Комплексная нефтеэкологическая оценка загрязненных нефтяными углеводородами почв и грунтов как основа для их эффективной биологической очистки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексная нефтеэкологическая оценка загрязненных нефтяными углеводородами почв и грунтов как основа для их эффективной биологической очистки

Значительное количество нефти и нефтяных углеводородов поступает в биосферу при её переработке. Производственная деятельность нефтеперерабатывающих предприятий неизбежно оказывает негативное воздействие на объекты природной среды. Актуальной проблемой практически для всех нефтегазодобывающих, нефтеперерабатывающих и транспортирующих нефть и нефтепродукты предприятий остается проблема эффективной утилизации нефтешламов [1, 2]. Альтернативой широко применяемым в настоящее время технологиям очистки загрязненных нефтью и продуктами ее переработки почв и грунтов, в основе которых лежит термический метод утилизации или размещение загрязненного грунта на санкционированных полигонах промышленных отходов, является их биологическая очистка с помощью комплексного использования природных мелиорантов и биопрепаратов на основе углеводородокисляющих бактерий [1, 3-7]. При этом решение проблемы, как правило, достигается за счет стимуляции естественных микробных ценозов путем внесения органических и минеральных удобрений или за счет различных биопрепаратов, микроорганизмы которых способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель, в том числе и в условиях радиоактивного загрязнения территорий [3, 8-13]. Так, санкционированной свалкой, на которой размещается загрязненный продуктами переработки нефти грунт, образовывавшийся при реализации природовосстановительных проектов АО «РНПК», служит полигон промышленных отходов МУП «Эколозащита». Следует отметить, что данный полигон промышленных отходов является единственным подобным крупным объектом для приема и размещения промышленных отходов в регионе, деятельность которого строго регламентирована Правительством Рязанской области. Однако существующие в настоящее время мощности полигона для размещения промышленных отходов не позволяют в значительной мере удовлетворить возросшие потребности промышленных предприятий региона в утилизации загрязненного грунта. Поэтому в настоящее время АО «РНПК» ведет активный поиск альтернативных способов и технологий утилизации загрязненного продуктами переработки нефти почвогрунта [1, 2].

В этой связи обоснование разработки современных высокоэффективных, экологически безопасных и экономически приемлемых технологий биологического обезвреживания загрязнённых нефтяными углеводородами почв и грунтов, адаптированных к региональным условиям и особенностям природовосстановительных работ нефтеперерабатывающих предприятий, а также возможности дальнейшего использования обезвреженного почвогрунта в хозяйственных целях, представляется весьма актуальным [1, 14].

Цель исследований заключается в изучении возможности обезвреживания загрязнённых нефтяными углеводородами почвогрунтов методом биологической очистки на основе комплексного применения природного мелиоранта с использованием штаммов аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) рода Pseudomonas применительно к условиям природовосстановительных работ крупного нефтеперерабатывающего предприятия и Рязанского региона для дальнейшего вовлечения в хозяйственный оборот очищенного почвогрунта. Для достижения обозначенной цели представляется также целесообразным на этапах организации и реализации подобных природовосстановительных проектов решение задачи организации современной системы комплексного контроля за выполнением мероприятий по реабилитации техногенно загрязненных территорий [15 - 17]. Как правило, уже на стадии проведения комплексных инженерных изысканий (СНиП 11-02-96, СП 11-102-97) и проработки в составе проектных решений соответствующих мелиоративных приёмов по восстановлению техногенно загрязнённых и нуждающихся в проведении реабилитационных работ земель осуществляется предварительное обследование рекультивируемых площадей, включающее комплексное агрохимическое исследование отобранных образцов в специализированной аккредитованной лаборатории по стандартным методикам [15, 18]. Детальная комплексная нефтеэкологическая оценка загрязнённых почв и грунтов на начальном этапе является ключевым элементом и основой для разработки технологического регламента (технологии) их очистки от нефтяных углеводородов, поскольку позволяет обосновать выбор способа утилизации нефтяного загрязнения [3, 15]. При этом решается задача целесообразности биологического способа ремедиации и необходимости в интродукции активных штаммов аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов [4, 8]. Комплексная нефтеэкологическая оценка может включать в себя исследование агрохимических свойств загрязнённых почв (или грунтов), в том числе определение содержания и состава нефтяного загрязнения, содержания тяжёлых металлов, удельной активности радионуклидов, аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов и биотестирование (определение класса опасности). Кроме того, при планировании проведения реабилитационных мероприятий в условиях «in situ» (непосредственно на месте загрязнения) также определяются масштабы (площадь) загрязнения, оценивается степень и глубина загрязнения [1-4, 8].

