Снижение концентрации разлитого нефтепродукта в почве до приемлемого уровня

Методы снижения остаточной концентрации нефтепродукта в почве до экологически приемлемого (в частности, исключающего его попадание в грунтовые воды) уровня подразделяют на физико-химические и биологические.

Физико-химические методы. К таковым относятся термические, химический, экстракционный методы, а также дренирование почвы.

Термические методы основаны на сжигании загрязнённой почвы, либо предварительно удаленной с места разлива нефтепродукта, либо на месте.

Одной из применяемых схем является сжигание почвы во вращающейся печи с камерой дожигания, системой утилизации тепла и многоступенчатой очисткой топочных газов. Первоначально в мельнице с помощью проходящих через неё горючих газов проводится сушка и одновременное измельчение загрязнённой почвы с получением фракции 0 – 10 мм. При этом большая часть ядовитых веществ переходит в газовую фазу. После сушки почва совместно с газовой фазой обрабатывается при 1000 – 1200 °С в оснащённом газовой горелкой участке. С помощью циклонного сепарирования материал отделяется от газовой фазы, которая возвращается в цикл для полного разложения ядовитых веществ. После обеззараживания почва возвращается на прежнее место.

Термическую обработку почвы можно проводить во вращающейся печи. Средне-загрязненная почва обрабатывается при температуре 700 – 800 °С, а сильно загрязнённая – в печи «кипящего» слоя, работающей на углеводородном топливе, при 900 °С. Такие установки успешно используют в странах Западной Европы.

В Голландии используют установку, включающую вращающуюся печь, а в Канаде очищают загрязнённый гравий путем обжига его в печи с «кипящим» слоем материала. Это позволяет полностью удалить нефтепродукт с гравия при экологически приемлемом химическом составе отходящих газов.

Метод сжигания обеспечивает высокую интенсивность процесса, эффективное выгорание нефтепродуктов при любых уровнях загрязнения ими почвы. В то же время следует отметить и серьёзные его недостатки: 1) метод требует развертывания специального оборудования, больших энергозатрат; 2) большие капитальные затраты на строительство печи и многоступенчатой системы очистки топочных газов, т. к. сжигание сопровождается интенсивным образованием микрочастиц; 3) большое количество захораниваемых шламов, связанных с необратимостью изменений почвы при сжигании; 4) значительно увеличиваются сроки естественного восстановления почвы; 5) происходит образование канцерогенных веществ при высокотемпературных процессах.

Химический метод основан на превращении токсичных углеводородов нефтепродуктов в относительно нетоксичные соединения либо на отверждении токсичных веществ в виде твёрдого вещества или геля.

В России, например, разработан препарат «Эконафт», который эффективно применяется для химического обезвреживания и нейтрализации токсичных отходов. Он включает в свой состав негашёную известь СаО, которая способна при гашении увеличивать удельную поверхность в 15 – 30 раз. Образуется вяжущая масса, активно поглощающая углеводороды нефти. В результате образуется сухое, стойкое при хранении порошкообразное вещество.

В США применяют пероксид водорода Н₂О₂ для обработки загрязнённых нефтепродуктами почв, грунтов и гравия.

Экстракционный метод, обладающий высокой эффективностью, основан на извлечении нефтяных углеводородов из почвы с помощью специально подобранных избирательных экстрагентов (растворителей). В качестве экстрагентов применяются лёгкие фракции нефтепродуктов, горячая вода, перегретый водяной пар, моющие средства и т. д.

Основными этапами экстракционного метода являются:

1) гомогенезация и измельчение загрязнённой почвы;

2) смешивание почвы с экстрагентом при определённых условиях;

3) сушка суспензии, выводимой из экстракционной системы.

Процессы осуществляются на специальных установках (очистных комплексах), собранных, как правило, по модульному принципу.

Для очистки загрязнённых почв от нефтепродуктов методом экстракции разработаны экологически чистые и относительно дешёвые моющие средства (МС). Примером МС является чистый полимер – модифицированный «Унифлок». Применение в составе МС водорастворимого нетоксичного полимера способствует восстановлению азотного равновесия в почве.

Дренирование почвы заключается в её промывке на месте с помощью дренажных систем; по сути это разновидность экстракционного метода.

