Разработка мелиоранта на основе природного минерала для рекультивации почвенного покрова, загрязненного нефтепродуктами, в условиях Волгоградской области

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

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

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

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: knv-volg@mail.ru