействии реагентом на пролив, в качестве реагента используют водный раствор, содержащий соли цинка и/или магния в количестве не менее 30 мас. %, при объемном соотношении локализируемого вещества и реагента 1:(1-1,5), и определение эффекта локализации по глубине проникновения реагента в почву и изменению содержания гидразина в атмосфере.
Недостатком известного способа является его использование только в условиях локализации аварийного пролива, применение химического реагента на основе солей металлов.
Известны способы очистки почвы от загрязнения, позволяющие снизить степень опасности токсичных соединений, основанные на изучении их биодоступности и способности к биотрансформации (Научные основы экобиотехнологии. авт. А.Е. Кузнецов, Н.Б. Градова). Известным методом стимуляции микрофлоры загрязненных почв является использование осадков сточных вод, отвечающих требованиям безопасного использования для биологической рекультивации нарушенных земель (согласно ГОСТ Р 54534-2011). В большей степени известны способы биорекультивации нефтезагрязненных земель. Для токсичных соединений, к которым относятся нитро- и аминоароматические соединения, способы очистки почв ограничены.
Известен способ очистки почвы и детоксикации загрязняющих органических соединений, основанный на биологической утилизации широкого спектра органических соединений в очищаемой среде, описанный в патенте RU №2405636 от 10.12.2010. Способ включает определение вида органических соединений и их содержание в очищаемой среде, селекцию аборигенных микроорганизмов, выделенных из очищаемой среды, внесение полученного консорциума микроорганизмов в очищаемую среду с добавлением макро- и микроэлементов и регулирование физико-химических характеристик перерабатываемой среды.
Недостатком известного способа является обязательная стадия выделения и селекции микроорганизмов, способных к биологической утилизации амино- и нитроароматических соединений.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ очистки грунта, загрязненного в результате производственной деятельности или аварий от опасных органических соединений (нефтепродукты, анилин, нитробензол, жиры и др.) и тяжелых металлов, относящихся к категории опасных отходов (патент RU №2410170 от 27.01.2011 г.) Способ включает внесение в грунт сорбента на основе обработанной глауконитовой породы, микроорганизмов, активных по отношению к имеющемуся в грунте органическому загрязнителю, азотного минерального удобрения и увлажнение. В качестве микроорганизмов предложено использовать бактериальный препарат в виде лиофильно высушенного сухого порошка с активностью, равной численности углеводородокисляющих клеток 1-100 млрд. в 1 г препарата. Для очистки грунтов от анилинокрасочных токсичных препаратов (анилина, деметил-анилина, нитробензола, о-нитрофенола и др.) в качестве бактериального препарата предложено использовать штамм Pseudomonas. Данное техническое решение принято за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - внесение в почву и/или грунт реагента и минеральных удобрений с последующим увлажнением.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является применение составного реагента на основе сорбента и бактериального препарата (штамм Pseudomonas), сложность стадии подготовки реагента, которая требует смешения лиофильно высушенного сухого порошка бактериального препарата и сорбента (глауконита) в соотношении 500-1000 г бактериального препарата на 1 т сорбента.
Задачей изобретения является создание менее трудоемкого способа очистки почв и\или техногенных грунтов, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями, который можно использовать для очистки почвенногрунтового слоя от застарелых загрязнений, а также при ликвидации (локализации) последствий аварийных проливов; обеспечение практически полного разложения токсичных соединений за один вегетационный период до содержания, позволяющего рассмотреть изменение категории использования (назначения) почв; использование ресурсного потенциала осадков сточных вод для целей очистки почвы от загрязнителей.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе очистки почв и техногенных грунтов, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями, включающем внесение в почву и/или грунт реагента реагента и минеральных удобрений с последующим увлажнением, в качестве реагента используют обезвреженный от патогенной микрофлоры активный ил из аэротенков очистных сооружений производственных сточных вод, биоценоз которого адаптирован к рассматриваемым загрязнителям, вносят активный ил в сухом или суспендированном виде в количестве 500-2000 мг/кг сухого вещества почвы и/или грунта с содержанием амино- и нитроароматических соединений до 1000 мг/кг, после внесения активного ила и удобрений вспахивают площадку, выдерживают почвы и/или грунты в течение одного вегетационного периода при температуре не ниже +10°С, поддержании влажности почв и/или грунтов не менее 65% и аэрации за счет периодического рыхления.
Признаки отличительные от прототипа: в качестве реагента используют обезвреженный от патогенной микрофлоры активный ил из аэротенков очистных сооружений производственных сточных вод, биоценоз которого адаптирован к рассматриваемым загрязнителям; вносят активный ил в сухом или суспендированном виде в количестве 500-2000 мг/кг сухого вещества почвы и/или грунта с содержанием амино- и нитроароматических соединений до 1000 мг/кг; после внесения активного ила и удобрений вспахивают площадку; выдерживают почвы и/или грунты в течение одного вегетационного периода при температуре не ниже +10°С, поддержании влажности почв и/или грунтов не менее 65% и аэрации за счет периодического рыхления.
Использование обезвреженного от патогенной микрофлоры активного ила из аэротенков очистных сооружений производственных сточных вод, биоценоз которого адаптирован к рассматриваемым загрязнителям, позволит снизить трудоемкость процесса подготовки и проведения работ по очистке почв и/или техногенных грунтов, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями, очистить почвенногрунтовой слой от застарелых загрязнений и провести локализацию последствий аварийных проливов.
Использование активного ила, взятого в сухом или суспендированном виде в количестве 500-2000 мг/кг сухого вещества почвы с содержанием амино- и нитроароматических соединений до 1000 мг/кг, обеспечит практически полное разложение токсичных соединений за один вегетационный период до содержания, позволяющего рассмотреть изменение категории использования (назначения) почв.