Биологические методы. Относительно широко распространены в природе микроорганизмы, способные разлагать углеводородные соединения нефти с получением экологически нейтральных веществ; СO₂, Н₂O, и др. Это свойство указанных микроорганизмов и положено в основу биологических методов борьбы с нефтяным загрязнением почв.

Имеется два направления в решении указанной проблемы: 1) повышение активности естественной микрофлоры почв путём создания для аборигенных микроорганизмов оптимальных условий жизнедеятельности; 2) интродукция (внедрение) в загрязнённую почву специально подобранных активных разрушителей нефтепродуктов, так называемых деструкторов.

Первое направление реализуется следующими агротехническими приёмами:

– распашкой загрязнённых территорий, чем создаются оптимальный газовоздушный и тепловой режим в почве, увеличение численности микроорганизмов-деструкторов и их активности, повышение энергии биохимических процессов;

– аэробной биокоррекцией загрязнённых почв, что достигается нагнетанием кислорода на требуемую глубину (в этом случае можно отказаться от распашки);

– обеспечением загрязнённых почв биогенными элементами – азотом, фосфором, калием. Установлено, что особенно увеличивается скорость биохимического окисления углеводородов нефти при внесении нитратов и фосфатов;

– повышением температуры загрязнённой почвы до 20 – 40 °С, при этих условиях резко ускоряется разложение нефтепродуктов. Поэтому рекомендуется покрывать загрязнённый участок тёмной полиэтиленовой пленкой;

– поддержанием почвы во влажном состоянии, что усиливает активность микроорганизмов-деструкторов;

– поддержанием оптимальной (близкой к нейтральной) кислотности почвенного раствора. Поэтому для создания оптимального рН кислые почвы известкуют мелом СаСO₃, а щелочные – обрабатывают слабыми растворами серной кислоты (0,5 – 1,0 %) или гипсом CaSO₄2H₂O.

Высокоэффективным приёмом обезвреживания почв от нефтепродуктов является посев в нефтезагрязнённую почву определённых растений, например люцерны и других трав. Своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима почвы, обогащают её биологически активными соединениями. Этот метод разложения вредных веществ в почве называется фитодетоксикацией.

В настоящее время в экономически развитых странах, где проблема нефтезагрязнений стоит остро, большое внимание уделяется интродукции как наиболее эффективному методу в сочетании с относительно невысокой стоимостью и экономичностью.

За последние годы учёным удалось создать фонд экологически полезных микроорганизмов, предназначенных для производства биопрепаратов с последующим их использованием в целях очистки почв от нефтезагрязнений. Всё это позволило организовать целую отрасль экологической биотехнологии, основанной на выделении и селекции высокоактивных нефтеокисляющих микроорганизмов, изучении их свойств, разработке технологий производства и последующем применении биопрепаратов для борьбы с нефтяным загрязнением почв, водоёмов, грунтов и т. д. Более того, отобраны и скомбинированы в биопрепараты наиболее активные штаммы микроорганизмов – «специалисты» в области деструкции нефти, мазута, дизельного топлива.

Во избежание антагонизма между местным микробиоценозом почвы и внесенными «чужаками» современные биопрепараты готовят на основе выделенных из загрязнённой почвы аборигенных микроорганизмов и культивированных для дальнейшего применения при очистке именно данного типа почв.

В результате выполненных обширных исследований в России разработано большое число препаратов – биодеструкторов нефтепродуктов: «Бациспецин», «Деворойл», «Экойл», «Путидойл», «Нафтокс», «Центрин» и др.

Специалистами шведского агентства оборонных исследований найден способ интенсификации естественных процессов биологической деструкции нефтяных загрязнений путём внесения в почву конского навоза с небольшим количеством сахарного песка.

В США разработан стимулятор деятельности местного биоценоза (биопрепарат «UNI-REM»), который облегчает доступность углеводородных молекул нефти для большого числа природных микроорганизмов и расширяет тем самым номенклатуру деструкторов этого загрязнения.

При очистке почвы от нефтепродуктов биопрепараты применяют в комплексе с выше указанными агротехническими мероприятиями, облегчающими условия «работы» микроорганизмов.