к ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ,
УДК 504.53.064.4:606 © Коллектив авторов, 2013
Разработка технологии ремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов с использованием гуминового препарата «Гумиком»
Я.И. Вайсман, д.м.н., И.С. Глушанкова, д.т.н., Л.В. Рудакова, д.т.н. (Пермский национальный исследовательский политехнический университет), В.В. Куми, И.П. Токарев (ООО «Эмульсионные технологии»)
Адрес для связи: irina_chem@mail.ru
Ключевые слова: нефтезагрязненный грунт, гумино-минеральный комплекс, ремедиация, детоксикация.
Объекты нефтедобычи на всех этапах жизненного цикла (разведка, бурение, добыча, сбор, транспорт, хранение, санация и рекультивация) являются источником негативного воздействия на окружающую среду. Одна из основных экологических проблем - образование нефтезагрязненных почв (НЗП) и грунтов (НЗГ) при бурении скважин, авариях транспортных средств и нефтепроводов, нарушении герметичности колонн в скважинах и технологическом оборудовании, ремонте скважин и др.
Загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к необратимым изменениям ее химических, физических и микробиологических свойств: образованию битуминозных солончаков, гудронизации, цементации и др. Это сопровождается резким снижением биопродуктивности и деградацией почвы. Растворимые фракции нефти, адсорбированные почвами, могут вымываться атмосферными осадками, что сопровождается загрязнением подземных и поверхностных вод. НЗГ содержат токсичные тяжелые металлы (ванадий, свинец, кадмий и др.) в подвижной форме, что также приводит к загрязнению водных объектов [1].
Обеспечение экологической безопасности, снижение рисков воздействия нефтепромысловых объектов на окружающую среду, соблюдение экологических требований к условиям хранения и переработке нефтесодержащих отходов требуют разработки эффективных технологий ремедиации неф-тезагрязненных почв и грунтов.
В настоящее время для восстановления нефтезагрязненных почв и обезвреживания грунтов широко используются процессы биоремедиации, основанные как на активизации аборигенной микрофлоры, так и на применении активных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов и их ассоциаций. Микроорганизмы, способные утилизировать в каче-
128 10'2013 НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Development of technology remediation soil contaminated by oil using GUMIKOM
Ya.I. Vaysman, I.S. Glushankova, L.V. Rudakova
(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm),
V.V. Kumi, I.P. Tokarev (Emulsion Technology Co.Ltd, RF, Samara)
E-mail: irina_chem@mail.ru
Key words: oil-contaminated ground, humic-mineral complex, remeditsiya, detoxification.
The paper presents the results of comprehensive laboratory and pilot studies on the remediation and detoxification of contaminated soils in the presence of humic preparation GUMIKOM, extracted from brown coal. Set of physical and chemical and biochemical mechanisms of acceleration of the processes of self-purification, detoxification and phytoremediation of contaminated soils and conditions and parameters of the process. Pilot tests on the remediation of contaminated soils at oil production facilities in the Samara area are carried out. Based on the studies the technology for remediation of contaminated soil and ground is developed using GUMIKOM to provide technical grounds.
стве питательного субстрата углеводороды нефти, всегда присутствуют в составе микробных сообществ почв. На загрязненных нефтью участках их содержание постепенно увеличивается и становится преобладающим, поэтому создание условий для активизации и биостимуляции аборигенной микрофлоры является наиболее рациональным и экономически целесообразным способом биоремедиации НЗГ и НЗП.
В последние годы для восстановления нарушенных земель, стимуляции процессов биодеструкции углеводородов нефти, повышения урожайности сельскохозяйственных и луговых культур исследуются и разрабатываются технологии ремедиа-ции с использованием гуминовых соединений, выделяемых из различного природного сырья (торфа, бурых и окисленных каменных углей, биокомпоста, почв и др.). Гуминовые кислоты (ГК) - специфические высокомолекулярные полифункциональные азотсодержащие соединения циклического строения и кислотного характера, которые являются продуктами конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминокислотами и протеинами [2, 3]. Эти вещества различного происхождения объединяют наличие ароматического ядра, карбоксильных (-COOH), карбонильных (-СОН), метоксиль-ных (-OCH3) групп, гидроксильных групп (-OH) спиртового и фенольного характера, а также амидогрупп (-CONH2). На рисунке представлены некоторые основные структурные звенья гуминовых веществ с функциональными группами [3].
Благодаря наличию ионообменных групп ГК способны эффективно сорбировать углеводороды нефти и нефтепродукты, увеличивать активность почвенной микрофлоры, ускорять процессы деструкции углеводородов и их гумификации -преобразования в почвенный гумус. Эффективность действия гуминовых препаратов при биоремедиации НЗГ значительно зависит от способа их получения и исходного сырья.
т
Основные структурные звенья гуминовых веществ
Гумино-минеральный комплекс «Гумиком», производимый в соответствии с ТУ 2186-002-13787869-2009, разработан ООО «Эмульсионные технологии» и выделен из бурого угля. Выпускаются три марки препарата: А, Б и В. Препарат имеет санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии санитарным правилам и нормам, а также и заключение государственной экологической экспертизы о соответствии требованиям законодательства в области охраны окружающей среды. Физико-химические и токсикологические характеристики и требования к препарату представлены в табл. 1.
