Oprema za rekultivaciju naftom zagađenog zemljišta. Kanadski metod rekultivacije naftom kontaminiranih zemljišta. Studija toksičnosti tla

Rotar O.V. 1, Iskrizhitskaya D. V. 2, Iskrizhitsky A. A. 3

1 Kandidat hemijskih nauka, vanredni profesor, Nacionalni istraživački Tomski politehnički univerzitet, 2 student master studija, Nacionalni istraživački Tomski politehnički univerzitet, 3 glavni specijalista, Tomski istraživački i projektantski institut za naftu i gas

BIOLOŠKA REKLAMIRANJE ULJE ZAGAĐENOG TLA

anotacija

Proučavan je mehanizam prodiranja i distribucije ulja po horizontima tla, te su identificirani produkti razgradnje ulja u tlu. Utvrđena je efikasnost rekultivacije industrijskog biološkog proizvoda „Microzim“.

Ključne riječi: ulje, biološki preparat "Microzyme", identifikacija

Rotar O.V. 1, Iskižitskaja D.W. 2, Iskrizhitsky A.A. 3

1 doktor hemije vanredni profesor Nacionalni istraživački Tomski politehnički univerzitet, 2 dodiplomski, Nacionalni istraživački Tomski politehnički univerzitet, 3 viši specijalista, Tomsk naučnoistraživački i projektantski institut za naftu i gas

BIOLOŠKIREVEGETACIJAPETROZAGAĐENO ZEMLJISTE

Abstract

Svrha datog rada je istraživanje mehanizma prodiranja i distribucije nafte na horizontima tla; identifikacija produkata raspadanja ulja u zemlji. Definicija efikasnostirevegetacijaradi sa upotrebom industrijskog biološkog proizvoda “Microzim”.

Ključne riječi: ulje, biološki proizvod “Microzim”, Identifikacija

Ekstrakcija, transport, skladištenje i rafinacija nafte i naftnih derivata vrlo često postaju izvori zagađenja životne sredine. Zagađenje naftom razlikuje se od mnogih drugih antropogenih utjecaja po tome što ne proizvodi postupno, već, u pravilu, „radio“ opterećenje okoliša, što uzrokuje brzu reakciju. Melioracija je ubrzanje procesa samopročišćavanja koji koristi prirodne rezerve ekosistema: klimatske, mikrobiološke, pejzažne i geohemijske. Važnu ulogu ima i sastav ulja, prisustvo pratećih soli i početna koncentracija zagađivača.

Kako bi se povećala stopa sanacije zemljišnih ekosistema i, kao rezultat toga, smanjio njihov negativan utjecaj, koriste se različite tehnologije za obnovu tla zagađenog uljem. Stoga su tehnologije klasifikovane u in situ i ex situ kategorije.

Ex situ tehnologije se koriste za tretiranje kontaminiranog tla koje je prethodno uklonjeno s površine određenog područja zemljišta. Ova metoda omogućava korištenje složenih tehnika obrade koje mogu biti efikasne i brzo djelujuće, sigurnije za podzemne vode, životinjski i biljni svijet.

In situ tehnologije imaju prednosti zbog njihove direktne primjene na mjestu kontaminacije. Rezultat je smanjen rizik od izloženosti ljudi i okoliša zagađivačima tokom vađenja, transporta i sanacije kontaminiranih tla, što rezultira uštedama. Biološke metode rekultivacije uključuju poljoprivrednu obradu tla, bioremedijaciju, fitomelioraciju i prirodnu razgradnju toksikanata u tlu. Metoda bioremedijacije zasniva se kako na stimulativnom djelovanju autohtonih mikroorganizama u tlu, tako i na djelovanju prethodno kultivirane bakterijske biomase u obliku bioloških preparata.

Najefikasnija metoda neutralizacije naftnih derivata pronađenih u otpadnim vodama i tlu je biotehnologija, koja se zasniva na oksidaciji naftnih derivata mikroorganizmima koji mogu koristiti naftne derivate kao izvor energije. Tradicionalne metode rekultivacije, kao što su kopanje, spaljivanje ili grabljanje i uklanjanje kontaminiranog sloja, sada su zastarjele i neefikasne. Kada se ulje sagori, akumuliraju se otrovne i kancerogene tvari; prilikom iskopa - usporavanje procesa razgradnje nafte, formiranje unutarzemljišnih tokova nafte i formacijskog fluida, te kontaminacija podzemnih voda. Dakle, mehaničke i fizičke metode ne mogu uvijek osigurati potpuno uklanjanje nafte i naftnih derivata iz tla, a proces prirodnog razlaganja zagađenja u tlima je izuzetno dug.

Razgradnja nafte i naftnih derivata u tlu u prirodnim uvjetima je biogeokemijski proces, u kojem je glavni i odlučujući značaj funkcionalna aktivnost kompleksa zemljišnih mikroorganizama koji osiguravaju potpunu mineralizaciju nafte i naftnih derivata do ugljičnog dioksida i vode. Budući da su mikroorganizmi koji oksidiraju ugljovodonike trajne komponente biocenoza tla, javila se prirodna želja da se njihova katabolička aktivnost iskoristi za obnavljanje tla kontaminiranih uljem.

Biološka rekultivacija je rekultivacija koja se vrši nakon mehaničkog čišćenja zemljišta od masivne mase nafte, a zasnovana je na intenziviranju mikrobiološke degradacije zaostalih ugljovodonika.

Svrha ove studije sastoji se od proučavanja mehanizma prodiranja i distribucije nafte i produkata njenog raspadanja u tlu, kao i utvrđivanja efikasnosti čišćenja uljem zagađenog zemljišta biološkim preparatom „Microzim“.

Biološki preparati su aktivna biomasa mikroorganizama koji koriste naftne ugljovodonike kao izvor energije i pretvaraju ih u organsku materiju sopstvene biomase. Studija je provedena na modelskim sistemima koji simuliraju zagađenje tla različitog stepena. Cilj studije bio je da se izvrši uzorkovanje tla kako bi se odredila zaostala količina ulja i identificirali produkti razgradnje.

Neophodan uslov za eksperiment bila je usklađenost sa faktorima svojstvenim prirodnim uslovima. Otpuštanje kontaminiranog tla povećava difuziju kisika u agregate tla, smanjuje koncentraciju ugljikovodika i potiče ravnomjernu distribuciju komponenti ulja i naftnih derivata u tlu.

Identifikacija produkata razgradnje određena je plinsko-tečnom hromatografijom i ultraljubičastom spektroskopijom.

Glavni rezultati

Optimalna temperatura za razgradnju nafte i naftnih derivata u zemljištu je 20°-37°C. Navodnjavanjem je postignut povoljan vodni režim. Poboljšanje vodnog režima dovodi do poboljšanja agrohemijskih svojstava tla, a posebno utiče na aktivno kretanje nutrijenata, mikrobiološku aktivnost i aktivnost bioloških procesa. Utvrđena je velika heterogenost u distribuciji naftnih komponenti, koja zavisi od fizičko-hemijskih svojstava pojedinih tla, kvaliteta i sastava izlivene nafte.

Istraživanja su pokazala da se raspodjela ulja u tlu odvija prema profilu horizonta. U zavisnosti od sastava i strukture tla, njegove poroznosti, vodopropusnosti i kapaciteta vlage, ulje se, kao mješavina hemijskih spojeva, distribuira na različite dubine. Frakcije bitumena su zabilježene na dubini od 7 cm, smolaste frakcije - 12 cm, lake frakcije -24 cm, vodotopiva jedinjenja pronađena su na dubini od 39 cm. Sadržaj ulja u tlu naglo opada u prvim mjesecima nakon kontaminacije. - za 40 - 50%. Nakon toga, ovaj pad se odvija veoma sporo. Oksidacija ugljovodonika do CO 2 i H 2 O odvija se u fazama kroz formiranje niza međuproizvoda. Koristeći plinsko-tečnu hromatografiju, utvrđeno je da su takvi produkti kisikovi spojevi: alkoholi, organske kiseline, aldehidi.

