СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА, СОДЕРЖАЩЕГО ТОКСИЧНЫЕ ОТХОДЫ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФОТОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ
METHOD OF RECLAMATION OF TAILING DUMP SURFACE, WHICH COMPRISES TOXIC WASTES, USING PHOTOTROPHIC BACTERIA

Изобретение относится к горнодобывающей и перерабатывающей промышленности и может быть использовано для восстановления нарушенных земель, занятых хвостохранилищем с токсичными отходами переработки оловорудного сырья, загрязненного токсичными веществами, в том числе тяжелыми металлами (ТМ).
В настоящее время накоплено достаточно много материалов, свидетельствующих о широком распространении в природе различных микроскопических организмов, окрашенных в красный, оранжевый, пурпурный цвет, называемых фотосинтезирующими или фототрофными бактериями (ФТБ) (Тен Хак Мун, 2009). На основе применения ФТБ разработаны способы очистки стоков животноводческих ферм и пищевых предприятий, а также вод и почв, загрязненных пестицидами и другими поллютантами. Однако нет информации о применении ФТБ при рекультивации нарушенных горными работами, в том числе поверхности хвостохранилищ, содержащих токсичные отходы.
Известны экспериментальные исследования П.В. Кочубея, И.А. Сморкалова (2008), посвященные изучению внутрисезонной динамики численности различных групп микроорганизмов, участвующих в деградации углеводородов (нефтепродуктов) с использованием анаэробных фототрофных бактерий, а также определении скорости биоградации (на примере дизельного топлива) в разных типах почв. На исследованных почвах, загрязненных дизельным топливом, в конце эксперимента были обнаружены клетки фототрофных бактерий. За время наблюдения концентрация углеводородов (%) на площадках, заложенных в лесной почве, уменьшилась с 8,4±1,8 до 1,54±0,09, а на торфяном болоте - с 7,0±1,1 до 1,3±0,05. Таким образом, на обоих видах исследованных почв после экспериментального загрязнения дизельным топливом обнаружен рост аэробных нефтеокисляющих фототрофных бактерий.
Однако П.В. Кочубеем и И.А. Сморкаловым проведены только экспериментальные исследования, без рекомендаций по использованию ФТБ в процессе рекультивации нарушенных земель.
Наиболее близкими к заявляемому являются исследования И.А. Сморкалова (2009), сущность которых заключается в изучении автором влияния культур фотогетеротрофных бактерий на эффективность биодеградации углеводородов в почве и использовании их для стимуляции аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры при проведении рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. При этом, в микробоценозе грунта в процессе загрязнения нефтепродуктами прослеживаются четкие сукцессионные изменения: подавляющее доминирование нефтеокисляющих бактерий → снижение численности НОБ и развитие нефтеокисляющих грибов → появление несерных пурпурных бактерий (ФТБ). И.А. Сморкаловым установлено, что фотогетеротрофные бактерии способствуют увеличению скорости биодеградации нефтепродуктов и в почве, и в грунте. Это увеличение может происходить как за счет прямого аэробного окисления углеводородов самими фототрофными бактериями (при загрязнении <5%), так и благодаря их положительному влиянию на углеводородокисляющие способности других групп микроорганизмов. На основе лабораторных экспериментов установлено, что наиболее сильно фотогетеротрофные бактерии стимулируют деятельность нефтеокисляющих грибов. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования культур несерных пурпурных фототрофных бактерий при проведении рекультивации нефтезагрязненных земель.
Способ позволяет снизить негативное воздействие нефтепродуктов на объекты окружающей среды и обеспечить эффективную защиту окружающей среды от техногенного их загрязнения.
Недостатком является то, что этот способ предназначен для рекультивации земель, загрязненных только нефтепродуктами, но не поверхности хвостохранилища с токсичными отходами, загрязненными тяжелыми металлами.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение отрицательного воздействия токсичных отходов переработки минерального сырья на объекты экосферы от техногенного загрязнения, обусловленного токсичными отходами, складированными в хвостохранилище, и повышение эффективности рекультивации его поверхности.
Поставленная задача достигается тем, что в способе рекультивации земель, включающем обработку рекультивируемой поверхности хвостохранилища биоактиватором (биологическим агентом), посев бобово-злаковой травосмеси, посадку саженцев лиственницы и облепихи, оконтуривание хвостохранилища по периметру водопроницаемыми бортиками и дренажными канавками, создание лесозащитной полосы вокруг техногенного объекта, согласно изобретению в качестве биоактиватора (биологического агента) используют фототрофные бактерии.
Решение названной задачи обусловлено новым техническим результатом, состоящим в высоко эффективной активности биоактиватора (ФТБ), и реализуется взаимодействием ФТБ с субстратом (токсичными отходами). Фототрофные бактерии способствуют улучшению водно-физических свойств субстрата и, не обладая способностью к органотрофному питанию, внеклеточно выделяют разнообразные витамины, нуклеотиды, аминокислоты и АТФ, тем самым, привлекая другие микроорганизмы, с помощью которых получают необходимые для своего питания низкомолекулярные органические соединения. И в этом состоит одна из особенностей и полезность ФТБ в ликвидации токсичных и вредных для организмов соединений. Рыхление дисковой бороной поверхности хвостохранилища, на которую впоследствии наносится ФТБ, способствует улучшению условий укоренения и выживания растений. Создание лесозащитной полосы по периметру хвостохранилища позволяет обеспечить защиту среды обитания от воздействия пыли, выносимой ветром с поверхности хвостохранилища.
СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ заявляемого технического решения: с целью получения субстрата для рекультивации поверхности хвостохранилища с токсичными отходами вносят ФТБ.
2
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ: после посева и посадки растений на поверхности хвостохранилища осуществляется полив рекультивируемой площади ФТБ, из расчета на 1 м площади 1,5 литра фототрофных бактерий.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где:
На фиг. 1 показан контроль, представленный отходами переработки оловорудного сырья. Произведен посев бобово-злаковой травосмеси, семян лиственницы (или саженцы). ФТБ не использовались.
На фиг. 2 представлен вариант эксперимента, поставленного в оранжерее с внесением ФТБ в контейнеры, в которых размещены токсичные отходы. Произведен посев бобово-злаковой травосмеси, семян лиственницы.
На фиг. 3 представлен вариант с внесением ФТБ на поверхность хвостохранилища с токсичными отходами, в производственных условиях (на поверхности хвостохранилища, содержащего токсичные отходы бывшего Хрустальненского ГОКАа). Произведен посев бобово-злаковой травосмеси, семян лиственницы.
2
Изобретение работает следующим образом: производят рыхление дисковой бороной рекультивируемой поверхности хвостохранилища, содержащего токсичные отходы на глубину 5-10 см, затем - посев бобово-злаковой травосмеси, лиственницы, после чего осуществляют полив ФТБ, в количестве 1,5 л на 1 м рекультивируемой площади. Оптимальную дозу подбирают опытным путем, исходя из санитарно-экологических свойств субстрата и достижения наивысшей продуктивности создаваемого фитоценоза на поверхности хвостохранилища.
Для этой цели был поставлен опыт в оранжерее в одиннадцатикратной повторности: с внесением фототрофных бактерий (ФТБ) на поверхность токсичных отходов, отобранных с хвостохранилища (для посева семян использовались бобово-злаковая травосмесь (клевер, овсяница, а также лиственница и облепиха). Наилучшие результаты (по биомассе) получены в варианте с внесением ФТБ (урожайность составила 234 ц/га). Как следует из экспериментальных данных, в варианте с внесением ФТБ содержится достаточное количество энергетических веществ в виде органического вещества и питательных веществ за счет деятельности фототрофных бактерий, что способствует биологической переработке исследуемого субстрата. Кроме этого происходит связывание тяжелых металлов углеродом органического вещества и иммобилизация основного количества тяжелых металлов до неопасных пределов. В вариантах без внесения ФТБ (контроль) всходы не появились.
Эффективность способа иллюстрируется нижеследующим примером: эксперимент заложен в оранжерее в одиннадцатикратной повторности и в производственных условиях (поверхность хвостохранилища бывшего Хрустальненского ГОКа): с внесением ФТБ. Поверхность хвостохранилища, содержащего токсичные отходы, рыхлят на глубину 5-10 см. Затем высевают бобово-злаковую травосмесь, состоящую из овсяницы луговой и клевера белого при нормах высева соответственно 25 и 15 кг на га при 98% всхожести семян. Высевают также семена лиственницы и облепихи. После чего производят полив ФТБ. Учет урожая проводят путем скашивания в фазе колошения злаковых. В качестве контроля используют отходы переработки минерального сырья, отобранные из хвостохранилища, содержащего токсичные отходы. Урожайность бобово-злаковой травосмеси составила 234 ц/га. На контроле (отходы) всходы не появились, обнаружена плесень. Предлагаемый способ является эффективным, так как позволяет увеличить продуктивность культурного фитоценоза и одновременно улучшить санитарно-экологические свойства субстрата (токсичные отходов переработки оловорудного сырья) за счет изменений в нужных направлениях рецептур ФТБ.
Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию изобретения «новизна». При изучении других решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлены не были и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».
Примеры реализации способа поверхности хвостохранилища, содержащего токсичные отходы с использованием ФТБ:
Пример 1. Контроль - ФТБ не использовался.
2
Пример 2. Производился полив ФТБ поверхности токсичных отходов, отобранных для эксперимента в оранжерее из хвостохранилища, раствором ФТБ в количестве 1,5 л на 1 м рекультивируемой площади. Состояние растений в этом варианте оказалось удовлетворительным. Урожайность зеленой массы здесь составила 238 ц/га.
Пример 3. Произведено рыхление на глубину 5-10 см поверхности хвостохранилища (в производственных условиях, нарушенные хвостохранилищем с токсичными отходами земли бывшего Хрустальненский ГОК), затем осуществлен полив ФТБ. Состояние растений в этом варианте оказалось удовлетворительным. Урожайность зеленой массы составила 234 ц/га.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает успешное решение проблемы снижения отрицательного воздействия токсичных отходов переработки оловорудного сырья на объекты окружающей среды и повышение эффективности рекультивации за счет использования ФТБ.
Выявлено благоприятное влияние ФТБ на формирование почвенный структуры, а также рост и развитие растений (бобово-злаковой травосмеси и лиственницы).