Биологическая очистка загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв и водных акваторий

 
- фотолиз - превращение молекул вещества под действием поглощённости света (например, диссоциация, ионизация, окисление). Причиной фотолиза является изменение электронного строения молекул при возбуждении и возникновение нестабильных первичных продуктов — радикалов или ионов. Фотодиссоциация радикалов может привести к цепной реакции и процессов деструкции.

 
- флотация - процесс разделения мелких  твердых частиц (главным образом  минералов), основанный на различии  в их смачиваемости водой.

 
4) биологический способ- применение растений, способных накапливать тяжелые металлы с последующем их удалением: окислением или восстановлением микроорганизмами загрязнителя.

 

Биологические методы имеют ряд серьезных преимуществ перед другими методами, среди которых в первую очередь отмечается их экологическая чистота и безопасность, экономичность, а также минимальное нарушение физического и химического состава очищаемых объектов. Большинство технологий биологической очистки являются дешевыми и не очень трудоемкими. Их эффективность высока при низких концентрациях загрязнителя, когда большинство других методов уже не работает.[3].

 
Биологическая очистка чаще всего используется для удаления органических загрязнителей, а также тяжелых металлов, азотных и фосфорных соединений, радионуклидов. В настоящее время наиболее широкое распространение имеет биологическая очистка почв.

 

Биологические методы очистки можно подразделить на: 1) методы микробиодеградации загрязнителей; 2) методы биопоглощения и перераспределения загрязнителей. 

 
Методы микробиодеградации 

Методы микробиодеградации основаны на деструкции загрязнителей различными видами микроорганизмов. Эффект достигается за счет активизации аборигенной микрофлоры или внесения в грунт определенных культур микроорганизмов, а также всевозможных комплексных препаратов и методов. 
 
Методы активизации аборигенной микрофлоры направлены на создание оптимальной среды для развития определенных групп микроорганизмов, разлагающих загрязнитель. Эти методы могут быть использованы везде, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и достаточное видовое разнообразие. Очистка за счет активизации микрофлоры является медленным, но очень эффективным процессом. 
 
Простейшими способами активизации микрофлоры являются механические. Рыхление, частые вспашки, дискование, распашка загрязненных нефтью земель являются благоприятный фактором стимулирующим процессы биодеградации нефти в почве, при этом также улетучиваются легкие фракции нефти. Существует также метод смешивания загрязненной почвы с чистой, после чего там не только активизируется микрофлора, но и сама почва становится пригодной для выращивания растений, которые впоследствии используются в качестве сидерата, в свою очередь ускоряя биодеградацию[3].

 
Методы внесения культур микроорганизмов могут применяться при массированном и аварийном загрязнении, в сложных условиях, при отсутствии развитого естественного биоценоза. Достоинством этих методов является их селективность и возможность выведения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсичные соединения. Однако их эффективность не всегда бывает одинаково высока, поскольку многие культуры “работают” лишь в относительно узком диапазоне условий. Кроме того иногда происходит вырождение микроорганизмов до достижения необходимого уровня очистки. Их применение может нарушать естественные биоценозы. 

 
Методы биопоглощения

 
Посев на нефтезагрязненной почве бобов и трав способствует ускорению биодеградации нефти. С этой целью могут выращиваться сорго, кормовой горох, люцерна, донник, вика, ячмень, овес [3]. 
Заглатывая нефтезагрязненную почву дождевые черви делают нефть более доступной для микроорганизмов и ускоряют ее биодеградацию. В лабораторных опытах показано достоверное снижение содержания остаточной нефти и уменьшение токсичности загрязнения через три месяца в почве с начальным нефтесодержанием 5 и 10% [3]. 
Реже используется биоаккумуляция загрязнителей в высших растениях и животных. Пальмы какао накапливают фосфор и магний [3]. Тяжелые металлы поглощают укроп, табак, ячмень, свекла, люцерна, горох и другие бобовые [ 2]. Имеются данные по поглощению растениями радионуклидов. 
Применяя все эти способы очистки совместно можно получить лучший результат.

 

Рекультивация и ремедиация

 

Рекультивация является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление прежнего плодородия загрязненных земель. Существует два основных типа загрязнения: нефтезагрязнения и загрязненность минерализованными водами. Из общего количества нефтезагрязненных земель в проведении рекультивационных работ нуждается 95,9%, ежегодно площади нарушенных земель, требующих рекультивацию, увеличиваются на 10 тыс. га в год.