Smolaste tvari, spojevi s atomima sumpora i dušika, dobiveni kao rezultat transformacije ugljikovodičnih sirovina, ne migriraju i dugo ostaju u tlu.

Sastav i odnos metaboličkih produkata ovise o sastavu izvornog ulja i zemljišno-klimatskih uslova. U iskustvu proučavanja procesa destrukcije ugljovodonika lekovima mikroorganizama koji oksidiraju ulje, uticaj na ove procese klimatskih uslova regiona, koje karakterišu oštre i duge zime, kratka, ali ponekad vruća leta i kratko proleće. jesenji period, uzet je u obzir. Stoga su, da bi se proučavani uslovi približili stvarnim, korišćena klimatska komora, rashladni uređaj i prirodni uslovi. Lijek je dodat uzorcima tla sa sadržajem zaostalog ulja od 20%. Uzorci su čuvani na temperaturi od 18°-20°C 10 dana, a zatim stavljeni u zamrzivač i držani na temperaturi od -20°C da bi se simulirali zimski uslovi 60 dana. Kao što su zapažanja pokazala, nakon što je lijek ostao u komori, efikasnost njegovog rada se neznatno smanjila (8-11%). Dakle, možemo zaključiti da je moguće primijeniti lijekove u kasnu jesen, koji mogu početi djelovati u proljeće kada se stvore povoljni uslovi za njihovu životnu aktivnost.

Kisela sredina negativno utječe na enzimski aparat stanica, a to može usporiti procese razgradnje naftnih derivata. Kiselost tla je prethodno određena i korigirana dodavanjem izračunate količine vapna u tlo.

Za stimulaciju mikroflore tla u agrotehničkoj fazi rekultivacije korištena su kompleksna mineralna gnojiva (nitroamofoska, nitrofoska) u dozi od 100-120 kg dušika po 1 ha.

Korišten je bakterijski preparat “Microzyme” koji je biološki destruktor naftnih ugljikovodika nove generacije, a koncentrirani je biološki proizvod jedinstvenih sojeva mikroorganizama koji oksidiraju ugljovodonike, kompleks mineralnih soli i enzima. Mikroorganizmi u procesu života aktivno sintetiziraju vlastite enzime i biološke surfaktante koji ubrzavaju razgradnju zagađivača i olakšavaju njegovu mikrobiološku asimilaciju. Postoji aktivna biohemijska razgradnja nafte i naftnih derivata na CO 2, H 2 O i ekološki prihvatljive produkte mikrobnog metabolizma.

Prema kriteriju maksimalne potrošnje ugljovodonika, efikasnost prečišćavanja je 50% ulja u roku od 14 dana nakon prvog tretmana tla biološkim proizvodom, do 85% tokom prvog mjeseca i do 98% u roku od mjesec dana nakon ponovljenog tretmana. Brzina biološke razgradnje ugljovodonika u realnim uslovima zavisi od pravilnosti i intenziteta pristupa kiseoniku. Potrošnja 99% ugljovodonika u realnim uslovima postiže se u periodu od 2 meseca pri niskim i do 4 meseca pri visokim koncentracijama naftnih derivata. 24 sata nakon nanošenja lijeka na tlo, postiže se nivo mikrobiološke aktivnosti, karakteriziran aktivnim oslobađanjem CO 2.

Tretiranje tla biološkim proizvodom značajno aktivira procese samopročišćavanja tla, obnavlja režim kisika tla i intenzivira aktivnost hidrolitičkih i redoks enzima u prvih 10-14 dana (Tablica 1).

Tabela 1 - Efikasnost lijeka "Microzim" u uzorcima s različitim nivoima početne kontaminacije

Na oglednim lokacijama sa visokim nivoom zagađenja uočene su razlike u rezultatima biorazgradnje nafte. Sprovođenje samo agrotehničkih mjera (frezenje, primjena mineralnih đubriva) efikasno je samo na područjima starih izlijevanja ili na lokacijama sa niskim stepenom zagađenja uljem.

Tabela 2 - Efikasnost rekultivacionih mjera na području sa visokim stepenom zagađenja

Sprovođenje samo agrotehničkih mjera utiče na smanjenje nivoa zagađenja za 15-20% tokom jedne sezone, pomaže samo lijek "Microzim" - do 40% i složena rekultivacija (agrotehničke mjere i upotreba biološkog proizvoda). očistiti tlo za 60-80% u toku jedne sezone rada. Učinkovitost mjera rekultivacije prikazana je u tabeli. 2.

Tako dolazi do biološkog ciklusa: razgradnje ugljovodonika koji zagađuju tlo mikroorganizmima, odnosno do njihove mineralizacije nakon čega slijedi humifikacija.

Književnost

1. Vragov A.V., Knyazeva E.V., Nurtdinova L.A. Melioracija zemljišta. NSU, ​​Novosibirsk, 2000. 67 str.

2. Bulatov A.I., Makarenko P.P., Shemetov V.Yu. Priručnik inženjera zaštite životne sredine u industriji nafte i gasa o metodama za analizu zagađivača životne sredine: Za 3 sata. – M: Nedra-Poslovni centar doo, 1999.- 2. dio: Tlo.- 634 str.

3. Rotar O.V., Iskrizhitsky A.A. Neki aspekti biološke rekultivacije Ekološka podrška naftnih i gasnih polja. RAS SB Novosibirsk: 2005.S. 83-96.

4. Smetanin V.I. Rekultivacija i poboljšanje poremećenog zemljišta. -M: Kolos, 2000. 96 str.

2.3 Metode bioindikacije i biotestiranja tla

Biodijagnostika antropogenih promjena je metoda brze analize i, osim toga, pruža sveobuhvatnu procjenu ekološkog stanja tla. Postoji mnogo bioloških indikatora koji se mogu koristiti za procjenu stanja tla. Najvažniji su integralni pokazatelji biološke aktivnosti: toksičnost, „disanje“, količina slobodnih aminokiselina i proteina. Intenzitet disanja tla je izuzetno varijabilna vrijednost i zavisi od velikog broja faktora (temperatura, vlažnost, stanje fitocenoze itd.). Da bi se procenio uticaj zagađenja na životnu sredinu, potrebno je uporediti podatke dobijene na različitim lokacijama u najbližim mogućim uslovima. Drugi pokazatelji, na primjer, enzimska aktivnost, također su informativni.

Ulazak nafte i naftnih derivata u tlo dovodi do promjene aktivnosti glavnih enzima tla, što utiče na razmjenu dušika, fosfora, ugljika i sumpora (Kireeva, Novoselova i sar., 2001). Trajne promjene aktivnosti određenih enzima tla mogu se koristiti kao dijagnostički pokazatelji onečišćenja tla uljem. Grupa enzima, koji se zajednički nazivaju ureaze tla, pogodna je za ovu svrhu. Prvo, oni su manje podložni utjecaju drugih okolišnih čimbenika i, drugo, postoji jasna ovisnost njihove aktivnosti o stupnju onečišćenja tla (Kireeva, Vodopyanov et al., 2001).

Upotreba mikroorganizama za procjenu integralne toksičnosti tla i stvaranje na njihovoj osnovi sveobuhvatnog sistema osjetljivih, pouzdanih i ekonomičnih biotestova je obećavajuće područje istraživanja. Mnoge fiziološke grupe mikroorganizama u tlu pokazuju osjetljivost na naftne ugljovodonike.

Ukupan broj mikroorganizama, po pravilu, prilično jasno odražava mikrobiološku aktivnost tla, brzinu razgradnje organske tvari i ciklus mineralnih elemenata. Na osnovu ovog pokazatelja može se suditi ne samo o stepenu kontaminacije tla uljem, već io njegovoj potencijalnoj sposobnosti oporavka, kao io procesima razgradnje ulja u prirodnim uslovima i prilikom rekultivacije kontaminiranog tla (Kireeva, 1995).