В рамках комплексной нефтеэкологической оценки загрязнённости почвогрунта и изучения возможности в условиях «ex situ» его биологической очистки от нефтепродуктов с помощью интродукции активных штаммов аэробных углеводородокисляющих микроорганизмов на территории крупного нефтеперерабатывающего предприятия были определены участки для отбора проб почвогрунта с целью проведения их комплексного химико-аналитического исследования. Результаты комплексных химико-аналитических исследований проб почвогрунта, отобранных на территории нефтеперерабатывающего предприятия, показали, что образцы по кислотности - близкие к нейтральной и нейтральные (величина РН_Kcl колеблется в интервале 5,7-6,9); содержание Р₂О₅ - от 98 до 135 мг/кг (среднее и повышенное); К₂О - 82-110 мг/кг (среднее); сумма обменных оснований - 11,4-20,7 ммоль/100 г. (среднее и повышенное); гидролитическая кислотность варьирует от 0,39 до 1,15 мг-экв/100 г.; массовая доля органического вещества - 1,0-1,6%; массовая доля общего азота - от 0,048 до 0,134%. Содержание тяжёлых металлов и мышьяка в отобранных образцах почвогрунта распределено следующим образом: кадмий - от 0,27 до 0,38 мг/кг (ОДК 2,0 мг/кг); свинец - 11,0-13,2 мг/кг (ОДК 130 мг/кг); медь - 13,7-16,4 мг/кг (ОДК 132 мг/кг); цинк - от 41,9 до 52,8 мг/кг (ОДК 220 мг/кг); никель - 20,4-22,6 мг/кг (ОДК 80 мг/кг); кобальт - 8,50-9,44 мг/кг (фоновое содержание 25 мг/кг, ориентировочное значение для средней полосы России согласно СП 11-102-97); мышьяк - от 0,27 до 0,38 мг/кг (ОДК 10 мг/кг). Содержание в пробах почвогрунта естественных радионуклидов (радия-226, тория-232 и калия-40) - типичное для почв и грунтов, обнаруженные малые количества цезия-137 соответствуют глобальным выпадениям. Биотестирование наиболее загрязнённых нефтепродуктами образцов №1 и №4 показало, что пробы почвогрунта относятся к четвертому классу опасности.

Детальные химико-битуминологические и микробиологические исследования образцов были выполнены на базе Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт» (ФГУП «ВНИГРИ»). Химико-битуминологический анализ включал в себя определение нефтепродуктов, содержания хлороформенного экстракта (ХБА, масс.%), качественного состава (ХБА отн.%). Микробиологические исследования включали определение присутствия аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) и их титра (кл/г). Результаты комплексных химико-битуминологических исследований отобранных образцов почвогрунта представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Химико-битуминологические свойства образцов почвогрунта

нефтяной экологический нефтеперерабатывающий мелирант

Выполненные химико-аналитические исследования (табл. 1) показали, что содержание нефтепродуктов в пробах грунта колеблется от 0,026 до 0,39%, содержание хлороформного экстракта (ХБА, %) в исследованных пробах почвогрунта находится в пределах 0,026-0,83%. Максимальное содержание ХБА (8300 мг/кг) - в пробе №1, отобранной на месте демонтированной установки депарафинизации при производстве масел, минимальное (260 мг/кг) - в пробе №3, отобранной на месте демонтированной установки гидроочистки масел. Следует заметить, что нефтепродукты в составе ХБА составляют от 34,0 до 100% отн. В трех пробах почвогрунта (№1, №2, №4) нефтепродукты составляют 34,0 - 47,0% от содержания ХБА. В пробе №3 нефтепродукты в составе ХБА составляют 100%.

