Спосіб очищення грунту і води від нафти і нафтопродуктів

Спосіб очищення грунту І води від нафти І нафтопродуктів, який передбачає застосування гідротехнічних заходів, внесення мікроорганізмів І біогенних елементів, який в і д р і з н я є т ь с я тим, щош при поверхневому забрудненні проводиться обробка грунту сільськогосподарськими знаряддями, при підземному та забрудненні ґрунтових вод - шурфування без примусової додаткової аерації з наступною обробкою суспензією мікроорганізмів та біогенних елементів, яка проводиться ДВІЧІ (повторна - через два місяці), причому застосовуються бактерії Bacillus megaterium при співвідношенні біомаси, біогенних елементів та вуглеводів (0.8-1,2) • :(23-27):1000 відповідно. С > 00 Винахід відноситься до біологічного очищення грунтів І ґрунтових вод від вуглеводнів нафти І нафтопродуктів. Існують різноманітні технології знешкодження вуглеводнів нафти, що забруднюють грунт, грунтові води та водойми. Як основні небіологічні методи, що використовуються для знешкодження забрудненого грунту, можна виділити екстрагування, флотаційну обробку, окислювальні методи (Van der Ven et a!., 1991). Екстрагування базується на розчинності вуглеводнів в органічних розчинниках, якими обробляють грунт в спеціальних реакторах. Основним не доліком цього методу є проблема переробки забрудненого розчинника. Флотаційна обробка забрудненого грунту є досить ефективним методом очищення. Під час активної аерації ґрунтової пульпи, в яку введені поверхнево-активні речовини, гідрофобні вуглеводні нафти флотується в пінну фракцію. До окислювальних методів відносяться термічна та термокаталітична обробки. Вони придатні для знешкодження вуглеводнів та інших сполук органічного походження. При нагріванні до 400~900°С органічні речовини - забрудники переходять в газоподібний стан І спалюються. 17811 Згідно прийнятій класифікації [Бухгалтер, 1988] методи очищення води від органічних забрудників можна розподілити на регенеративні (ректифікація) та деструктивні (рідко- та парофазне окислен- 5 ня, вогневий метод, озонування, електрохімічне окислення). Використання регенеративних методів дозволяє не тільки знешкоджувати стічні води, але й виділяти з них ЦІННІ речовини. 10 Повернення в виробництво видалених речовин зменшує виробничі втрати сировини, реагентів та продукції І Інколи робить процес очищення стічних вод рентабельним. Проте ректифікація забруднюючих речовин нее- 15 фективна при їх ВМІСТІ менше, ніж 1-2 г/л, а також при відносно низькій собівартості забрудників. ДекструктивнІ методи використовують в разі недоцільності регенерації. Вибір 20 деструктивного методу проводиться з урахуванням об'єму стічних вод, кількості і властивостей домішок, вимог до якості очищеної води та можливості її повторного використання. 25 Надзвичайно ефективним методом очищення навколишнього середовища в результаті біохімічного очищення є очищення мікрофлорою, отриманою в результаті направленої селекції. Біохімічне очищення ЗО може застосовуватись як автономно, так 1 в поєднанні з Іншими технологіями очищення, як заключний етап, Технології біологічного очищення забруднених грунтів та ґрунтових вод мож- 35 на розділити на технології без застосування адаптованої мікрофлори та з застосуванням специфічних мікроорганізмів. Біотехнології очищення грунту без внесення адаптованої мікрофлори передбачають створення умов, 40 близьких до оптимальних для розвитку власноТгрунтовоТмікрофлори, а саме періодичне розпушення грунту, його зволоження, внесення біогенних мінеральних компонентів, органічних добрив, примусову аерацію, тоб- 45 то спрямовані на прискорення процесів самоочищення грунту. Якщо ці заходи не в змозі забезпечити необхідних строків чи якості очищення, то вони доповнюються біогенним стимулюванням, шляхом внесення в грунт 50 чистих культур або ценозів мікроорганізмів, адаптованих до забруднювача. Найбільш ефективно стимулюють процес самоочищення грунту неорганічні сполуки азоту І фосфору. Для стимуляції 55 росту бактерій пропонується співвідношення азоту І фосфору (0,8-8): 1, причому фосфор вносять у вигляді пїрофосфатів та триполіфосфатів (патент США Ne 4727031, f 1988). 