Zagađenje uljem također može doprinijeti akumulaciji u tlu mikroskopskih gljiva koje uzrokuju biljne bolesti i fitotoksine (Kireeva, Kuzyakhmetov et al., 2003). Ova posljednja okolnost igra važnu ulogu u razvoju mjera fitomelioracije naftom kontaminiranih zemljišta.

Direktan uticaj ulja na vegetaciju je usporavanje rasta biljaka, poremećene funkcije fotosinteze i disanja, uočavanje različitih morfoloških poremećaja, ozbiljno zahvaćeni korijenski sistem, listovi, stabljike i reproduktivni organi. Operativne informacije o fitotoksičnosti kontaminiranog tla mogu se dobiti korištenjem sjemena biljaka i sadnica kao test objekata. Kako bi se olakšalo provođenje testova toksičnosti, sjeme se bira prema veličini i brzini klijanja. Često se koriste sjemenke rotkvice, potočarke, kukuruza i žitarica. Funkcija testiranja uključuje indikatore klijavosti sjemena, gustine sadnica i vremena nicanja, te stope izduženja klijanaca, od kojih se posljednja smatra najosjetljivijom.

U prirodnim ekosistemima, zemljišni beskičmenjaci se široko koriste za praćenje na nivou kompleksa vrsta (Trublaevich i Semenova, 1997).

Set test objekata iz sjemena biljaka, mikroorganizama, zemljišnih beskičmenjaka i enzima može se koristiti u cijelosti ili djelomično, ovisno o svrsi istraživanja i stepenu uljne kontaminacije tla. Ako uzorci sa ljuskom tla i aktivnošću enzima daju dobru kvantitativnu karakteristiku toksičnosti tla pri niskom i srednjem stupnju kontaminacije, onda su mikrobiološka ispitivanja pogodna za opisivanje stanja jako zagađenih, visoko toksičnih tla (Kireeva, 1995).

3. Metode obnavljanja ekosistema tla zagađenog uljem

Zagađenje naftom razlikuje se od mnogih drugih antropogenih utjecaja po tome što ne proizvodi postupno, već, u pravilu, „radio“ opterećenje okoliša, što uzrokuje brzu reakciju. Kada se procjenjuju posljedice takvog zagađenja, nije uvijek moguće reći hoće li se ekosistem vratiti u stabilno stanje ili će biti nepovratno degradiran. U svim aktivnostima koje se odnose na otklanjanje posljedica zagađenja i sanaciju poremećenog zemljišta potrebno je poći od glavnog principa: ne nanijeti veću štetu ekosistemu od one koja je već uzrokovana zagađenjem. Suština obnove kontaminiranih ekosistema je maksimalna mobilizacija unutrašnjih resursa ekosistema za obnavljanje njegovih izvornih funkcija. Samoizlječenje i rekultivacija su neodvojivi biogeohemijski proces.

Prirodno samopročišćavanje prirodnih objekata od zagađenja naftom je dugotrajan proces, posebno u uslovima Sibira gdje niske temperature traju dugo vremena. S tim u vezi, razvoj metoda čišćenja tla od zagađenja ugljovodonicima naftom jedan je od najvažnijih zadataka u rješavanju problema smanjenja antropogenog utjecaja na okoliš.

Klasifikacija metoda za remedijaciju tla kontaminiranih naftom i naftnim derivatima

Melioracija je skup mjera usmjerenih na vraćanje produktivnosti i ekonomske vrijednosti poremećenog i kontaminiranog zemljišta. Zadatak rekultivacije je da se sadržaj naftnih derivata i drugih toksičnih supstanci povezanih s njima svede na siguran nivo, da se povrati produktivnost zemljišta izgubljena kao rezultat zagađenja (Reimers, 1990). Trenutno je razvijen niz metoda za eliminaciju uljne kontaminacije tla, uključujući mehaničke, fizičko-hemijske i biološke metode (Tabela 3.1).

Tabela 3.1 – Metode za otklanjanje uljne kontaminacije tla (Kolesnichenko, 2004).

Donedavno, najčešći i najjeftiniji način eliminacije zagađenja nafte bilo je jednostavno spaljivanje. Ova metoda je neefikasna i štetna iz dva razloga: 1) sagorevanje je moguće ako nafta leži na površini u debelom sloju ili se skuplja u rezervoarima za skladištenje; tlo ili tlo zasićeno njime neće sagoreti; 2) na mjestu spaljenih naftnih derivata, produktivnost tla se u pravilu ne obnavlja, a među proizvodima sagorijevanja koji ostaju na mjestu ili se raspršuju u okolišu pojavljuju se mnoge otrovne, posebno kancerogene tvari (Gritsenko, Akopova, 1997. ).

Čišćenje tla i tla u posebnim instalacijama pirolizom ili ekstrakcijom parom je skupo i neefikasno za velike količine tla. Potrebna su velika iskopavanja, zbog čega je prirodni krajolik narušen, a nakon termičke obrade u očišćenom tlu mogu ostati novonastali policiklični aromatični ugljovodonici, izvor kancerogene opasnosti (Pikovsky, 1993).

Kopanjem se usporavaju procesi razgradnje naftnih ugljovodonika, što dovodi do stvaranja unutarzemljišnih tokova nafte i formacijskog fluida i kontaminacije podzemnih voda. Skladištenje kontaminiranog tla stvara džepove sekundarnog zagađenja.

Visokokvalitetno uklanjanje zagađivača nafte pri visokim nivoima zagađenja često je nemoguće bez upotrebe različitih vrsta sorbenata. Među mogućim sirovinama za proizvodnju sorbenata, najatraktivnije su prirodne organske sirovine i proizvodni otpad biljnog porijekla. Takve sirovine uključuju treset, sapropele, otpad od prerade poljoprivrednih kultura itd. Na osnovu takvih sirovina, na primjer, razvijeni su sorbenti kao što su "Sorbest", "RS", "Lessorb" itd. (Kolesnichenko, 2004.) .

Postoji tehnologija za čišćenje tla i podzemnih voda ispiranjem tenzida. Ova metoda može ukloniti do 86% nafte i naftnih derivata. Teško da je preporučljivo koristiti ga u većim razmjerima, budući da tenzidi sami zagađuju okoliš te će biti problema s njihovim prikupljanjem i odlaganjem (Pikovsky, 1993).

Zagađenje tla i vode uljem, koje je posljednjih godina sve češće, nanosi veliku štetu okolišu. Jedna od najvažnijih mjera zaštite okoliša u cilju vraćanja plodnosti naftom zagađenog zemljišta je rekultivacija. Primena sorpciono-bioloških tehnologija na bazi sfagnuma poslednjih godina dala je odlične rezultate.

Uzroci zagađenja naftom

Do izlivanja nafte može doći kako prilikom proizvodnje, transporta i skladištenja, tako i prilikom prerade i upotrebe u tehnološkim procesima. Osim toga, uzroci zagađenja uljem često su fizičko istrošenost opreme ili njena mehanička oštećenja. Vodeće pozicije po broju hitnih izlijevanja nafte i naftnih derivata zauzimaju magistralni i terenski produktovodi. Velika većina hitnih slučajeva ovdje je povezana s korozijom opreme i nekvalitetnim građevinskim i instalaterskim radovima, samo mali dio je zbog grešaka u proizvodnji i grešaka u radu.