Таблица 2. Групповой и углеводородный состав хлороформного битумоида образцов

нефтяной экологический нефтеперерабатывающий мелирант

Детальный комплексный химический анализ ХБА (табл. 2) показал, что представленные образцы почвогрунта значительно различаются как по групповому, так и по углеводородному составу хлороформных экстрактов. Содержание масел в групповом составе ХБА почвогрунтов изменяется в пределах 39,60-82,83 отн.%, что обусловливает относительное различие в содержании кислых компонентов (смолы, асфальтены). Диапазон в изменении содержания этих составляющих соответствует 17,17-60,70 отн.%. В составе масел доля метано-нафтеновых углеводородов составляет 53,70-78,53 отн.%, на долю моно- и биароматических углеводородов приходится, соответственно, 21,47-46,30 отн.%. Соотношение насыщенных углеводородов к ароматическим (нас. УВ/аром. УВ) колеблется в пределах 1,16-3,66. Образцы почвогрунта №1 и №4 характеризуются более высоким содержанием масел в составе ХБА и невысоким содержанием смол и асфальтенов по сравнению с образцами №2 и №3. Микробиологическими исследованиями было установлено, что в отобранных образцах почвогрунта присутствуют УОМ-аборигены в количестве 10⁴ кл/г.

Анализ результатов детального химико-битуминологического и микробиологического исследований образцов почвогрунта позволил заключить следующее: содержание нефтепродуктов в почвогрунтах на обследованной территории предприятия в слое 20-40 см варьирует в пределах 257,0-3909,0 мг/кг; фракция «нефтепродуктов» является только частью нефтяного загрязнения и в данном случае составляет 34,0-47,0% от содержания хлороформного экстракта (ХБА), в котором находятся также смолы и асфальтены. Исключение составляет образец №3, содержание НП в котором совпадает с содержанием ХБА; с точки зрения нефтеэкологии, почвогрунт с территории рассмотренных участков подлежит очистке от загрязнения нефтепродуктами; качественный состав ХБА, характеризующийся, в первую очередь, практическим отсутствием н-алканов с низким молекулярным весом и высоким содержанием смол, свидетельствует о прошедших процессах биоокисления первоначального нефтяного загрязнения углеводородокисляющими микроорганизмами-аборигенами, титр которых, согласно литературным данным, должен был быть не ниже n·10⁶ кл/г.; в исследованных образцах почвогрунтов титр аборигенных УОМ равен n·10⁴ кл/г. Практически это фоновое значение содержания УОМ для данной ситуации, не обеспечивающее на сегодняшний день активное биоокисление оставшейся загрязнённости продуктами переработки нефти. Результаты химико-аналитических исследований проб почвогрунта показали, что содержание остальных поллютантов не превышает санитарно-гигиенических нормативов. Исследованные образцы почвогрунта характеризуются необходимыми оптимальной кислотностью и содержанием элементов минерального питания для жизнедеятельности микробного сообщества. Согласно вышеизложенному, обследованный нефтезагрязненный почвогрунт с территории нефтеперерабатывающего предприятия может быть очищен с помощью комплексного применения биопрепарата и мелиоранта вне зоны его залегания, на специально оборудованной площадке при соблюдении экологических требований.

Особыми условиями разрабатываемого технологического процесса биоремедиации являются: обеспечение необходимых мероприятий для предотвращения облучения микробного биопрепарата солнечными лучами после его внесения в очищаемый почвогрунт; обеспечение своевременного и строгого контроля агрохимических характеристик очищаемого почвогрунта и последующих необходимых агротехнических мероприятий; обязательное своевременное согласование технологических операций после результатов анализа проб на агрохимию и нефтепродукты с представителем разработчика технологии; разработка проектных решений и их реализация должны осуществляться в соответствии с требованиями охраны окружающей среды; при организации и проведении реабилитационных работ, связанных с биологической очисткой загрязнённого продуктами переработки нефти почвогрунта особое внимание должно быть уделено реализации системы технологического контроля на всех этапах проведения работ и работе авторского надзора.

Список использованных источников

1. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Перегудов С.В. О возможности использования биологической очистки почвогрунта, загрязнённого нефтепродуктами, применительно к условиям природовосстановительных работ крупного нефтеперерабатывающего предприятия // Перспективы и проблемы размещения отходов производства и потребления в агроэкосистемах: Матер. межд. науч.-практ. конф. / НГСХА. - Н. Новгород: НИУ РАНХиГС. - 2014. - С. 160-164.

2. Ильинский А.В., Перегудов С.В., Побединская Г.В. К вопросу использования природных мелиорантов в биологическом методе утилизации нефтешламов применительно к региональным условиям // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. Материалы IV международной научной экологической конференции 24-25 марта 2015 г. Ч. I. - Краснодар: Кубанский госагроуниверситет. - 2015. - С. 524-528.

