Экологическая реабилитация нефтезагрязненных земель с использованием эффективного биопрепарата

влияние загрязненных почв на окружающую природную среду. Основное преимущество предлагаемого способа в отличие от всех известных способов рекультивации заключается в том, что он обеспечивает создание на поверхности загрязненных почв плодородного слоя с устойчивым травостоем без применения органических и минеральных удобрений, с наименьшими затратами в кратчайшие сроки.

На реализацию предлагаемой технологии имеется разрешение ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае» № 13019 от 25.10.2011 г. Справки о депонировании используемых штаммов микроорганизмов в коллекции ГНУ ВНИИСХМ Россельхозакадемии (г. Санкт-Петербург). Технология защищена патентом РФ: № 2529735 [2].

Цель работы : исследовать обеспечение условий для создания устойчивого фитоценоза на поверхности нефтезагрязненных земель на основе использования эффективного биопрепарата, повышающего жизнедеятельность аборигенной микрофлоры и способствующего почвообразованию с наименьшими затратами и в кратчайшие сроки для ликвидации отрицательного влияния нарушенных земель на окружающую среду.

Для получения препарата в качестве наполнителя использовались отходы бурого угля следующего гранулометрического состава: 2,5-3(0,5%); 1,5-2,0-(0,8%); 0,5-0,1-(98%); 0,2-0,3-(1,1%). Отходы бурого угля данного состава при производстве препарата использовались без дробления, что значительно удешевляет технологию приготовления препарата [1]. К наполнителю добавлялась жидкая смесь из активных штаммов микроорганизмов: Pseudomonas fluorescens ВКГ с титром 10-13, Pseudomonas fluorescens ND-6 с титром 10-10и Azotobacter chroococcum АИН с титром 1012 в соотношении 3:1,5:0,5. Полученную просушенную смесь из углеотходов и микроорганизмов растирали металлическим катком с диаметром ~10 см, в результате получали биопрепарат с производственно-ценными свойствами, содержание которых представлено в табл. 1.

Таблица 1. Производственно-ценные свойства биопрепарата, %

Гуминовые кислоты	Карбоновые кислоты	Аминокислоты	Полисахариды	Витамины группы B
72,7	15,3	3,8	3,7	0,006

Карбоновые кислоты содержали уксусную, пропионовую, масляную, валерьяновую кислоту и аминокислоты: аспарагиновую и глютаминовую кислоту. Такой состав органических кислот является сильным стимулятором роста и развития растений, а также аборигенной микрофлоры [2].

Полученный биопрепарат с эффективными свойствами использовался для проведения опытно-промышленных испытаний на участках, загрязненных нефтью в Пермском крае Осинского района площадью 2,5 га и Бардымского – площадью 2,2 га. Почвогрунты представлены типичными суглинками желтовато-бурого цвета, содержащих примесь галечного, гравийного и песчаного материала (10-15% от общей массы).

Реабилитация нефтезагрязненных почв – это процесс их рекультивации с помощью микроорганизмов. Он включал в себя планировку, выравнивание поверхности участков, рыхление на глубину корнеобитаемого слоя для улучшения физического режима влагоемкости и аэрации с одновременным внесением в почву биопрепарата, содержащего микроорганизмы рода Pseudomonas и Azotobacter. Затем проводился посев семян злаковых (овсяница луговая, костер безостый). Комплекс почвенных микроорганизмов рода Pseudomonas и Azotobacter способствует почвообразованию, так как они синтезируют ценные органические вещества: гуминовые кислоты, карбоновые кислоты, аминокислоты, полисахариды, витамины группы B и другие, являющиеся стимуляторами роста растений. Растения костра безостого и овсяницы луговой образуют хорошую дернину, высокопродуктивны, зимоустойчивы, засухоустойчивы, стойки к избыточному увлажнению, хорошо борются с сорной растительностью, долговечны, обогащают почву питательными веществами.