Zakonodavstvo o zaštiti okoliša Ruske Federacije zahtijeva da se izlijevanje nafte i naftnih derivata što prije lokalizuje i eliminira i da se zaostali sadržaj ugljovodonika u okolišu dovede na prihvatljiv nivo. Moraju se izvesti radovi na povratu zemljišta koje je u potpunosti ili djelomično izgubilo produktivnost kao rezultat izlijevanja nafte. Rekultivisana zemljišta i susjedne teritorije i akumulacije nakon završetka cjelokupnog kompleksa radova treba da predstavljaju optimalno organizovan i ekološki uravnotežen održivi pejzaž. Prema Uredbi Vlade Ruske Federacije „O hitnim mjerama za sprječavanje i otklanjanje hitnih izlivanja nafte i naftnih derivata“, svako preduzeće mora izraditi plan za prevenciju i odgovor na hitno izlivanje nafte i naftnih derivata (OSRP). Međutim, u praksi, većina preduzeća ne samo da nije razvila OSRP, već i nemaju na raspolaganju tehnička sredstva i materijale da eliminišu hitno izlivanje nafte i naftnih derivata.

Metode za lokalizaciju i otklanjanje hitnih izlivanja nafte

Mehaničke metode za lokalizaciju i otklanjanje hitnih izlijevanja nafte omogućavaju prikupljanje najvećeg dijela izlivenih ugljikovodika s površine tla i vode pomoću specijaliziranih mehanizama i uređaja. Istovremeno, impresivan dio ugljikovodika se apsorbira u tlo, a nije ih moguće prikupiti mehaničkim metodama. Razvojem nauke i tehnologije počele su se koristiti fizičko-hemijske i biološke metode uz mehaničke metode za otklanjanje izlijevanja nafte. Fizičko-hemijske metode za otklanjanje zagađenja nafte zasnivaju se na upotrebi sorpcionih materijala koji imaju sposobnost da apsorbuju naftu. Ovi materijali se mogu podijeliti na adsorbente i apsorbente ovisno o mehanizmu apsorpcije ulja. Zauzvrat, svaki od ovih materijala razlikuje se po svom porijeklu, disperziji, kapacitetu ulja, uzgonu, kapacitetu vlage i drugim pokazateljima.

Danas se koriste neorganski i organski sorbenti prirodnog i sintetičkog porijekla. Mnogi sorbenti su univerzalni jer su sposobni apsorbirati prilično širok raspon naftnih derivata. U posljednje vrijeme, pri odabiru sredstava za uklanjanje hitnih izlijevanja i njihovih posljedica, sve se više daje prednost sorbentima koji ne samo da mogu dobro apsorbirati naftu i naftne derivate, već ih i razgraditi na jednostavne i sigurne tvari - ugljični dioksid i vodu. U ovom slučaju, proces biorazgradnje naftnih derivata se ostvaruje prirodnim putem uz pomoć mikroorganizama. Za ubrzanje biorazgradnje naftnih derivata, uz sorbente, mogu se koristiti i biološki proizvodi koji sadrže kolonije različitih mikroorganizama koji biološki razaraju naftne derivate.

Rice. 1. Dinamika smanjenja sadržaja ugljovodonika u uljem kontaminiranom tlu u odnosu na početni sadržaj nakon 2 tjedna

Rekultivacija tla i vodnih tijela korištenjem biorazgradivih sorbenata

Izlivanje nafte može uništiti floru i faunu i uzrokovati mutaciju mikroorganizama koji žive u tlu i vodi. Obnova vegetacije na tlima zagađenim uljem je usporena ili uopće nije moguća.

Rekultivacija naftom zagađenog zemljišta je primarni zadatak u otklanjanju posljedica izlijevanja nafte i naftnih derivata. 95,9% ukupne količine naftom zagađenog zemljišta zahtijeva rekultivaciju. Svake godine se površina poremećenog zemljišta koje zahteva rekultivaciju povećava za 10 hiljada hektara godišnje.
Vrijedi podsjetiti na jedan nedavni primjer: 25. aprila 2012. godine, zbog ilegalnog otvaranja cjevovoda pribajkaljskog pogona Rosrezerva, preko 300 tona naftnih derivata završilo je u Angari. Trenutno je curenje otklonjeno, ali koncentracija zagađenja, kako navodi Rosprirodnadzor, premašuje normu za 20-120 puta, u zavisnosti od udaljenosti od izvora zagađenja.

Dobre stope rekultivacije uljem kontaminiranih površina postižu se upotrebom upijača na bazi modificiranog treseta sfagnum mahovine. Suština modifikacije je da treset tokom tretmana na visokim temperaturama mijenja svoja svojstva od hidrofilnog do hidrofobnog i oleofilnog. Huminska komponenta djeluje kao katalizator aktivnosti nativne biocenoze, značajno povećavajući ovu aktivnost i ubrzavajući njenu interakciju sa ugljovodonicima. Nakon biološke razgradnje ugljikovodika, tresetna kapsula prelazi u hidrofilno stanje i počinje apsorbirati vodu, kao u normalnim prirodnim uvjetima, postajući korisna komponenta i tla i vode.

Kako bi se potvrdila efikasnost upotrebe apsorbenta na bazi modificiranog treseta sfagnum mahovine na površini vode, provedena su ispitivanja na bazi jedne od ekoloških analitičkih laboratorija. Prilikom ovih ispitivanja određivani su glavni pokazatelji ovog apsorbenta: nasipna gustina, kapacitet ulja, uzgona; Ispitivan je sorpcijski kapacitet upijača ulja na površini vode. Dodatno je izvršena procjena stepena prečišćavanja vodene površine od ulja apsorbentom. Mjerenja zasnovana na fluorimetrijskoj metodi pokazala su da je prosječni rezidualni sadržaj rastvorenog ulja u vodi nakon upotrebe sorbenta za sakupljanje prosutog ulja, dobijen iz tri mjerenja, 0,086 mg/l (0,094; 0,073; 0,091). Ovo u potpunosti odgovara maksimalno dozvoljenoj koncentraciji u vodi objekata gospodarske, pijaće i kulturne upotrebe: maksimalni sadržaj ulja je 0,3 mg/l, ulja sa visokim sadržajem sumpora - 0,1*.

Specijalisti Odsjeka za industrijsku ekologiju Ruskog državnog univerziteta za naftu i plin po imenu. I.M. Gubkin pod vodstvom šefa. Odsjek profesora S.V. Meshcheryakova detaljno je proučavao učinak apsorbera treseta na čišćenje tla od zagađenja uljem. Eksperiment koji je sedam mjeseci vođen u laboratoriji odjela pokazao je da primjena apsorbenta na bazi modificiranog treseta sfagnum mahovine prilikom rekultivacije tla kontaminiranih uljem dovodi do značajnog smanjenja sadržaja ugljovodonika u tlu, smanjenja indikatori toksičnosti na pozadinske vrijednosti i gotovo potpuna redukcija inhibicije rasta biljaka. To znači da upotreba apsorbenta na bazi modificiranog treseta sphagnum mahovine u kratkom vremenu normalizuje ekološku situaciju na mjestu odgovora na izlijevanje nafte.

Dvije sedmice nakon početka eksperimenta, u dva uzorka uz korištenje sorbenta u omjeru ulje/apsorbent 1:1 i 4:1 uz dodatak kompleksnog zrnastog đubriva, sadržaj ugljikovodika je smanjen za 73%, odnosno 67%, i nakon 6 meseci - za 94,3% i 94%, respektivno (slika 1). U preostalim uzorcima u sličnom dvonedeljnom periodu ova brojka je iznosila 15-47%, a dalje smanjenje količine ugljovodonika u uzorcima bez upijača je usporeno. Prema normama Khanty-Mansi autonomnog okruga, uzorci koji koriste sorbent u omjerima s uljem 1:1 i 1:4 omogućavaju da se zemljište s takvim pokazateljima prihvati u promet. Za procjenu melioracije s biološke točke gledišta, provedeno je više dodatnih istraživanja o djelovanju sorbenta na bazi modificiranog treseta sfagnum mahovine na proces melioracije.