4 Внесення органічних добрив також часто сприяє стимуляції процесу самоочищення грунту та ґрунтових вод [Авт.св. СРСР № 1158258, 1985; Пат. УНР № 181558,1985]. Позитивну реакцію мікрофлори грунту відмічено також при внесенні торфу, відходів виробництва дріжджів, вітамінів, глюкози та амінокислот. Важливе значення для прискорення самоочищення грунту має створення аеробних умов у шарі грунту, забрудненого вуглеводнями. Для цього застосовують часте розпушення грунту [De Borger, 1978], зрошування аерованими стічними водами, що містять нітрати в концентрації до 0,5 г/л [Batterman, 1984], вносять в середовище для зрошування грунтута в грунтові води перекис водню в концентрації 0,1-1000 мг/л (Патент США 1st 4727031, 1988), продувають грунт {Mtkroben fressen Altlasten, 1988) чи в грунтові води (Gahrs et al., 1987). Оптимальною температурою для процесів самоочищення грунту та ґрунтових вод є 20-40°С [Dibble, 1979]. Проте процеси самоочищення проходять І при більш низьких температурах [Козакова, 1984; Sandvik, 1986; Калачникова, 1988]. В холодну пору року в грунт пропонується закачувати нагріте повітря [Заявка ФРН bk 3811856. 1989]. Стимуляція самоочищення грунту та ґрунтових вод з використанням наведених заходів (всіх чи частково) на сьогоднішній день є найвигіднішою з економічної точки зору, через що набула найширшого застосування в випадках поверхневого забруднення грунту та забруднення ґрунтових вод неглибокого залягання (3-7 м) під легкими грунтами (Bourquln, 1990). Біогенна стимуляція очищення грунту з застосуванням чистих культур мікроорганізмів чи їх ценозів, здатних окислювати аліфатичні, ароматичні та Інші вуглеводні, призводить, як правило, до прискорення процесу очищення. При внесенні в грунт дріжджів роду Candida, адаптованих до вуглеводнів, в кількості 1-2 кг/га в суміші з відходами виноробства (400-600 кг/га) забезпечує підвищення швидкості деструкції вуглеводнів в 2-3 рази, завдяки чому вміст вуглеводнів знижується на 60-80% І відновлюється рослинність через 1-2 роки після початку робіт по очищенню грунту [А.с. СРСР № 1158258, 1985]. При внесенні 1000000 кл дріжджів роду Candida на 1 г грунту, що містив 190 мг вуглеводнів, через 19 МІСЯЦІВ визначено концентрацію ЗО мг/г грунту, що ВДВІЧІ перевершує швидкість са 17811 моочищення в контрольному ДОСЛІДІ (Исмаилов, 1985). БІЛЬШІСТЬ ОСНОВНИХ виробничих методів знешкоднення вуглеводніа, забруднюючих грунт та грунтові води, базуються на наступних заходах: - перколяціТ суспензії мікроорганізмів з поживними речовинами через шар грунту; -дренуванні суспензії; - обробці суспензії в біореакторі та поверненні її на перколяцію грунту. Біологічний спосіб очищення грунтів ! ґрунтових вод, запропонований Шуслером [Schussler, 1986; Schussler, 1988](прототип) передбачає можливість знешкодження забруднень вуглеводнями І при поверхневому І при підземному забрудненні. Авторський препарат "Noggles" вносять: на глибину 0,4 м - у вигляд! піни; при глибині до 1 м грунт розпушується бульдозером, а потім вносяться мікроорганізми зрошуванням або у вигляді піни; при глибині до 20 м - в шар грунту через спеціальні колодязі