токсическое нефть почва микробиологический
В последнее время все чаще можно услышать о загрязнении почв или водоемов нефтью и нефтепродуктами. Источниками загрязнения являются предприятия нефтегазодобычи, нефтепереработки, транспорта нефти и нефтепродуктов, которые при проведении регламентных работ наносят весьма ощутимый вред окружающей среде.
Ежегодно в мире при добыче, транспорте, хранении и использовании теряется около 50 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов.
Эти загрязнители, попадая в почву, вызывают в ней значительные, порой необратимые изменения: образование битуминозных соланчаков, гудронизацию, цементацию и т.п..
В результате нарушения почвенного покрова усиливаются нежелательные природные процессы: эрозия почв, дефляция, криогенез.
Попадая в окружающую среду нефтепродукты оказывают губительное действие на живые организмы и нарушают условия их обитания.
Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также их утилизации приобретает все большую остроту в связи с ограниченностью возможностей, а иногда и экологической небезопасностью применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки.
В связи с этим актуальной является возможность использования для очистки от загрязнений нефтью и нефтепродуктами микроорганизмов, способных расти и проявлять активную деятельность в среде с высоким содержанием нефти и нефтепродуктов, способных к биодеструкции этих веществ.
Цель работы: разработать проект реабилитации нефтезагрязненных почв при помощи микроорганизмов на примере Усинского района Республики Коми.
В соответствии с поставленной целью выделим
Изучить характеристики нефти и нефтепродуктов;
- Изучить воздействие нефти и нефтепродуктов на почву и почвенную биоту;
- Рассмотреть мероприятия по рекультивации почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами;
- Разработать систему мероприятий по снижению нефтяного загрязнения почв в Усинском районе;
- Рассчитать экономические затраты на реабилитацию почв.
Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами
При ежегодной мировой добыче нефти 2 млрд 500 млн т в год теряется около 50 млн т, или примерно 2 %. Земли и воды загрязняются при добыче нефти, транспортировке ее и ее продуктов, переработке, хранении, заправке машин топливом в результате аварий, утечек, протечек, испарений. Опасны не только крупные аварии на водном и железнодорожном транспорте, при прорыве нефтепроводов, но и мелкоочаговые загрязнения вокруг многочисленных мелких баз хранения и распределения топливно-смазочных материалов (ТСМ), топливозаправочных станций, при хранении и ремонте техники. Например, в Российской Федерации имеется около 36 тыс. хозяйственных баз ТСМ и около 2500 районных баз, через которые ежегодно проходит примерно 10 млн т бензина и 20 млн т дизельного топлива. Из-за несовершенства оборудования этих баз, небрежного обращения с нефтепродуктами их потери на испарение, утечки и проливы по приближенным оценкам составляют около 0,4…2,3% годового оборота. Иными словами, в год потери нефтепродуктов на хозяйственных базах составляют от 120 до 690 тыс. т. В этих же пределах находятся и потери на районных базах. Несмотря на сравнительно небольшие потери, приходящиеся на одну базу, они представляют большую экологическую опасность, так как создают мелкоочаговое, но практически равномерное загрязнение обжитых районов страны. Поэтому очень важно принятие неотложных мер по всемерному сокращению потерь нефтепродуктов, а также по очистке загрязненных территорий [1].
Утилизация отработанных нефтепродуктов
... специализированные предприятия по приему, переработке и утилизации нефтеотходов и отработанных нефтепродуктов, а также ликвидации очагов загрязнения [7 ... он ни был, не может сравниться с нефтью по широте распространения, числу источников загрязнения, величине ... поверхностей принципиально отличается от очистки почв и грунтов от нефтепродуктов. Особенно сложной задачей является очистка ...
1 Характеристика нефти и нефтепродуктов
Нефть — сложная смесь алканов (парафиновых или ациклических насыщенных углеводородов), циклоалканов (нафтенов) и аренов (ароматических углеводородов), различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых производных углеводородов. Нефти различных месторождений по углеводородному составу неодинаковы. Для нефти всех месторождений характерно, с одной стороны, огромное разнообразие видов, с другой — наличие преимущественно одинаковых элементов в ее составе и структуре, сходство по некоторым параметрам. Элементарный состав разнообразных видов нефти во всем мире изменяются в пределах 3-4% по каждому элементу [7].
Главные нефтеобразующие элементы: углерод (83-87%), водород (12-14%), азот, сера, кислород (1-2%, реже 3-6% за счет серы).
Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков.