Rice. 2. Utjecaj apsorbenta na pozadini zagađenja uljem na toksičnost tla u dinamici (testni objekt - ciliates Paramecium Caudatum)

*1. Uredba Vlade Ruske Federacije br. 613 od 21.08.2000 „O hitnim mjerama za sprečavanje i otklanjanje hitnih izlivanja nafte i naftnih derivata” (sa izmjenama i dopunama od 15.04.2002. br. 240).
2. Naredba Ministarstva prirodnih resursa br. 144 iz 2003. godine „O unapređenju rada u oblasti suzbijanja izlivanja nafte“.
3. Izvještaj o rezultatima studije Odsjeka za industrijsku ekologiju FHTE Ruskog državnog univerziteta za naftu i plin po imenu. I. M. Gubkina "Proučavanje uticaja apsorbera treseta na čišćenje tla od zagađenja uljem." - M., 2008.
4. GN 2.1.5.1315-03 “O maksimalno dozvoljenoj koncentraciji hemijskih supstanci u vodnim tijelima za upotrebu u domaćinstvu, vodi za piće i kulturu” od 04.03.98.

Studija toksičnosti tla

U ranim fazama eksperimenta, toksičnost tla dostigla je visok nivo. Nakon 3 mjeseca, u svim uzorcima u kojima je korišten modificirani sorbent sfagnum mahovine, nivo toksičnosti se približio nuli (slika 2).

Aktivnost mikrobiocenoze tla

Inhibicija mikrobiocenoze tla uočena je tijekom cijelog eksperimenta u svim uzorcima. Izuzetak je uzorak u kojem je doza apsorbenta maksimalna (proporcija sa uljem 1:1). Uzorci u kojima je proporcionalni odnos ulja i upijača bio 4:1, 2:1 i 4:1 uz upotrebu đubriva mogu se smatrati sigurnim u završnoj fazi eksperimenta, gde inhibicija neznatno prelazi dozvoljenu vrednost od 30 % (slika 3).

Rice. 3. Utjecaj apsorbenta na pozadini zagađenja uljem na aktivnost mikrobiocenoze tla u dinamici

Fitocenotski indikatori

Proučavanjem fitocenotskih pokazatelja biljaka žitarica utvrđena je toksičnost tla svih oglednih uzoraka. Toksičnost tla je manje izražena u uzorcima koji koriste apsorbent. Sve biljke koje su sudjelovale u eksperimentu (pšenica, zob, rotkvice i kosina trava) imale su izraženu supresiju korijenskog sistema zbog toksičnosti tla. Pokazalo se da je sjeme pšenice najosjetljivije na zagađenje uljem. Nadzemni dijelovi biljaka su također depresivni. Povećanjem količine apsorbenta u kontaminiranom tlu (proporcionalni odnos sa uljem 2:1 i 1:1), inhibicija je blago opala. Najbolji učinak (slika 4) prema rezultatima sveobuhvatnih studija zabilježen je za dva uzorka: prvi - sa umjerenom dozom apsorbenta na bazi modificiranog treseta mahovine sphagnum (omjer prema ulju 4:1) na pozadini gnojiva; drugi - sa maksimalnom dozom istog apsorbenta (proporcija sa uljem 1:1). Kao rezultat provedenih bioloških studija, otkriveno je da, unatoč smanjenju razine ugljikovodika u tlu zagađenom uljem bez upotrebe apsorbenta, nije osigurana puna vitalna aktivnost biljaka.

Rice. 4. Fitocenotski pokazatelji trave za padine (trajanje uzgoja - 30 dana)

U cilju utvrđivanja efikasnosti melioracije korišćenjem apsorbenta, rađena su istraživanja o mogućnosti biorazgradnje zagađenja naftom i bušotinom. Rezultati su pokazali da je količina naftnih derivata u prototipovima smanjena za 78%. Potom je nivo naftnih derivata u ispitivanim uzorcima nastavio da opada i nakon 100 dana približio se maksimalno dozvoljenim koncentracijama (vidi tabelu).

Table 1. Procjena sadržaja bušenog otpada prije i nakon upotrebe upijača

* ODKNP (posebno dozvoljena koncentracija naftnih derivata u jednom subjektu Federacije) = 1000 mg/kg.

Visoke stope pročišćavanja naftom zagađenog zemljišta i vodnih tijela korištenjem sorbenta na bazi modificiranog treseta sphagnum mahovine poslužile su kao osnova za njegovo uvođenje u standardnu ​​proceduru rekultivacije tla i vodnih tijela od nafte/naftnih proizvoda i bušotina u blizini najveća preduzeća. Primjer je korištenje upijača na zemljištima zagađenim naftom jednog od poduzeća u Khanty-Mansijskom autonomnom okrugu (vidi fotografiju). Prije upotrebe upijača, sadržaj ulja u zemljištu bio je 28%. 45 dana nakon dodavanja sorbenta, sadržaj naftnih derivata smanjen je za 20% i iznosio je 5,8%, što je manje od maksimalno dozvoljene koncentracije za Hanti-Mansijski autonomni okrug (6%).

Melioracija se može smatrati završenom nakon stvaranja guste i stabilne trave, dok koncentracija zaostalih naftnih derivata sa vrijednostima koeficijenta oksidacije ulja većim od 90% ne bi trebala prelaziti prosjek za lokalitet od 8,0% u organskom tlu i 1,5%. % u mineralnim i mešovitim zemljištima.

Sagledavanje cjelokupnog eksperimenta u dinamici razvoja omogućava nam da zaključimo da se rekultivacija tla kontaminiranih naftom odvija brže i efikasnije uz korištenje biorazgradivih sorbenata. Osim toga, biorazgradivi sorbenti imaju pozitivan učinak na razvoj biljaka na zemljištima zagađenim uljem. Posebno se dobro pokazao sorbent na bazi modificiranog treseta sphagnum mahovine.

Sorbent pomaže u normalizaciji ekološke situacije na mjestu hitnog izlijevanja nafte, kako na tlu tako i na vodi. Dovoljno ga je rasuti na mjestu izlijevanja nafte i ostaviti neko vrijeme. Ubrzava procese rekultivacije naftom zagađenih zemljišta i akumulacija, čišćenja tla od otpada iz bušotina, njegova upotreba je opravdana ne samo s ekonomskog nego i ekološkog gledišta, što potvrđuju eksperimenti.

Pronalazak se odnosi na sanaciju zemljišta zagađenog naftom. Metoda rekultivacije naftom kontaminiranog zemljišta uključuje nanošenje materijala na površinu naftom zagađenog zemljišta. Upotrebljeni materijal je istrošeni propant u obliku kuglica gustine veće od 10 3 kg/m 3 koje se probijaju kroz uljem zagađeno tlo. Primena ove metode omogućava povećanje efikasnosti rekultivacije naftom zagađenog zemljišta, kao i zbrinjavanje otpada iz industrije nafte i gasa.

Pronalazak se odnosi na oblast ekologije i može se koristiti u obnovi naftom zagađenog zemljišta.

Poznata je metoda za rekultivaciju poremećenog tla (RU 2044434 C1), koja je prototip predložene metode, koja uključuje polaganje organskog supstrata dobijenog od dehidriranog mulja i kore na rekulviranu površinu tla. Nakon polaganja kompost se odozgo prekriva slojem pijeska ili zemlje.

Nedostatak ove metode je potreba za korištenjem pijeska ili tla, što povećava materijalne troškove korištenja tehnologije.

Svrha predložene metode je povećanje efikasnosti procesa rekultivacije naftom zagađenog zemljišta, kao i zbrinjavanja otpada iz industrije nafte i gasa.

Otpad industrije nafte i gasa odnosi se na materijal koji se koristi u hidrauličnom frakturisanju. Ovaj materijal ima okrugli oblik u obliku kuglica s gustinom većom od 10 3 kg/m 3.