Комплексные исследования деструкции углеводородов нефти и детоксикации НЗГ с использованием препарата, проведенные в 2007-2012 гг., позволили установить физико-химический и биохимический механизмы ускорения процессов самоочищения, детоксикации, фиторемедиации почв и грунтов, а также определить области его применения.
Физико-химический и биохимический механизмы ускорения процессов биодеструкции углеводородов при внесении в НЗГ гуминового препарата «Гумиком» заключаются в:
- поглощении углеводородов молекулами гуминового препарата, что нейтрализует их негативное влияние на систему почва - растение - микроорганизмы;
- активизации микробиологической деструкции углеводородов нефти;
- оптимизации питания и обеспечения водой растений и микроорганизмов в результате структурирования почв;
- улучшении агрегатного и минералогического составов почв;
- локализации очага токсичного загрязнения, причем не только по площади, но и вертикально, в результате обеспечивается защита грунтовых вод.
Углеводороды нефти при взаимодействовали с функциональными группами и лигандами гуминовых кислот входят в структуру гуминовых соединений, это способствует процессам гумификации нефтезагрязненных земель [4]. Гуминовые кислоты являются также легкодоступными органическими субстратами в НЗП, и углеводороды нефти вовлекаются ими в процессы окисления и разложения, что приводит к росту микроорганизмов [5, 6].
Анализ результатов исследований по биоремедиации НЗГ, содержащих от 5 до 20 % углеводородов нефти, показал, что токсическое действие снижается в течение 3 - 4 недель после обработки загрязненной почвы. Это особенно важно при восстановлении НЗП в северных районах, где в силу климатических условий обеспечить очистку почв с использованием других технологий чрезвычайно сложно.
На одном из объектов нефтедобычи Самарской области были проведены опытно-промышленные испытания по применению препарата для ремедиации нефтезагрязненных отходов. Масса отходов составляла 1100 т, масса внесенного препарата «Гумиком» марки В - 3 т (доза препарата -2,78 кг/т). Получены следующие результаты количественного анализа исходного грунта и проб грунта, отобранных на опытной технологической площадке в конце вегетационного периода (сентябрь), по содержанию нефтепродуктов: исходный грунт - 92000 мг/кг (9,2 %), проба 1 - 5902 мг/кг (0,59 %), проба 2 - 5926 мг/кг (0,59 %), проба 3 - 6524 мг/кг (0,62 %), проба 4 - 7131 мг/кг (0,71 %), проба 5 - 10081 мг/кг (1 %).
Испытания показали, что за один вегетационный сезон содержание нефтепродуктов в НЗП снижается с 9,2 до 0,6-1 %, поэтому очищенные грунты можно использовать для биологической рекультивации нарушенных земель, озеленения промышленных площадок, в градостроительстве при устройстве ландшафтов.
Детоксикация НЗГ и НЗП в присутствии препарата обусловлена связыванием ионов тяжелых металлов, находящихся в подвижной форме, в малорастворимые комплексные соединения с гуминовыми кислотами в результате ионного и ли-гандного обмена [7]
wGum + Меи+Хи" «[Gum-COOH]raMe + H+„X«'.
где Gum - гуминовая кислота; Меи+ - тяжелый металл.
Образующиеся металлоорганические комплексы тяжелых металлов являются малоподвижными и неспособными к преодолению клеточных мембран на контакте почва - корень ра-
Таблица 1
Показатели Марка А Марка Б Марка В Метод анализа
Жидкость Гель Порошок
Внешний вид темно-коричневого темно-коричневого черного Визуально
цвета цвета цвета
Массовая доля гумата, % 4,0-6,0 12,0-14,0 92,0-97,0 ГОСТ 9517-94
Влажность, % 90,0 - 96,0 83,0-89,0 3,0-8,0 ГОСТ 26713
Массовое содержание, %: общего азота 0,1 - 0,3 0,3 - 0,9 2,0 - 7,0 ГОСТ 26715
общего фосфора в пересчете на Р2О5 0,1 - 0,3 0,3 - 0,9 2,0 - 7,0 ГОСТ 26717
общего калия в пересчете на К2О 0,3 - 0,5 0,5 - 1,5 3,5 - 8,0 ГОСТ 26718
Массовое содержание, мг/кг сухого продукта, не более: меди 33,0 33,0 33,0 РД52.8.191-89 РД 52.18.191 ПНДФ 16.12-23.17-98 ПНДФ 14.1:2.20-95
кадмия 0,5 0,5 0,5
свинца 32,0 32,0 32,0
мышьяка 2,0 2,0 2,0
ртути 2,1 2,1 2,1
Примечание. Количество нерастворимого осадка при растворении в воде 1 % препарата на сухое вещество, не превышает 0,5; pH = 6,5 - 7,5 (ГОСТ 27979); уровень радиоактивности не более 617 Бк/кг.
Таблица 2
Доза препарата в пересчете Содержание, мг/кг Примечание
на сухое вещество, г/кг Cu Zn Cd Pb Ni Cr
НЗГ |
0 5,55 11,60 4,60 4,62 12,60 7,72 Валовая форма*
0 4
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.