научная статья по теме Влияние состава и способа применения торфяных мелиорантов на деструкцию нефтяных углеводородов Геофизика

Текст научной статьи на тему «Влияние состава и способа применения торфяных мелиорантов на деструкцию нефтяных углеводородов»

УДК 579.873.6.017.7

© Коллектив авторов, 2010

Влияние состава и способа применения торфяных мелиорантов на деструкцию нефтяных углеводородов

Т.П. Алексеева, к.х.н., Т.И. Бурмистрова, к.х.н., Л.Н. Сысоева, к.х.н., Н.М. Трунова (Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа СО Россельхозакадемии),

Л.Д. Стахина, к.х.н. (Институт химии нефти СО РАН)

Effect of composition and method for application of peat ameliorants

on destruction of oil hydrocarbons

T.P. Alekseeva, T.I. Burmistrova, L.N. Sysoeva, N.M. Trunova (State Scientific Enterprise Siberian Research Institute of Agriculture and Peat of Siberian Branch of Russian Agriculture Academy), L.D. Stakhina (Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of RAS)

Experiments show that the highest degree of the oil destruction in soil is provided by the peat ameliorants, which contain the carbamide as a nitrogenous fertilizer. It is noted? That the intermittent introduction of an peat ameliorant into the oily soil is the most effective technique.

Ключевые слова: торф, мелиоранты, нефть, почва, деструкция, микроорганизмы. Адрес для связи: sibniit@mail.tomsknet.ru

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами сопровождает все этапы добычи, транспорта и переработки нефти и является серьезной экологической проблемой. Последние десятилетия многими учеными изыскиваются разнообразные пути ликвидации этих загрязнений. Наибольший интерес представляет разработка экологически безопасной и выгодной рекультивации земель биологическим методом, основанным на активации микробиологической деструкции нефти. Существуют два способа биологической рекультивации: 1) активация метаболической активности естественной микрофлоры путем изменения физико-химических условий среды [1, 2]; 2) внесение специально подобранных нефте-окисляющих микроорганизмов в почву [3, 4]. Однако вследствие длительного периода адаптации активность специально внесенных популяций микроорганизмов очень быстро снижается. Довольно успешно для этого можно применять торф. Его использование как сырья для получения мелиоранта нефтезагрязненных почв обусловлено значительной сорб-ционной способностью по отношению к нефти и повышенной окислительной активностью углеводородокисляющей микрофлоры (УОМ).

По мнению авторов работы [5], для нормального роста бактерий должно соблюдаться определенное соотношение углерода, азота и фосфора СОТ, находящееся в пределах (10-20):1 :(0,15-1,0). В противном случае рост бактерий и деструк-

ция нефтяных углеводородов останавливаются. Поэтому использование торфа для деструкции нефтей требует его активации путем внесения азотно-фосфорных удобрений. Активированный таким образом торф при внесении в нефтяную среду обеспечивает возрастание общей численности УОМ по сравнению с нативным торфом, а также расширение видового разнообразия активных бактериальных культур [6].

Загрязнение почвы большим количеством нефтепродуктов приводит к резкому изменению соотношения количества углерода и азота (С:№), т.е. к значительному дефициту в ней азота. При этом для обеспечения необходимого соотношения СДО в нефтезагрязненную почву необходимо вносить большую дозу минерального азота (в составе той или иной мелиорирующей композиции), который может оказать токсичное действие на почвенную биоту и замедлить процесс деструкции нефтяных углеводородов.

На скорость биодеградации нефтяных углеводородов влияют не только дозы, но и формы используемых азотных удобрений. Показано [5], что наилучшие результаты достигаются при внесении в нефтезагрязненную почву медленно минерализующихся удобрений (чистого карбамида или карбамида, модифицированного серой). Можно предположить, что внесение в нефтезагрязненную почву торфяных мелиорантов, в составе которых используется карбамид, обеспечит при прочих равных условиях более высокую степень деструк-

ции нефтяных углеводородов, чем в случае торфяных мелиорантов, содержащих аммиачную селитру. Можно также предположить, что при значительном нефтяном загрязнении используемый торфяной мелиорант с высоким содержанием азотных удобрений желательно вносить дробным способом (по 1/2 или даже 1/4 расчетной дозы).

С целью проверки данных предположений нами были проведены исследования по созданию композиций (мелиорантов), содержащих торф и минеральные удобрения, для интенсификации разложения нефтяных компонентов в почве, а также проверена эффективность торфяного мелиоранта в производственном опыте.

Объекты и методы

Лабораторные опыты были проведены на дерново-подзолистой почве, искусственно загрязненной сборной товарной западносибирской нефтью. Массовое содержание в нефти пара-фино-нафтеновых углеводородов составляло 72 %, ароматических углеводородов - 13 %, смол - 11 %, асфальтенов - 4 %.

Для приготовления торфяного мелиоранта использовали низинный торф месторождения Темное Томской области. Степень разложения торфа составляла 25-30 %, зольность -15 %. Для активирования торфа использовали минеральные удобрения: карбамид или аммиачную селитру и двойной суперфосфат.

В лабораторных опытах испытывали четыре состава торфяных мелиорантов: ТМ1 и ТМ2 - с использованием в качестве азотного удобрения карбамида, ТМ3 и ТМ4 - аммиачной селитры. ТМ1 и ТМ3 вносили в нефтезагрязненную почву в количестве, обеспечивающем соотношение С:№Р=20:1:0,15; а ТМ2 и ТМ4 - 863:1:0,15 (в этом случае независимо от количества разлитой нефти с мелиорантом вносятся минеральные удобрения N и Р2О5 в количестве 60 кг/га).