Najpogodniji materijal je istrošeni propant, koji može biti predstavljen u obliku aluminosilikatnog ili silikatnog materijala. Nakon hidrauličkog frakturiranja, dio propanta se oslobađa na površinu i formira otpad koji se skladišti na površini jastučića bunara.

Predložena metoda rekultivacije zemljišta zagađenog naftom je da se loptice gustoće veće od 10 3 kg/m 3 uzmu i nanesu na površinu naftom kontaminiranog zemljišta pomoću poznate opreme.

Kuglice se probijaju kroz uljni film, stvarajući mnoge rupe, što osigurava protok zraka i vlage u tlo, što ubrzava proliferaciju autohtonih mikroorganizama. Kao rezultat, zagađenje naftom se degradira i poremećena zemljišta se obnavljaju.

Metoda rekultivacije naftom zagađenog zemljišta, koja se sastoji u nanošenju materijala na površinu naftom kontaminiranog zemljišta, naznačena time što je upotrijebljeni propant u obliku kuglica gustine veće od 10 3 kg/m 3, koji se probijaju kroz tlo zagađeno uljem.

Slični patenti:

Pronalazak se odnosi na oblast zaštite životne sredine i odnosi se na sorbente koji se koriste za čišćenje tla i vodenih tela od raznih hemijskih zagađivača, posebno nafte i naftnih derivata.

Pronalazak se odnosi na biotehnologiju i namijenjen je za provođenje mjera bioremedijacije za uklanjanje ugljikovodičnih zagađivača, prvenstveno ulja i maziva.

Pronalazak se odnosi na poljoprivredu, a posebno na biološku rekultivaciju zemljišta kontaminiranog hemijskim otpadom. .

Pronalazak se odnosi na oblast zaštite životne sredine i može se koristiti u vanrednim situacijama u vezi sa izlivanjem raketnog goriva: nesimetričnog dimetilhidrazina (UDMH), kao i pri čišćenju tla i tla na mestima gde padaju razdvojni stepeni lansirnih vozila.

Izum se odnosi na naftnu industriju i ekologiju i može se koristiti za čišćenje i rekultivaciju onečišćenja tla naftom i naftnim derivatima na poljoprivrednim i industrijskim zemljištima na krajnjem sjeveru pomoću biljaka

Tehnogeni tokovi ugljovodonika u krajolicima, posebno ulja sa slanim vodama, dovode do gubitka produktivnosti zemljišta, degradacije vegetacije i stvaranja pustara. Tla i tla jako kontaminirana naftom i naftnim derivatima karakterišu nepovoljna strukturna i fizičko-hemijska svojstva za njihovu upotrebu u ekonomske svrhe. Oslobađanjem sorbiranih ugljikovodika u obliku otopljenih proizvoda, emulzija ili isparavanja, kontaminirana tla služe kao stalni sekundarni izvor zagađenja ostalih komponenti okoliša: vode, zraka i biljaka.

Melioracija je skup mjera usmjerenih na vraćanje produktivnosti i ekonomske vrijednosti poremećenog i kontaminiranog zemljišta, kao i na poboljšanje uslova životne sredine. Zadatak rekultivacije je smanjiti sadržaj naftnih derivata i drugih toksičnih supstanci povezanih s njima na siguran nivo, vratiti produktivnost zemljišta izgubljenu kao rezultat zagađenja.

Rezultate naučnih istraživanja o melioraciji tla u različitim regijama svijeta objavljuju brojni domaći i strani autori. Prikaz ovih radova, zajedno sa novim podacima, objavljen je u knjizi autorskog tima (Oporavak uljem kontaminiranog..., 1988). Treba napomenuti da istraživanja provedena u različitim zemljišnim i klimatskim uvjetima i različitim metodama često daju dvosmislene ili direktno suprotne rezultate. Period posmatranja je takođe nedovoljan, što ne dozvoljava da se u obzir uzmu posledice preduzetih mera. Trenutno se koristi nekoliko fundamentalno različitih metoda za sanaciju tla kontaminiranih naftom i naftnim derivatima.

Termičke i termoekstrakcione metode. Naftni proizvodi se uklanjaju direktnim sagorevanjem na licu mesta ili u posebnim instalacijama. Najjeftiniji način je spaljivanje naftnih derivata ili ulja na površini tla. Ova metoda je neefikasna i štetna iz dva razloga: 1) sagorevanje je moguće ako nafta leži na površini u debelom sloju ili se skuplja u rezervoarima za skladištenje; tlo ili tlo zasićeno njime neće sagoreti; 2) na mjestu spaljenih naftnih derivata, produktivnost tla se po pravilu ne obnavlja, a među proizvodima sagorijevanja koji ostaju na mjestu ili se raspršuju u okolišu pojavljuju se mnoge otrovne, posebno kancerogene tvari.

Čišćenje tla i tla u posebnim instalacijama pirolizom ili ekstrakcijom parom je skupo i neefikasno za velike količine tla. Prvo, potrebna su velika iskopavanja kako bi se tlo provuklo kroz instalacije i postavilo na svoje mjesto, što rezultira uništavanjem prirodnog krajolika; drugo, nakon termičke obrade, novoformirani policiklični aromatični ugljovodonici, izvor kancerogene opasnosti, mogu ostati u očišćenom tlu; treće, ostaje problem odlaganja otpadnih ekstrakata koji sadrže naftne derivate i druge toksične materije.

Ekstrakcijsko čišćenje tla “t-v^i” površinski aktivnim tvarima. Tehnologija čišćenja tla i podzemnih voda ispiranjem tenzida koristi se, na primjer, u bazama američkih zračnih snaga. Ova metoda može ukloniti do 86% nafte i naftnih derivata; najefikasniji je za duboke vodonosne slojeve kroz koje se filtrira kontaminirana podzemna voda. Njegova upotreba u većim razmjerima nije preporučljiva, budući da tenzidi sami zagađuju okoliš te će biti problema s njihovim prikupljanjem i odlaganjem.

Mikrobiološka sanacija uvođenjem sojeva mikroorganizama.Čišćenje tla i tla unošenjem posebnih kultura mikroorganizama jedna je od najčešćih metoda rekultivacije, zasnovana na proučavanju procesa biorazgradnje nafte i naftnih derivata. Sadašnji nivo poznavanja mikroorganizama sposobnih za asimilaciju ugljovodonika u prirodnim i laboratorijskim uslovima omogućava nam da potvrdimo teorijsku mogućnost regulacije procesa čišćenja uljem zagađenog tla i tla. Međutim, višestepena priroda biohemijskih procesa razgradnje ugljovodonika od strane različitih grupa mikroorganizama, komplikovana raznovrsnošću hemijskog sastava nafte, otežava regulaciju održivog procesa njihove razgradnje. Pri korištenju mikrobioloških metoda nastaju složeni problemi u interakciji populacija unesenih u tlo s prirodnom mikroflorom. Određene poteškoće su povezane sa nedostatkom savremenih tehničkih sredstava i metoda za kontinuirano praćenje i regulaciju multifaktorskog sistema supstrat - mikrobiocenoza - metabolički produkti u realnim uslovima zemljišta.

Upotrebi bakterijskih preparata dobijenih na bazi monokultura izolovanih iz prirodnih sojeva u pojedinim regionima treba pristupati sa oprezom. Poznato je da u razgradnji nafte učestvuje čitava mikrobiocenoza sa karakterističnom strukturom trofičkih veza i energetskog metabolizma, koja učestvuje u razgradnji ugljovodonika u različitim fazama od strane specijalizovanih ekološko-trofičkih grupa (Ismailov, 1988). Stoga, uvođenje monokulture može dovesti samo do prividnog efekta. Osim toga, njegovo suzbijanje lokalne mikrobiocenoze može negativno utjecati na cijeli ekosistem tla i uzrokovati mu više štete nego zagađenje uljem. Mikrobiološki preparati deluju efikasno, po pravilu, u uslovima dovoljne vlage u kombinaciji sa agrotehničkim postupcima (Dyadechko et al., 1990). Ali te iste tehnike stimuliraju razvoj istih sojeva u tlu u kombinaciji sa cjelokupnom mikrobiocenozom, što ubrzava prirodni proces samopročišćavanja.