Легкая фракция, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды,- наиболее подвижная часть нефти. В состав средних и тяжелых фракций входят арены с более короткими боковыми цепями.
Содержание алканов в различных нефтях колеблется от 2 до 50% и более [7].
Из нефти и природных газов выделены все алканы нормального строения, начиная от метана до гексатриаконтана С36Н74.
Нефти классифицируются: по содержанию в них углеводородов (химическая классификация); по содержанию серы, парафинов и качеству получаемых продуктов (технологическая классификация).
От относительного содержания алканов нормального и изостроения зависит тип нефти. По классификации Петрова нефти делятся на четыре химических типа:
Метановые или парафиновые нефти типа А1 характеризуются высоким содержанием нормальных алканов ( до 15-16%) в характерной фракции, которое превышает содержание изопреноидных алканов. Например, нефть месторождений — Сургут, Самотлор и др..
Химия алканов нефтей
... использования алканов при исследовании нефтей, применяемые для диагностики типа исходного органического вещества, условий осадконакопления, катагенетической и бактериальной преобразованности. Общие представления о алканах и их строение Алканы это -- ациклические углеводороды линейного ...
Нефти типа А2 относятся к парафинонафтеновым. Содержание алканов в них несколько ниже, чем в А1, и может достигать в характерной фракции 25-30%, а циклоалканов — 60%. К нефтям этого типа относятся нефти Южного Каспия, Прикаспия и др..
В составе нафтеновых нефтей типа Б2 резко преобладают циклоалканы, содержание которых в характерной фракции может достигать 60-75%, а алканов — 5-30%. Типичными представителями нефтей данного типа являются нефти северного Кавказа.
Четвертая группа нефтей типа Б1 характеризуется по групповому составу как нафтеновая или нафтено — ароматическая. В этих нефтях практически полностью отсутствуют н-алканы и изопреноидные алканы и относительно мало содержание других разветвленных алканов (от 4 до 10%).
Примерами нефтей данного типа служат нефти западно-сибирских месторождений: Грязевая Сопка, Сураханы, Балаханы и др. [1,9].
В нефти выделяют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.
К углеводородной части относят алканы, ароматические углеводороды, циклоалканы.
Таким образом, алканы в различных пропорциях в состав всех нефтей. Содержание ароматических углеводородов в нефтях колеблется от 15 до 50% масс. Во многих нефтях по суммарному содержанию над другими классами углеводородов преобладают циклоалканы: их содержание колеблется от 25 до 75% масс. Они присутствуют во всех нефтяных фракциях.
Кроме того, нефть содержит смолы и асфальтены, основной структурной единицей которых являются конденсированные ароматические и нафтеноароматические циклы, а также соединения серы <#»726235.files/image001.gif»> (2)
где N0-начальная концентрация азота в почве, грунте.
Количество необходимого фосфора, P
(3)
где P0-начальная концентрация фосфора в почве, грунте [2].
Вносить удобрения будем вносить поверхностно, так как оно достаточно эффективно на периодически заливаемых и переувлажненных торфяных почвах, а также в случаях, если предусматривается искусственное орошение. Необходимая доза удобрений 30 кг/га.
При первом внесении предпочтение отдается удобным в применении комплексным удобрениям, содержащим азот, фосфор и калий в доступных для быстрого усвоения микроорганизмами формах и с минимальным количеством нитратного азота. Рекомендуются нитроаммофоска, карбаммофоска, фоскамид, нитроаммофос в смеси с калием хлористым. Если в комплексе удобрений соотношение N:P:K иное, в этом случае производится корректировка добавлением одного из видов удобрений.
Первое внесение удобрений будем производить через 2-3 недели после внесения биологического препарата «Деворойл». На загрязненную почву наносят рабочую суспензию препарата (готовят непосредственно перед использованием) путем дождевания или распыления с помощью любых предназначенных для этого машин и агрегатов (при температуре почвы +5 С +45°С) [11].
Эффективность обработки определяется двумя способами: анализом почв и визуально. Исходный почвенный образец анализируется на содержание нефти и нефтепродуктов и на присутствие нефтеокисляющей микрофлоры. Спустя 15 дней после обработки биопрепаратом проводится повторный анализ почвенных образцов. Снижение содержания нефтепродуктов и увеличение концентрации нефтеокисляющих микроорганизмов в исследуемом образце говорят о степени эффективности биопрепарата. Дальнейшие обработки приводят к снижению содержания нефтепродуктов, увеличивая концентрацию микрофлоры.
