Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами - Загрязнение почвы и акваторий

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.

Разнообразная деятельность человека, связанная с варварской эксплуатацией среды обитания, привела к угрозе потери природных ресурсов Земли на рубеже веков и поставила задачу сохранения и защиты природы. Широкое применение в борьбе с загрязнением почв и водоемов нефтью и нефтепродуктами начинают получать биологические методы. Биологические методы имеют ряд преимуществ, в первую очередь - это экологическая чистота и безопасность, а также минимальное нарушение физического и химического состава очищаемых объектов. Большинство технологий биологической очистки являются дешевыми и не очень трудоемкими. Их эффективность высока при низких концентрациях нефтепродуктов.

Биологическая очистка чаще всего используется для удаления органических загрязнителей, азотных и фосфорных соединений. Биологические методы очистки можно подразделить на:

- методы микробиодеградации загрязнителей; - методы биопоглощения и перераспределения загрязнителей.

Методы микробиодеградации основаны на деструкции загрязнителей различными видами микроорганизмов. Эффект достигается за счет активизации аборигенной микрофлоры или внесения в грунт определенных культур микроорганизмов, а также всевозможных комплексных препаратов. В результате этого микроорганизмы начинают активно поглощать загрязнитель и вызывать его деструкцию.

Активизация биодеградации в нефтезагрязненных почвах и грунтовых водах достигается внесением минеральных удобрений. Ускоряют биодеградацию нефти целлюлозосодержащие отходы - солома, опилки. Эффективно внесение опилок со стимуляторами разложения нефти.

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует. Они могут применяться при массированном и аварийном загрязнениях, в сложных условиях, при отсутствии развитого естественного биоценоза. Достоинством этих методов является их селективность и возможность выведения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсичные соединения.

Технологии микробиологического обезвреживания органических экотоксикантов основаны на активации аборигенной микрофлоры или внесении в грунт культур определенных микроорганизмов и создании оптимальной среды для их развития. Простейшими способами активации микрофлоры являются механические рыхление, вспашка, дискование. Необходимым условием размножения микроорганизмов является создание оптимального температурного диапазона. Для ускорения миграции микроорганизмов в последние годы используют электрокинетическую активацию биодеградации. Ультразвук также способствует ускорению биодеградации экотоксикантов. Другим широко распространенным способом биоактивизации является улучшение аэрации почвы за счет добавок воздуха (продувка почв воздухом под различным давлением).

Необходимым условием биодеградации нефтяных загрязнений является внесение минеральных удобрений. Идеальной для биоразложения является нейтральная среда. Для нейтрализации щелочных грунтов вносят гипс, для нейтрализации кислых грунтов - известь. Одним из методов, обеспечивающих диспергирование нефтяных загрязнений и улучшающих контакт с микроорганизмами, является внесение поверхностно-активных веществ (ПАВ). Сочетание применения ПАВ с внесением минеральных удобрений ускоряет биодеструкцию.

Внесение культур микроорганизмов используется только при аварийных загрязнениях или при отсутствии развитого естественного биоценоза. Микроорганизмы-деструкторы нефтяных углеводородов известны давно и выделены из различных сред: пресных и морских вод, донных загрязнений, пластовых вод нефтяных месторождений, загрязненных нефтью почв и др.

Микроорганизмы, деградирующие нефть, являются обычными представителями биоценозов водоемов и почв загрязненных нефтью, принадлежащих в основной массе к родам:

1) из бактерий - Micrococcus, Brevibacterium, Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Nocardia, Corynebacterium; 2) из грибов-Aspergillus, Penicillium, Streptomyces, Actinomucor; 3) из дрожжей-Candida, Torulopsis, Cryptococcus и др.

Микроорганизмы, выделенные из пластовых вод нефтяных месторождений в основном относятся к углеводородокисляющим, сульфатвосстанавливающим бактериям, денитрифицирующим, аммонифицирующим, метаноокисляющим, нитрифицирующим, тионовым, целлюлозоразрушающим. После открытия способности микроорганизмов разрушать углеводороды прошло более полувека, прежде чем биологи перестали считать эти процессы микробиологической экзотикой. И лишь в последние 15-20 лет появилась убежденность, что это свойство широко распространено в мире микробов.

Общепризнанным стало то, что микроорганизмы способны сравнительно легко превращать молекулы углеводородов-веществ, весьма устойчивых к действию химических реагентов.

Превращение веществ углеводородной природы осуществляется в основном двумя путями:

- в процессе культивирования микроорганизмов на средах с углеводородами, в качестве единственного источника углерода и энергии; - в процессах соокисления культурами, растущими за счет других ростовых субстратов.

Микроорганизмы, способные усваивать углеводороды нефти, могут быть использованы для решения экологических проблем, поэтому при поиске микроорганизмов-деструкторов необходимо учитывать, что вносимая в почву микробная биомасса не должна быть чужеродной для почвенной микрофлоры. Еще одним важным условием является их непатогенность. Микроорганизмы-деструкторы должны обладать высокой жизнестойкостью, так как они могут подвергаться воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, таким как колебания температуры, высокая и низкая влажность, изменение рН среды, нехватка питательных элементов.

Для ликвидации нефтяных загрязнений в почве разработан целый ряд биопрепаратов, содержащих в составе активный штамм-деструктор или сообщество микроорганизмов, обладающих катаболической активностью в отношении нефтяных углеводородов, и минеральные добавки. Наиболее известными зарубежными биопрепаратами являются американские препараты Микробар и Парабан (США). В товарном виде они представляют собой порошкообразные вещества и хорошо растворимые в воде. По данным НИИ гигиены имени Эрисмана, они деструктируют углеводороды с длиной цепи С12, однако в строго определенном диапазоне рН (6,5-7,5), солености, температуры (10-35С).

В 1994 г. произошла Усинская катастрофа - серия прорывов на нефтепроводе Харьяга - Усинск, вызванная его изношенностью. Тогда вылилось около 100 тыс. тонн нефти, что позволило считать эту аварию самым крупным разливом нефти на суше. В пяти поселках была объявлена чрезвычайная экологическая ситуация.

В месте катастрофы почти полностью уничтожена фауна и флора. Многочисленные притоки рек, озера отравлены. Тонны нефти, попавшей в многочисленные притоки Печоры, на много лет поставили под удар жизнь и здоровье людей, населяющих не только эти места, но и прилегающие районы. Особую тревогу вызвала возможность попадания нефти в Баренцево море. Негативные экологические последствия могли затронуть Канаду, США и ряд стран Северной Европы.

Общая площадь загрязненных и нарушенных земель в зоне аварии 1994 г. составила 270,4 га земель, из них 115,79 га были загрязнены аварийной нефтью. Возникла необходимость принятия срочных мер по обеспечению локализации, ликвидации разливов нефти и восстановлению земель.

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).

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.

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.

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.

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами - Загрязнение почвы и акваторий

Похожие статьи