Внесение активного ила в количестве менее 500 мг/кг не позволит обеспечить разложение амино- и нитроароматических соединений за один вегетационный период до содержания, позволяющего изменить категорию использования (назначения) почв.
Внесение активного ила в количестве более 2000 мг/кг нецелесообразно, это увеличит трудоемкость способа очистки и не приведет к повышению скорости разложения рассматриваемых загрязнителей.
Вспахивание площадки после внесения активного ила и удобрений позволит равномерно внести реагент и интенсифицировать процесс биоразложения.
Выдерживание почв и/или грунтов в течение одного вегетационного периода при температуре не ниже +10°С, поддержании влажности почв и/или грунтов не менее 65% и аэрации за счет периодического рыхления позволит интенсифицировать процессы биоразложения и аэробной биодеструкции амино- и нитроароматических загрязнителей под действием внесенной и аборигенной почвенных биомасс.
Заявителю неизвестно использование активного ила из аэротенков очистных сооружений производственных сточных вод, биоценоз которого адаптирован к амино- и нитроароматическим соединениям, для очистки почв и/или техногенных грунтов, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями.
В заявляемом способе впервые используется активный ил, адаптированный к нитро- и аминоароматическим соединениям, проявляющий свойства биодеградации веществ-загрязнителей в почве. Новое свойство ила было обнаружено авторами путем ряда экспериментов и его нельзя было предсказать заранее.
Основным фактором очистки почвы является то, что биоценоз активного ила использует амино- и нитроароматические загрязнители почвы в качестве источника питания, стимулирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры без дополнительной аэрации почвы. Органические и минеральные вещества активного ила, попадая в почву, служат энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, благодаря чему в почве повышается активность микробиологических процессов, под влиянием которых происходит мобилизация питательных веществ и самоочищение почв, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями.
Возможность осуществления способа очистки почв (грунтов) от амино- и нитроароматических загрязнений подтверждается следующими примерами:
Пример 1.
Во вспаханные почвы или техногенные грунты, загрязненные анилином в количестве 10 и 100 мг на 1 кг сухого вещества почвы, вносили суспендированный активный ил, адаптированный к веществу-загрязнителю в промышленных условиях на биологических очистных сооружениях предприятия, в сточных водах которого преобладающими загрязнителями являются нитробензол, анилин и другие нитро- и аминоароматические соединения в количестве 1000 мг/кг. Для обеспечения процесса жизнедеятельности аборигенной микрофлоры, а также внесенной биомассы активного ила в очищаемую почву (грунты) вносили минеральные удобрения из расчета 4,8 мг/кг почвы. После чего площадку снова вспахивали на глубину до 30-40 см для интенсификации процесса биоразложения анилина и поддержания достаточной аэрации процесса.
Далее почвы (грунты) выдерживали в течение одного вегетационного периода - 28-30 дней, при температуре воздуха не ниже +10°С, поддержании уровня влажности почв (грунта) не ниже 65%, в условиях стабильной аэрации почв (грунта) за счет периодического рыхления.
Пример 1 конкретного выполнения способа приведен в таблице 1, экспозиции - 1.1, 3.2 и 3.3.
Как видно из полученных данных таблицы 1, использование активного ила, адаптированного к указанному загрязнителю, в количестве 1000 мг/кг сухого вещества почвы, позволило снизить содержание анилина в очищаемом почвогрунте на 96,9-98,7% масс.
Пример 2.
Во вспаханные почвы или техногенные грунты, загрязненные нитробензолом в количестве 10, 100 и 1000 мг на 1 кг сухого вещества почвы, вносили суспендированный активный ил, адаптированный к веществу-загрязнителю, в количестве 2000 мг/кг сухого вещества почвы. Также в очищаемую почву (грунты) вносили минеральные удобрения - 4,8 мг/кг почвы. После этого площадку вспахивали на глубину до 30-40 см. Далее поддерживали влажность почв (грунта) не ниже 65%, а также стабильную аэрация почв (грунта) за счет периодического рыхления. Разложение нитробензола в указанных концентрациях достигается за один вегетационный период при температуре окружающей среды не ниже +10°С.
Пример 2 конкретного выполнения способа приведен в таблице 2, экспозиции - 1.4, 2.4 и 3.4.
Как видно из полученных данных таблицы 2, использование активного ила, адаптированного к указанному загрязнителю, позволило снизить содержание нитробензола в очищаемом почвогрунте на 94,5-98,6% масс.
Пример 3.
В очищаемые вспаханные почвы (техногенные грунты) вносили сухой адаптированный активный ил в количестве 500 мг/кг, взятый с иловых карт, а также расчетное количество минеральных удобрений. Осуществляли обильный полив и вновь вспахивание очищаемой площадки. В процессе очистки поддерживали стабильную влажность почв - не менее 65%, температуру окружающей среды - не ниже +10°С и аэрацию почв за счет периодического рыхления для поддержания процесса аэробной биодеструкции амино- и нитроароматических загрязнителей под действием внесенной и аборигенной почвенной биомассы.
Пример 3 конкретного выполнения способа приведен в таблице 1, экспозиция 3.4; таблице 2, экспозиции - 1.3, 2.3 и 3.3.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет очищать почвы и/или техногенного грунты, загрязненные амино- и нитроароматическими соединениями, обеспечивая практически полное разложение токсичных соединений за один вегетационный период до содержания, позволяющего рассмотреть изменение категории использования (назначения) почв.
Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что он нетрудоемок в применении и может использоваться для очистки почвенногрунтового слоя от застарелых загрязнений и проведения локализации последствий аварийных проливов. Кроме того, способ позволяет использовать ресурсный потенциал осадков сточных вод для целей очистки почвы от загрязнителей.