Воздействие нефти на гидросферу Земли
... на оставшиеся 20% танкеров приходится 70% всего загрязнения моря. Упомянутая система LOT отличается тем, что в качестве балласта в ней используется и вода, и нефть одновременно. Нефтепродукты, ... районах, обусловлено не химическим составом, а содержанием отдельных компонентов, которые и влияют на химические и физические свойства сырой нефти. Некоторые нефтепродукты почти бесцветны, в то время как ...
Визуальным способом это видно по изменению окраски обрабатываемой поверхности нефтезагрязненного участка: от черного цвета к буро-коричневому — коричневому — серому [3].
По необходимости проводим обработку биологическим препаратом еще несколько раз. При этом вносим минеральные и органические удобрения одновременно с боронованием и фрезерованием. Так поддерживается благоприятный микроклимат для бактерий.
Если участок не удастся очистить, то он остается для последующей обработки.
Возможно использование фиторемидиации загрязненного участка. Порядок подготовки участка к посеву определяется его размерами, конфигурацией и крутизной склона. Планировка производится бульдозером. После планировки создаются условия, достаточные для предпосевной подготовки почвы и проведения посевов. В этих случаях наиболее приемлемым является гидропосев, который предусматривает подбор таких обязательных компонентов, как удобрения, мульчирующие и стабилизирующие вещества, что позволяет получить травостой высоких противоэрозионных качеств в сезон посева без предварительного нанесения плодородного слоя. Посев может выполняться и сеялками различных модификаций для посева трав. Посев производится рано весной, летом или осенью под зиму [2].
Большое значение в технологии придается подбору сидеральных культур, биоаэрантов, смесей многолетних трав, подготовке семенного материала, проведению механической обработки почвы, так как данные мероприятия, по результатам опытов большинства регионов, способствуют лучшему наращиванию биомассы растений в 1,2-1,4 раза и разложению нефти и нефтепродуктов в 1,4-1,6 раза.
Для указанной зоны рекомендуются повышенные дозы органических 50 — 60 т/га и минеральных удобрений 60 — 80 кг/га (азота, фосфора и калия).
При посеве на рекультивируемых участках и особенно на склонах с учетом смыва и неблагоприятных условий для прорастания норма высева семян должна быть повышена на 20%.
Посев сеялкой производится вдоль участка, начиная с края или середины. Первый проход для соблюдения прямолинейности рядков следует осуществлять по провешенной линии. В качестве мульчирующего и стабилизирующего материала могут использоваться отходы целлюлозно-бумажного производства: скоп и шламовая масса.
.3 Экономическая оценка результатов
Интенсивность деструкции нефтяных соединений достигается за счет внесения больших доз биопрепарата на основе аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов.
На одну тонну нефти вносится около 1 кг бактериального порошка. При степени загрязнения почвы от 150 г/кг до 200 г/кг необходимое количество препарата «Деворойл» составляет от 1650 кг до 2200 кг.
Экономическая эффективность работы за год можно проследить по затратам на покупку порошока. Порошковые препараты резко увеличивают стоимость рекультивационных работ. Обработке подверглись 11 га загрязнённой поверхности почвы. Стоимость рекультивационных работ биопрепаратом на основе порошка составляет:
Очистка нефтезагрязненных почв
... методы очистки почв от нефтяных загрязнений дорогостоящи и эффективны только при определенном уровне загрязнения (как правило, не менее 1% нефти в почве), часто связаны с дополнительным внесением загрязнения и не обеспечивают полноты очистки. В настоящее ...
кг*9000 руб/кг = 14850000 руб (затраты па приобретение препарата «Деворойл» при загрязнении почвы 150 г/кг)
кг*9000 руб/кг = 19800000 руб (затраты на приобретение препарата «Деворойл» при загрязнении почвы 200 г/кг).
Из расчетов видно что процесс рекультивации требует больших затрат.
Выводы
Нефть — является сложным органическим веществом. Нефти разных месторождений неоднородны по своему составу. Выделяют 4 типа нефтей: парафиновые, парафинонафтеновые, циклоалкановые и нафтено-ароматические;
Нефть оказывает влияние на развитие почвенной биоты и ее биохимическую активность. Реакция почвенных микроорганизмов зависит от концентрации и индивидуальных особенностей микроорганизмов, а также от состава нефти. Незначительное загрязнение нефтью вызывает снижение количества микроорганизмов. Нефть подавляет дыхательную активность и микробное самоочищение, изменяет соотношение между отдельными группами естественных микроорганизмов, угнетает процессы азотфиксации, нитрификации, разрушения целлюлозы, приводит к накапливанию трудноокисляемых продуктов;
Процесс рекультивации делится на 3 этапа: подготовительный, технологический, биологический;
Рекультивация в Усинском районе проводится с использованием бактериального препарата «Деворойл», так как он наиболее хорошо подходит для природно-климатических условий района. При необходимости возможно использование фиторемидиации.