Metode melioracije zasnovane na intenziviranju procesa samopročišćavanja. Metode melioracije koje stvaraju uslove za rad prirodnih mehanizama samopročišćavanja tla, potisnutih usled velikog zagađenja, najoptimalnije su i najsigurnije za ekosisteme tla. Istraživanja brojnih laboratorija bila su posvećena razvoju ovog koncepta za različite prirodne zone (Obnova naftom zagađenih područja 1988).

Kada se procjenjuju posljedice zagađenja naftom, nije uvijek moguće reći da li će se krajolik vratiti u stabilno stanje ili će biti nepovratno degradiran. Stoga je u svim aktivnostima koje se odnose na otklanjanje posljedica zagađenja i sanaciju poremećenog zemljišta potrebno polaziti od osnovnog principa da se prirodnoj sredini ne nanosi veća šteta od one koja je već prouzrokovana zagađenjem.

Suština koncepta restauracije krajolika je maksimalna mobilizacija njihovih unutrašnjih resursa kako bi se obnovile njihove izvorne funkcije. Samoizlječenje i rekultivacija su neodvojivi biogeohemijski proces. Rekultivacija je nastavak (ubrzavanje) procesa samopročišćavanja, korištenjem prirodnih rezervi – klimatskih, krajobrazno-geohemijskih i mikrobioloških.

Samopročišćavanje i samoizlječenje ekosistema tla kontaminiranih naftom i naftnim derivatima je stepenasti biogeohemijski proces transformacije zagađivača, povezan sa stepenastim procesom obnove biocenoze. Za različite prirodne zone, trajanje pojedinih faza ovih procesa je različito, što je uglavnom zbog zemljišno-klimatskih uslova. Važnu ulogu ima i sastav ulja, prisustvo pratećih soli i početna koncentracija zagađivača.

Proces prirodnog frakcioniranja i razgradnje nafte počinje od trenutka kada dođe do površine tla ili se ispusti u rezervoare i potoke. Obrasci ovog procesa tokom vremena su generalno razjašnjeni tokom dugotrajnog eksperimenta sprovedenog u modelskim područjima u šumsko-tundri, šumama, šumsko-stepskim i suptropskim prirodnim zonama. Glavni rezultati ovog eksperimenta predstavljeni su u prethodnom poglavlju.

Postoje tri najčešća stadijuma transformacije ulja u zemljištu: 1) fizičko-hemijska i delimično mikrobiološka razgradnja alifatskih ugljovodonika; 2) mikrobiološko uništavanje uglavnom niskomolekularnih struktura različitih klasa, novo formiranje smolastih materija; 3) transformacija visokomolekularnih jedinjenja: smole, asfalteni, policiklični ugljovodonici. Trajanje cjelokupnog procesa transformacije nafte u različitim zemljišnim i klimatskim zonama je različito: od nekoliko mjeseci do nekoliko desetina godina.

U skladu sa fazama biorazgradnje, dolazi do postepene regeneracije biocenoza. Ovi procesi se odvijaju sporo, različitim brzinama, u različitim slojevima ekosistema. Saprofitski kompleks životinja formira se mnogo sporije od mikroflore i biljnog pokrivača. U pravilu se ne opaža potpuna reverzibilnost procesa. Najjače izbijanje mikrobiološke aktivnosti javlja se tokom druge faze biorazgradnje nafte. Daljnjim smanjenjem broja svih grupa mikroorganizama na kontrolne vrijednosti, broj mikroorganizama koji oksidiraju ugljovodonike dugi niz godina ostaje nenormalno visok u odnosu na kontrolu.

Kao što je ustanovljeno u eksperimentima sa višegodišnjom travnom krijesom, uspostavljanje normalnih uslova za njen rast na tlu kontaminiranom uljem zavisi od nivoa početnog zagađenja. U zoni južne tajge (regija Perm Kama), sa uljem na tlu od 8 l/m2, već godinu dana nakon jednog čina zagađenja (bez učešća soli), žitarice su mogle normalno rasti u spontanom oporavku. ekosistema. Pri većim početnim opterećenjima (16 i 24 l/m2) normalan rast biljaka nije obnovljen, uprkos progresivnim procesima biorazgradnje ulja.

Stoga je mehanizam samoizlječenja ekosistema nakon zagađenja naftom prilično složen. Za kontrolu ovog mehanizma potrebno je odrediti granice metastabilnog stanja ekosistema, u kojem je još uvijek moguće barem djelomično samoizlječenje, te pronaći učinkovite načine da se ekosistem vrati na te granice. Rješavanje ovog problema pomoći će u određivanju optimalnih načina za obnavljanje ekosistema tla zagađenog uljem.

Kao što je već navedeno, mehaničke i fizičke metode ne mogu osigurati potpuno uklanjanje nafte i naftnih derivata iz tla, a proces prirodne razgradnje zagađivača u zemljištu je izuzetno dug. Razgradnja nafte u tlu u prirodnim uslovima je biogeohemijski proces u kojem je glavni i odlučujući značaj funkcionalna aktivnost kompleksa zemljišnih mikroorganizama koji obezbeđuju potpunu mineralizaciju ugljovodonika do CO2 i vode. Budući da su mikroorganizmi koji oksidiraju ugljovodonike trajne komponente biocenoza tla, javila se prirodna želja da se njihova katabolička aktivnost iskoristi za obnavljanje tla kontaminiranih uljem. Čišćenje tla od zagađenja uljem uz pomoć mikroorganizama moguće je ubrzati uglavnom na dva načina: 1) aktiviranjem metaboličke aktivnosti prirodne mikroflore tla promjenom odgovarajućih fizičko-hemijskih uslova sredine (za to se koriste poznate agrotehničke metode svrha); 2) unošenje posebno odabranih aktivnih mikroorganizama koji oksidiraju ulje u kontaminirano zemljište. Svaka od ovih metoda karakterizira niz karakteristika, a njihova praktična primjena često nailazi na tehničke i ekološke poteškoće.

Uz pomoć agrotehničkih tehnika moguće je ubrzati proces samopročišćavanja uljem kontaminiranih tla stvaranjem optimalnih uslova za ispoljavanje potencijalne kataboličke aktivnosti UOM-a, koji su dio prirodne mikrobiocenoze. Zaoravanje uljem kontaminiranih površina preporučuje se nakon nekog vremena, tokom kojeg se ulje djelimično razgrađuje (Mitchell et al., 1979). Tretman je snažan regulatorni faktor koji stimulira samočišćenje tla kontaminiranog uljem. Pozitivno djeluje na mikrobiološku i enzimsku aktivnost, jer pomaže u poboljšanju životnih uvjeta aerobnih mikroorganizama, koji kvantitativno i brzinom metabolizma dominiraju u tlu i glavni su destruktori ugljovodonika. Otpuštanje kontaminiranog tla povećava difuziju kisika u agregate tla, smanjuje koncentraciju ugljikovodika u tlu kao rezultat isparavanja lakih frakcija, osigurava pucanje površinskih pora zasićenih uljem, ali istovremeno potiče ravnomjernu raspodjelu ulja komponente u tlu i povećanje aktivne površine. Obrada tla stvara snažan biološki aktivan sloj sa poboljšanim agrofizičkim svojstvima. U tom slučaju u tlu se stvara optimalan vodni, plinsko-zračni i toplinski režim, povećava se broj mikroorganizama i njihova aktivnost, povećava aktivnost enzima tla, povećava se energija biokemijskih procesa.