 

В обычной практике под рекультивацией подразумевают восстановление первоначального плодородия ранее нарушенных земель. Это является конечной целью любых рекультивационных работ.

 

Рекультивация земель, загрязненных нефтью и тяжелыми нефтепродуктами, предполагает снижение их содержания в почве и воде до биологически безопасных концентраций. Однако, величина этих концентраций до настоящего времени не установлена из-за сложного и непостоянного химического состава нефти и вряд ли будет установлена однозначно. Нефти различных месторождений и даже разных пластов одного месторождения существенно различаются по химическому составу.

 

Рост и размножение многих видов зеленых растений возможны при содержании нефти в почве до нескольких процентов (в зависимости от типа почв). А для некоторых нефтестойких растений, например, рогоза широколистного, нефть является стимулятором роста, что можно наблюдать на некоторых старых разливах нефти. Но накопление в растениях мутагенов и канцерогенов делает эти растения опасными для высших форм жизни.

Поэтому становится очевидным, что рост зеленых растений не может служить истинным критерием реабилитации загрязненных нефтью земель и свидетельствует лишь о снижении концентрации нефти в почве ниже пределов фитотоксичности, различных для разных видов растений и типов почв.

 

В случае нефтяного загрязнения земель мы должны четко понимать, что быстрое достижение истинной цели рекультивации — обеспечение биологической безопасности загрязненных земель и развивающейся на них биомассы — в приемлемые для производственников сроки возможно только при полном изъятии загрязненного грунта с места разлива и замене его чистым плодородным грунтом.

 

В реальных производственных условиях фактической целью проведения рекультивационных работ является лишь снижение содержания в почве нефти и нефтепродуктов до условного предела [4], при котором возможно развитие, рост и размножение зеленых растений, и достижение близкого к первоначальному общепроективного покрытия растениями «рекультивированной» земли.

 

Достижение этой цели вполне реально за 1—5 лет. На самом деле это всего лишь начальный этап рекультивации, при котором возможно дальнейшее самоочищение почвы до биологически безопасного уровня с участием зеленых растений и почвенной микрофлоры. И на это потребуются уже не годы, а десятилетия.

 

Именно поэтому, даже после восстановления плодородия рекультивируемых земель, они не должны использоваться для выращивания пищевых и кормовых растений. На этих землях нельзя косить сено и выпасать скот, нельзя собирать грибы и ягоды. Не следует и ловить рыбу в загрязненных нефтью водоемах. Единственным критерием для снятия этих ограничений могут быть результаты специальных физико-химических и токсикологических исследований почвы, произрастающих на ней растений и обитателей рекультивированных нефтезагрязненных водоемов.

подготовительные работы. На первых этапах ликвидации разлива нефти основной задачей является локализация загрязненного участка для предотвращения распространения нефтяного пятна и сбор максимально возможного количества разлитой нефти. Эти работы должны выполняться немедленно после аварии. И чем тщательней они выполнены, тем благоприятнее прогноз результатов рекультивации.

 

Поскольку основное количество разливов нефти и нефтепродуктов, допущенных в мировой практике, происходило при авариях нефтеналивных судов, наиболее полно отработаны методы локализации и сбора разлитой нефти на водных поверхностях.  Для локализации нефтяных пятен на водной поверхности применяют различные типы боновых заграждений, выпускаемые многими зарубежными фирмами. К сожалению, перечень боновых заграждений, выпускаемых в России, ограничен быстроустанавливаемыми резинотканевыми заграждениями «Уж» [5], и заграждениями типа «Анаконда». Некоторыми малыми предприятиями изготавливаются простейшие, но надежные боновые заграждения серии «БН» [5] и др. При установке боновых заграждений следует немедленно организовать откачку нефти, скапливающейся перед заграждением, не допуская ее накопления в значительном количестве.

 

Поскольку откачку разлитой нефти легче всего осуществить с поверхности воды, на суходолах в пределах локализованных участков земель устраивают дренажные (нефтесборные) канавы, направленные к естественным либо специально отрытым углублениям (ловчим ямам), частично заполняемым водой. В этих углублениях устанавливают устройства для откачки собирающейся в них нефти.