Сухую почву из горизонта глубиной 0-20 см просеивали через сито с отверстиями диаметром 3 мм, увлажняли до 60 % полной влагоемкости (ПВ), после внесения в нее определенного количества нефти, затем торфяного мелиоранта тщательно перемешивали до однородного состояния и помещали в лабораторные сосуды (навески по 2000 г). Для поддержания оптимальных влажности и условий аэрации проводили периодический пролив и рыхление почвы. Образцы почвы для анализа отбирали через 3 сут, 1 и 6 мес.

Анализ исходного уровня загрязнения и дальнейший мониторинг очистки почвы от нефтяного загрязнения выполняли методом многократной исчерпывающей экстракции ее смесью хлороформ-метанола (93:7) в аппарате Сокслета. Групповой состав нефтяных образцов контролировали методом жидкостно-адсорбционной хроматографии на силикагеле [7]. Элементный состав нефтяных образцов анализировали по методике [8]. Карбоксильные группы определяли методом потенциометри-ческого титрования нефтяного образца спиртовым

раствором щелочи по ГОСТ 5985-79. Агрохимические показатели определяли по методикам [9].

Исследования продолжительностью 6 мес проводили в двух основных направлениях:

- изучение влияния различных форм и доз азотных удобрений в составе торфяного мелиоранта на интенсивность деструкции нефтяных углеводородов в почве (опыт 1);

- изучение влияния кратности внесения в нефтезагрязнен-ную почву торфяного мелиоранта на степень деструкции нефтяных углеводородов в почве в условиях сильного загрязнения (опыт 2).

Варианты лабораторного опыта 1: 1) почва+ТМ1; 2) поч -ва+нефть+ТМ1; 3) почва+нефть+ТМ2; 4) почва+нефть+ТМ3; 5) почва+нефть+ТМ4.

Варианты лабораторного опыта 2: 1) почва+нефть; 2) поч -ва+нефть+ТМ3 (разовое внесение мелиоранта); 3) почва+ +нефть+ТМ3 (дробное внесение мелиоранта, по половине расчетной дозы в первые и последующие 3 мес).

Эффективность торфяного мелиоранта (состав ТМ1) проверена на территории Усть-Балыкского нефтяного месторождения Нефтеюганского района Ханты-Мансийского автономного округа. Для проведения опыта выбраны участки почвы с различным уровнем загрязнения нефтяными углеводородами. В начале опыта (после внесения торфяного мелиоранта) и в конце (спустя 3,5 мес) из почвенного горизонта глубиной 020 см были отобраны пробы на анализ. Эффективность торфяного мелиоранта оценивалась степенью деструкции нефтяных углеводородов.

Результаты и их обсуждение

Исследования показали, что наиболее высокая степень деструкции нефтяных углеводородов за 6 мес эксперимента была достигнута в вариантах 3 и 5 (соответственно 54,3 и 42,5 %) с использованием торфяных мелиорантов ТМ2 и ТМ4. Высокие стартовые дозы минеральных удобрений, вносимых с мелиорантами, обеспечивающими соотношение С:№Р=20:1:0,15 (варианты 2 и 4), вероятно, оказывали токсическое действие на почвенную биоту и тормозили деструкцию нефтяных углеводородов. При прочих равных условиях степень деструкции нефтяных углеводородов в тех вариантах, где использовался карбамид (варианты 2 и 3), выше - соответственно 32,4 и 54,3 %, чем при внесении мелиорантов с

Таблица 1

Вариант опыта 1 Содержание, %

парафино-нафтеновых углеводородов ароматических углеводородов смол асфальтенов карбоксильных групп

2 55,0/21,0 16,0/16,2 10,0/16,9 12,0/8,1 0,85/1,63

4 58,0/32,0 15,0/18,0 12,0/15,7 12,0/11,0 0,86/2,28

Примечание. В числителе приведены данные для исходных почв, в знаменателе - для биодеградированных. Таблица 2

Вариант Массовое содержание, % Атомное

C H N S O соотношение ^И

Исходная нефть 86,16 13,07 0,60 0,75 0,00 0,54

2 82,04 11,75 0,38 1,36 0,47 0,58

4 82,53 12,42 0,27 1,32 0,46 0,55

112 012010 НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО

аммиачной селитрой - 21,6 и 42,5 % (варианты соответственно 4 и 5).

На примере вариантов 2 и 4 в табл. 1 и 2 показаны изменения группового и элементного составов нефти, а также содержания карбоксильных групп (см. табл. 1), произошедшие за 6 мес эксперимента. В обоих случаях с течением времени значительно снизилось содержание парафино-нафтеновых углеводородов. Наибольшая степень их деструкции (в 2,6 раза) достигнута в варианте 2. Содержание ароматических углеводородов за 6 мес практически не изменилось, а асфальтенов -незначительно уменьшилось. Некоторое увеличение содержания смол в биодеградированных образцах связано с их остаточным накоплением, а также с дополнительным образованием при биодеградации парафино-нафтеновых углеводородов.

Элементный анализ (см. табл. 2) показал, что по истечении 6 мес исследования в нефтяных образцах снизилась доля углеводородных соединений и увеличилась доля кислородсодержащих. Это объясняется окислением насыщенных углеводородов по

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.

Показать целиком