U prvim sedmicama i mjesecima nakon kontaminacije javljaju se uglavnom abiotski procesi promjene ulja u tlu. Protok se stabilizira, djelomično raspršuje, a koncentracija se smanjuje, što omogućava mikroorganizmima da se prilagode, obnove svoju funkcionalnu strukturu i započnu aktivnu oksidaciju ugljikovodika. U prvim mjesecima nakon kontaminacije sadržaj ulja u tlu se smanjuje za 40-50%. Nakon toga, ovaj pad se odvija veoma sporo. Dijagnostički znakovi promjene rezidualnog ulja; tvar, koja se u početku gotovo potpuno ekstrahira heksanom, zatim se pretežno ekstrahira hloroformom i drugim polarnim rastvaračima.

Prva faza traje, zavisno od prirodnih uslova, od nekoliko meseci do godinu i po. Započinje fizičkim i kemijskim uništavanjem nafte, uz koje se postepeno povezuje mikrobiološki faktor. Prije svega uništavaju se metan ugljovodonici (alkani). Brzina procesa zavisi od temperature tla.Tako je u eksperimentu sadržaj ove frakcije opadao tokom godine: u šumatundri za 34%, u srednjoj tajgi za 46%, u južnoj tajge za 55%. Paralelno sa smanjenjem udjela alkana u zaostalom ulju raste relativni sadržaj smolastih tvari. Druga faza degradacije traje oko 4-5 godina i karakteriše je vodeća uloga mikrobioloških procesa. Do početka treće faze destrukcije nafte u njenom sastavu se akumuliraju najstabilnija visokomolekularna jedinjenja i policiklične strukture, uz apsolutno smanjenje sadržaja potonjeg.

Prva faza rekultivacije odgovara najotrovnijim geohemijskim uslovima i maksimalnoj inhibiciji biocenoza. U ovoj fazi preporučljivo je provesti pripremne mjere: prozračivanje, vlaženje, lokalizacija zagađenja. Svrha ovih mjera je intenziviranje mikrobioloških procesa, kao i fotohemijskih i fizičkih procesa razgradnje ulja, smanjujući njegovu koncentraciju u tlu. U ovoj fazi se procjenjuje dubina promjene ekosistema tla i smjer njegove prirodne evolucije. Trajanje prve faze varira u različitim zonama, au srednjoj zoni je otprilike godinu dana.

U drugoj fazi vrši se probna sjetva usjeva u kontaminiranim područjima kako bi se ocijenila rezidualna fitotoksičnost tla, intenzivirali procesi biorazgradnje ulja i poboljšala agrofizička svojstva tla. U ovoj fazi se reguliše vodni režim i kiselo-bazni uslovi tla, a po potrebi se provode mjere desalinizacije. U trećoj fazi obnavljaju se prirodne biljne biocenoze, stvaraju kulturne fitocenoze i praktikuje se sjetva višegodišnjih biljaka.

Ukupno trajanje procesa rekultivacije zavisi od zemljišno-klimatskih uslova i prirode zagađenja. Ovaj proces se najbrže može završiti u stepskim, šumsko-stepskim i suptropskim područjima. U sjevernim krajevima će trajati duže. Otprilike cijeli period rekultivacije u različitim prirodnim zonama traje od 2 do 5 godina ili više.

Posebno treba razmotriti pitanje unošenja različitih melioransa u tlo, posebno mineralnih i organskih đubriva za ubrzavanje procesa razgradnje ulja. Potreba za takvim mjerama još nije eksperimentalno dokazana.

Rad (McGill, 1977) razmatra pitanje konkurencije između mikroorganizama i biljaka za dušik u tlu kontaminiranom uljem. Brojni autori predlažu dodavanje dušika i drugih mineralnih gnojiva u tlo u kombinaciji s raznim aditivima: (kreč, surfaktanti, itd.), kao i organska gnojiva (na primjer, stajnjak). Primjena ovih gnojiva i aditiva je osmišljena da pojača aktivnost mikroorganizama i ubrza razgradnju ulja. Ove mjere dale su pozitivne rezultate u nizu slučajeva, uglavnom u prvoj godini nakon primjene. Istovremeno, nisu uvijek uzimani u obzir udaljeniji efekti - pogoršanje stanja tla i biljaka u narednim godinama. Na primjer, eksperimenti provedeni u regiji Perm Kama s dodatkom mineralnih đubriva i vapna u kontaminirano tlo pokazali su da se dvije godine nakon kontaminacije biljke na "gnođenom" tlu razvijaju ništa bolje, a na nekim mjestima čak i lošije nego na tlu sa ista kontaminacija, ali ne sadrži meliorante.

Stoga su neophodna dugoročna istraživanja sa različitim tipovima tla i ulja u korelaciji sa određenim prirodnim uslovima. U međuvremenu, primjenu melioransa možemo preporučiti samo u trećoj, završnoj, fazi rekultivacije nakon temeljnog hemijskog proučavanja tla.

Sva ova pitanja je teško riješiti čisto empirijski, budući da se broj eksperimentalnih opcija pokazuje gotovo beskonačnim. Potrebna su sveobuhvatna fundamentalna istraživanja u oblasti biogeohemije i ekologije kontaminiranih tla kako bi se razvila teorija procesa i na njoj zasnovane naučne preporuke.

Na osnovu provedenih eksperimentalnih istraživanja mogu se izvesti sljedeći zaključci o uvjetima transformacije i rekultivacije nafte u tlima različitih prirodnih zona.

Svijetlo sivo-smeđa tla suhih subtropskih područja Azerbejdžana. Uslove za transformaciju ugljovodonika karakteriše višak isparavanja nad vlagom, nizak horizontalni protok vode i povećana mikrobiološka i enzimska aktivnost tla. Najintenzivniji procesi transformacije ulja javljaju se u prvim mjesecima nakon kontaminacije, a zatim se nekoliko puta usporavaju. Nakon godinu dana količina preostalog ulja iznosila je 30% prvobitne količine, nakon četiri godine - 23%. Približno 30% ulja, koje sadrži mnogo teških frakcija, mineralizira se ili isparava. Ostatak se pretvara u slabo topljive metaboličke produkte, koji ostaju u humusnom horizontu tla, sprječavajući obnovu njihove plodnosti. Najefikasniji način rekultivacije je poboljšanje funkcionalne aktivnosti mikroorganizama vlaženjem, aeracijom, dodavanjem enzima i fitomelioracijom.

Podzolično-žuta zemlja i muljevito-slikovita tla vlažnih subtropskih područja. Samopročišćavanje tla od nafte nastaje u uvjetima intenzivnog oticanja površinskih voda i visoke mikrobiološke aktivnosti tla. Prirodno čišćenje i obnova vegetacije odvija se tokom nekoliko mjeseci.

Podzolična i buseno-podzolična tla šumsko-tajga regiona Zapadnog Sibira i Urala. Samopročišćavanje tla i transformacija ulja odvijaju se u uslovima povećane vlažnosti, što doprinosi horizontalnoj i vertikalnoj disperziji ulja u prvom periodu nakon kontaminacije. Zbog disperzije vode tokom prve godine, do 70% unesene nafte može se ukloniti sa teritorije i preraspodijeliti u okolni prostor. Mikrobiološka i enzimska aktivnost tla je niža nego u južnim krajevima. U toku godine otprilike 10-15% prvobitno primijenjenog ulja pretvara se u produkte mikrobiološkog metabolizma. Najefikasnije metode zaštite i rekultivacije su sprečavanje izlivanja nafte korišćenjem veštačkih i prirodnih sorbenata, prirodno trošenje u prvoj fazi, a zatim fitomelioracija. Trajanje obnove tla je najmanje 4-5 godina.

Tundra-glejeva tla šumsko-tundre regije. Procesi biorazgradnje ulja odvijaju se vrlo malom brzinom. Samopročišćavanje tla nastaje uglavnom zbog mehaničke disperzije. Učinkovite metode sanacije su nejasne.