закачують препарат з водою І поживними речовинами, а також повітря. Для очищення ґрунтових вод в них через колодязі вводяться мікроорганізми І поживні речовини, потім забруднена вода відкачується, очищається в біореакторі, аерується І повертається в водоносний шар. Застосування винаходу ефективне тільки в аеробних умовах. Винахід передбачає очищення обмежених площ, особливо при забрудненні ґрунтових вод. що пов'язано з необхідністю створення системи комунікацій для відкачки І закачування води, а також необхідністю організації цілодобового виробництва. В основу винаходу була поставлена задача удосконалення способу очищення грунту І води від нафти і нафтопродуктів, в якому підвищення ефективності рекультивації грунгїв та очищення ґрунтових вод забезпечується за рахунок поєднання гідротехнічних заходів, внесення специфічної мікрофлори та біогенних елементів І дозволяє очищати забруднений грунт та грунтові води в великих масштабах з мінімальними капітальними та експлуатаційними затратами. Вирішення цієї задачі досягається тим, що в спосіб очищення грунту І води від нафти І нафтопродуктів, який передбачає застосування гідротехнічних заходів, внесення мікроорганізмів І біогенних елементів, згідно з винаходом вводиться; при поверхневому забрудненні обробка грунту сільськогосподарськими знаряддями, при підземному та при забрудненні ґрунтових вод - шурфування без примусової додаткової аерації з наступ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ною обробкою грунту суспензією мікроорганізмів та біогенних елементів, яка проводиться ДВІЧІ (повторна обробка грунту через 2 МІСЯЦІ), причому застосовуються бактерії Bacillus megaterium при співвідношенні біомаси, біогенних елементів та вуглеводнів (0.8-1,2)(23-27):1000 відповідно. Внесення бактеріальної суспензії І біогенних елементів в зону залягання вуглеводнів у співвідношенні (0,8—1,2):23— 27):1000 (6Іомаса:бІогеннІ елементи: вуглеводні ВІДПОВІДНО) ДВІЧІ через 2 місяці прискорює процес очищення грунту І ґрунтових вод у 10-26 разів, в порівнянні з самоочищенням. Необхідно підкреслити, що застосована культура Bacillus megaterium є факультативним анаеробом і здатна окислювати вуглеводні нафти як в аеробних, так І анаеробних умовах. У випадку утворення несприятливих умов для розвитку (зниження температури) культура В.megaterium утворює спори до їх зміни. При застосуванні данної біотехнології немає необхідності в створенні системи підземних комунікацій, що дозволяє обробляти значні площі, в тому числі І в населених пунктах, Винахід пояснюється прикладами. П р и к л а д 1. Застосування біотєхнології при поверхневому забрудненні в лабораторних умовах. При проведенні досліджень в зразки грунту, кожен массою 3 кг, вносили по 150 г (210 мл) суміші рівних об'ємів гасу, бензину А-76 І сирої нафти. Зразки витримували в природних умовах. Експеримент тривав 12 МІСЯЦІВ - з травня 1993 р. по травень 1994 р. Контролем був зразок грунту, забруднений вуглеводнями, який не обробляли ні біомасою, ні біогенними елементами Першу обробку зразків грунту проводили в травні, повторну - в липні. Результати досліджень наведені в таблиці. По результатам досліджень було визначене оптимальне співвідношення біомасса:б!о генні елементи: вуглеводи і, що рівне (0.8-1,2):(23-27):1000 при співвідношенні азоту:фосфору:кал!ю (2,83,2):(1,6-2,4):1 відповідно, що відповідає варіанту N 6. Більш ефективні варіанти ? №Ns 7, 8, 13, 14, проте вони економічно недоцільні. П р и к л а д 2. Застосування біотехнології при поверхневому забрудненні. При поверхневому (до глибини 0,5 м) забрудненні вуглеводнями нафти площі 7500 кв.