 

Для повышения полноты очистки земли, после откачки основного объема разлитой нефти целесообразно использовать прием отмывки почвы от остаточной нефти струями воды, сгоняя разлитую нефть в дренажную канаву или непосредственно в понижения рельефа. Эффективность отмывки существенно повышается при добавлении в воду разлагаемых почвенной микрофлорой поверхностно-активных веществ (ПАВ) в концентрациях 0,02—0,5%. Особенно полезно использование приема отмывки с применением ПАВ для очистки от нефти травы или кустарников.

 

Для сбора нефти с поверхности воды в водоемах, понижениях рельефа, в ловчих ямах, используются плавающие нефтезаборные отсасывающие устройства — скиммеры, барабанные и дисковые нефтесборщики, выпускаемые серийно, преимущественно зарубежными фирмами. Для сбора нефти с поверхности воды перспективно применение динамических нефтесборщиков-накопителей серии «НД» [5], работающих в автоматическом режиме и обеспечивающих отсутствие проскока нефти под боновыми заграждениями.

 

Рядом отечественных и зарубежных предприятий разработаны и предлагаются потребителям впитывающие маты для сбора нефти с поверхности воды и грунтов. Лучшие образцы таких матов могут впитывать до 40 кг нефти на 1 м2 и, после отжима из них собранной нефти, могут быть повторно использованы 12—15 раз. Их рационально использовать для сбора небольших пятен разлитой нефти и для «чистовой уборки» нефти после откачки основного ее количества другими методами. При этом достигается максимально возможная полнота сбора нефти.

 

Некоторые фирмы предлагают порошкообразные и гранулированные сорбенты различных типов, впитывающие разлитую нефть. Но пока не созданы и не выпускаются в промышленном масштабе механические устройства для сбора и утилизации нефтенасыщенных сорбентов, и их массовое применение на обширных разливах, характерных для промыслов Западной Сибири, малоперспективно.

 

Рекультивационные работы. После сбора разлитой нефти часть ее остается сорбированной на почве и остатках растительности. Она частично выветривается, а при более длительных сроках — частично или полностью битуминизируется, покрывая почву плотной коркой. Нефть, разлитая на поверхности водоемов, через год оказывается на дне водоема вследствие сорбции на твердых частицах, а так же из-за увеличения плотности.

 

Первым этапом рекультивации нефтезагрязненных земель является очистка почв и грунтов от нефти и нефтепродуктов.

 

Для ликвидации нефтяного загрязнения земель рекомендуется полное удаление загрязненного грунта при помощи бульдозеров, тракторов и др. спец.техники. Для очистки рекомендована экстракция нефти жидкой СO2 или органические растворители, а при наличии благоприятных условий — биохимическое разложение углеводородов нефти почвенной микрофлорой. В качестве биохимических методов очистки собранного с разливов грунта предлагается устройство орошения полей, компостирование либо просто разбрасывание на почве нефтесодержащих отходов с последующим их самоочищением.

 

Самый простой из перечисленных методов заключается в разбрасывании загрязненных отходов по почве тонким слоем с последующими периодическими перепашками для перемешивания и аэрации. Разложение углеводородов происходит под воздействием естественной почвенной микрофлоры. Для интенсификации разложения и предотвращения выщелачивания и миграции загрязнений, в перемешанный с отходами грунт могут добавляться вода и вспомогательные вещества — удобрения, сорбенты и т.д. На одном участке разбрасывание осуществляется один раз во избежание накопления в почве органических веществ и тяжелых металлов.

 

Этот метод рекомендуется для удаления отработанных буровых растворов с малым содержанием углеводородов и солей.Устройство полей орошения отличается от предыдущего метода только тем, что на одном и том же участке разбрасывание с последующими перепашками производится многократно. В засушливое время производится полив.

 

Участки для разбрасывания и устройства полей орошения выбираются таким образом, чтобы исключить возможность распространения загрязнения, за пределы отведенного для этой цели участка.Компостирование нефтесодержащих отходов может применяться при относительно высоких концентрациях углеводородов и других биоразлагаемых веществ. Подлежащие уничтожению отходы для увеличения пористости перемешивают с наполнителем — древесной щепой, соломой и т.п.,— после чего их перемешивают с почвой, содержащей микроорганизмы. В смесь могут быть добавлены сельскохозяйственные отходы для повышения водоудерживающей способности, а также минеральные удобрения и микроэлементы. Смесь укладывают на лотки или в поддоны с сетчатым дном или в кучи высотой до 1 м, периодически перемешивают и увлажняют. При использовании этого метода содержание углеводородов в компосте может быть понижено с 10% до долей процента за 4—8 недель.