3. Рогозина Е.А., Калимуллина Г.К. Динамика утилизации нефтяного загрязнения почвы биопрепаратами серии «Нафтокс» // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - 2008, т. 3, №1. http://www.ngtp.ru/rub/7/7_2008/pdf.

4. Ильинский А.В., Перегудов С.В. Обоснование биологической очистки земель, загрязнённых продуктами переработки нефти // Комплексные мелиорации - средство повышения продуктивности сельскохозяйственных земель. Материалы юбилейной международной научной конференции. - М.: Изд. ВНИИА. - 2014. - С. 69-74.

5. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Роль агромелиоративных приемов в улучшении основных агрофизических свойств супесчаной дерново-подзолистой почвы // Агропанорама. - Республика Беларусь, Минск. - 2013, №6. - С. 10-12.

6. Курчевский С.М., Виноградов Д.В. Изменение основных свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы под действием органо-минеральных удобрений и бактериального препарата «Байкал ЭМ-1» // Вестник УО БГСХА. - 2013, №4. - С. 113-117.

7. Щур А.В., Валько В.П., Виноградов Д.В. Некоторые направления фиторемедиации техногенно поврежденных территорий в Республике Беларусь // Вестник Рязанского гос. агротехнологического ун-та им. П.А. Костычева. -2015, №2 (26). - С. 14-20.

8. Рогозина Е.А., Шиманский В.К., Хотянович А.В. и др. Комплексная нефтеэкологическая экспертиза - основа для выбора регламента рекреации почвенных экосистем // Нефтегазовая геология на рубеже веков. Прогноз, поиски, разведка и освоение месторождений. Доклады юбилейной конференции. Т.3. - СПб.: ВНИГРИ. - 1999. - С. 376-380.

9. Кирейчева Л.В., Ильинский А.В. Результаты биологической очистки загрязнённой нефтепродуктами почвы с помощью комбинированного применения карбонатного сапропеля и углеводородокисляющих микроорганизмов // Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения. Материалы международной научной конференции. Том I. - М.: Изд. ВНИИА. - 2016. - С. 262-266.

10. Щур А.В., Виноградов Д.В., Агеева Т.Н., Шапшеева Т.П., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе Г.Д. Радиоэкологические риски и направления их снижения в агропромышленном комплексе Могилевской области Республики Беларусь // АгроЭкоИнфо. - 2015, №5. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/5/st_19.doc.

11. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П., Валько О.В., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе Г.Д. Радиоэкологическая эффективность биологически активных препаратов в условиях Беларуси // АгроЭкоИнфо. - 2015, №5. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/5/st_20.doc.

12. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе Г.Д. Радиоэкологические особенности миграции Cs-137 в растительность лесных экосистем Могилевской области Беларуси, пострадавших от катастрофы на Чернобыльской АЭС // АгроЭкоИнфо. - 2015, №4. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2015/4/st_17.doc.

13. Щур А.В., Валько В.П., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологическая структура сообщества почвенных беспозвоночных животных леса в условиях радиоактивного загрязнения территорий Республики Беларусь // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_323.doc.

14. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Виноградов Д.В. Некоторые Биоремедиация загрязнённых нефтепродуктами почв при помощи карбонатного сапропеля и биопрепарата «Нафтокс» // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, №2 (30). - С. 28-35.

15. Ильинский А.В. К вопросу повышения эффективности проведения работ по реабилитации техногенно загрязнённых земель с помощью внедрения современной системы комплексного контроля / А.В. Ильинский, Д.В. Виноградов, Г.Д. Гогмачадзе // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_320.doc.

16. Ильинский А.В., Чернякова О.Н. К вопросу биоремедиации почв земель сельскохозяйственного назначения, загрязнённых нефтяными углеводородами // Современные тенденции развития аграрного комплекса: материалы международной научно-практической конференции. - с. Солёное Займище. - 2016. - С. 92-97.

17. Ильинский А.В. Возможности управления процессом санации техногенно загрязнённых земель с помощью современной системы комплексного контроля // Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения. Материалы международной научной конференции. Том I. - М.: Изд. ВНИИА. - 2016. - С. 241-245.

Размещено на Allbest.ru