м доза вуглеводнів становила від 8 17811 9600 до 12700 м г / к г грунту. Обробку проводили бактеріальною суспензією, що містила в своєму складі біогенні елементи, в розрахунку 10 г біомаси, 45 г азоту, 30 г фосфору, 15 г калію на 1 кв.м. Обробляли грунт двічі -ъ травні І липні. На обробленій території через 7 тижнів з'явилась рослинність, а вміст нафтопродуктів знизився до 605-750 мг/кг грунту. Другий відбір зразків проводили через 12 МІСЯЦІВ після забруднення. Вміст нафтопродуктів становив 79,5-110 мг/кг. На необробленій контрольній ділянці вміст нафтопродуктів знизився до 8900-9500 мг/кг за рахунок процесу самоочищення, рослинності не було, а на обробленій один раз -450-486 мг/кг за 12 місяців. П р и к л а д 3. Застосування біотехнології при підземному забрудненні. При забрудненні грунту на глибині 4 8 м пічним паливом (нафтопродукт, що містить вуглеводні з довжиною ланцюга від б до 27 атомів вуглецю) внаслідок аварії ємності для його зберігання вміст вуглеводнів становив 8000-27000 м г / к г на території 2000 кв.м при загальній КІЛЬКОСТІ нафтопродуктів близько 20 т. Були просвердлені шурфи до глибини залягання глини (7,5-9,5 м), в які вносили бактеріальну суспензію з біогенними елементами у співвідношенні 1:25:1000 (бІомасса:б!огенн! елементи;вуглеводні ВІДПОВІДНО) ДВІЧІ - у 5 10 15 20 25 березні І травні. Результати аналізів засвідчили, що вміст вуглеводнів через 12 МІСЯЦІВ після першої обробки не перевищував 18-20 мг/кг в жодному з місць відбору зразків. П р и к л а д 4. Застосування біотехнології при комбінованому забрудненні грунту І ґрунтових вод. При забрудненні грунту І ґрунтових вод на глибині 2-10 м внаслідок аварії на базі зберігання нафтопродуктів вміст вуглеводнів становив 118000 мг/кг грунту І 7500 мг/л води при загальній кількості нафтопродуктів 300 т на площі 15000 кв.м. На забрудненій території була споруджена дренажна система, завдяки чому за перші два МІСЯЦІ було відкачано близько 20 т нафтопродуктів, Згідно з нашою біотехнологією були просвердлені шурфи до глибини першого водоупору і в них внесена суспензія мікроорганізмів І біогенних елементів. Обробку проводили ДВІЧІ - в квітні І червні. Через 12 місяців вміст вуглеводнів на перевищував 1200 мг/кг грунту І 50 мг/л ґрунтової води. Застосування запропонованої біотехнології дозволяє за 12 місяців зменшити вміст вуглеводнів в грунті і ґрунтовій ЗО воді на 9 3 - 9 8 % при початковому забрудненні 118000 мг/кг грунту, а також очищати площі до 200 га на рік. Зразок Співвідношення Вміст вуглеводнів, Рослинність: При однораз. об грунту біомаса : біогенні мг/кг, через: •н- - є, + - поява, робці через 12 — немає МІСЯЦІВ елементи : вуглеводні, мг.мг.мг 2 місяці 12 міс. 2 міс. 12 міс, Вміст В В Рослинність 0:0:50000 40000 26000 _ 26000 1 10:50:50000 12650 600 ++ 9370 2 50:50:50000 12490 612 ++ 9370 3 50:100:50000 9870 530 ++ 8800 4 50:500:50000 6220 240 + 3840 + 5 50:1000:50000 4430 115 + 2230 + 6 50:1250:50000 3600 92 + 7 50-.2500-.5О000 2970 90 + +4 1100 ++ "8 50:10000:50000 2670 89 + 4-4 560 4-+ 9 100:1000:50000 2540 112 + +4 2150 + 10 200:1000:50000 2370 111 •н 2040 Контроль -н 1760 17811 10 Продовження таблиці Зразок Співвідношення Вміст вуглеводнів, Рослинність: При однораз. об грунту біомаса: біогенні мг/кг, через. + + - є, + - поява, робці через 12 — немає місяців елементи: вуглеводні, мпмпмг 2 МІСЯЦІ 12 міс. 2 міс. 12 міс. Вміст ВВ Рослинність 11 500:1000:50000 1980 107 + 12 1000:1000:50000 1600 110 13 500:12500:50000 1040 14 1000:25000:50000 930 Упорядник Замовлення 4252 2030 ++ -н ++ ++ 1980 ++ 83 ++ н 90 ++ 80 +•+ ++ 87 ++ Техред М. Келемеш Коректор М. Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101