Затраты на реабилитацию данной территории составляют 14850000 руб (при загрязнении почвы 150 г/кг) и 19800000 руб (при загрязнении почвы 200 г/кг).
Заключение
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами — одна из сложных и многоплановых проблем экологии и охраны окружающей среды. В настоящее время успешно развиваются технологии биоремедиации нефтезагрязненных территорий. При этом решение проблемы достигается за счет стимуляции микробных ценозов путем внесения удобрений, микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель или путем внесения различных биопрепаратов.
Единственным реальным в настоящее время способом борьбы с последствиями разлива нефти и нефтепродуктов является комплекс работ, включающий механическое или физико-химическое удаление разлитых нефтепродуктов с последующей очисткой остающейся в почве нефти биологическими методами при помощи биодеструкции нефтеокисляющими микроорганизмами.
В то же время существующие в настоящее время в России препараты оказываются недостаточно эффективными в различных экстремальных почвенно-климатических условиях различных регионов России, в связи с чем для ликвидации масштабных последствий разливов нефти в настоящее время необходим активный поиск и выделение аборигенных штаммов и разработка новых препаратов [2].
Однако необходимо отметить, что природные аборигенные микроорганизмы обладают ограниченной нефтеокисляющей активностью, несмотря на более высокую устойчивость к воздействию факторов внешней среды. Поэтому возможным перспективным решением является разработка новых, не существующих в природе видов микроорганизмов. Эти новые виды, обладающие как минимум на порядок более высокой нефтеокисляющей активностью, должны создаваться обязательно с искусственным ограничением срока жизни с целью предотвращения биогенной катастрофы.
Разработаны и активно внедряются большое количество коммерческих микробиологических препаратов иностранного и отечественного производства, таких как «Дестройл», «Путидойл», «Деворойл» и др. Однако в природных условиях биодеградация протекает под воздействием всего комплекса почвенной биоты.
Проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами и возможные пути их решения
... на загрязненных землях. Цель работы - рассмотреть проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами и возможные пути их решения. 1. Загрязнение почв тяжелыми металлами Тяжелые металлы (ТМ) уже сейчас занимают второе место по степени ... Sb, As, Cd, Cr, Mo Сжигание нефти As, Pb, Cd Под влиянием обогащенных металлами выбросов формируются ареалы загрязнения ландшафта преимущественно на региональном и локальном ...
Проблема нефтяного загрязнения почв в настоящее время в нашей стране практически не решается. Работы по очистке нефтяных загрязнений с использованием микроорганизмов не координируются, их научный и технологический уровень невысокий. Таки образом, проблема загрязнения нефтью и нефтепродуктами почв Российской Федерации стоит в настоящее время как никогда остро и для поиска путей разрешения всех ее аспектов необходима координируемая концентрация усилий всех заинтересованных правительственных, научных и производственных организаций.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovoy/ochistka-zemel-zagryaznennyih-neftyu-i-nefteproduktami/
Гаврилов В. П. Чёрное золото планеты. — М.: Недра, 1990г;
Голованов А.И., Зимин Ф.М., Сметанин В.И.Рекультивация нарушенных земель/Под ред. А.И. Голованова. — М.: КолосС, 2009. — 325 с.
Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. — СПб., 2000 — 250 с.
Емцев В.Т. Микробиология: учебник для вузов/ В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин.- 5е изд., перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2005 — 445, [3] c.: ил.
Посттехногенные экосистемы севера. — СПб.: Наука, 2002. — 159 с.
.Куликова И.Ю. Астраханский государственный технический университет, Биодеградация нефтяных загрязнений. Оценка активности штамма — Экология и промышленность России, декабрь 2008 г.
Микроорганизмы и охрана почв/Под ред. Д. Г. Звягинцева.- М.: Издательство МГУ, 1989 г.
Почвоведение / И.С. Кауричев, Н. П. Панов и др.; Под ред. И.С. Кауричева.- 4е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1989. — 719с.: ил. — (учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).
Химия: пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов. — 2-е изд., стереотип. — М.: Дрофа. 2006. — 703с.
Экологическая биотехнология в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности/ Г. Г. Ягофарова — Уфа, 2001.