Обработка почвогрунтов биопрепаратом в Осинском районе проводилась 1 раз в дозе 100 кг/га. Как видно из рис. 1, количество нефти в почвогрунтах через месяц снизилось от первоначального содержания в количестве 46352 мг/кг до 4658 мг/кг. В Бардымском районе нефтезагрязненные почвогрунты обрабатывались биопрепаратом в количестве 200 кг/га также 1 раз, как в Осинском районе. Исследования показали, что почвогрунты очистились от нефти также в течение месяца. Количество нефти снизилось с 147336 мг/кг до 8,9 мг/кг. Следует отметить, что в ранних работах [3] подобное количество нефти в почвогрунтах очищалось при 2х-3х-кратной обработке биопрепаратом, содержащим органические кислоты (гуминовые, карбоновые, аминокислоты) и полисахариды в 2 раза меньше, чем используемый биопрепарат. Результаты опытно-промышленных работ по восстановлению природного потенциала нефтезагрязненных почвогрунтов путем их рекультивации, проведенные в Осинском и Бардымском районе, представлены в диаграмме на рис. 1. Из диаграммы, приведенной на рис. 1, видно, что в процессе рекультивации содержание нефтепродуктов на опытном участке в Бардымском районе снизилось со 147 336 мг/кг почвы до 8,9 мг/кг в течение месяца при дозе используемого биопрепарата 200 кг/га. В Осинском районе количество нефти снизилось от первоначального содержания в количестве 46 552 мг/кг до 4 658 мг/кг при дозе биопрепарата 100 кг/га. Результаты микробиологических анализов нефтезагрязненных грунтов в Осинском и Бардымском районах представлены на рис. 2 и рис. 3.

□ - начальное содержание нефти в почвогрунтах, мг/кг

■ - конечное содч)жание нефти в почвогрунтах, мг/кг

Рис. 1. Содержание нефтепродуктов в почвогрунтах Бардымского и Осинского районов

Нефтепродукты, содержащиеся в почвогрунтах, определялись гравиметрическим методом (по РД 39-014 7098-015-90 п 4.1). Количество сапрофитной микрофлоры, азотобактера и Pseudomonas определялось в соответствии с практикумом по микробиологии [6]. Результаты исследований показали, что количество сапрофитной микрофлоры на участках в Осинском районе под влиянием внесенного в почвогрунты биопрепарата резко повысилось в среднем от 150 тыс./г до 28000 тыс./г., количество азотобактера повысилось в среднем с 7 тыс./г до 7000 тыс./г., количество Pseudomonas с 8 тыс./г. до 24000 тыс./г.

■ - количественное содержание до рекультивации. тыс г

□ - количественное содержание после рекультивации, тыс i

Рис. 2. Результаты микробиологических анализов нефтезагрязненных грунтов в Осинском районе

■ - количественное содержание до рекультивации, тыс./г

□ - количественное содержание после рекультивации, тыс г

Рис. 3. Результаты микробиологических анализов нефтезагрязненных грунтов в Бардымском районе

Результаты микробиологических анализов почвогрунтов в Бардымском районе показали также увеличение сапрофитной микрофлоры, азотобактера и псевдомоноса.

Таким образом, увеличение количества биопрепарата при обработке нефтезагрязненных почвогрунтов в Бардымском районе со 100 до 200 кг/га также, как при обработке грунта в Осинском районе биопрепаратом в дозе 100 кг/га, позволило очистить почвогрунты от нефти также в течение месяца, что значительно удешевляет весь процесс очистки [3]. По результатам исследований численность сапрофитной микрофлоры, в том числе азотобактера и Pseudomonas, являющихся показателями плодородия почв, резко повысилась. Как правило, у выросших растений хорошо развилась корневая система, составляющая в длину в среднем 12-15 см. Высота надземной массы растений достигала в длину в среднем 3857 см. Проективное покрытие участка выросшими растениями составило 94% в Бардымском районе и 98% в Осинском районе. На контрольных участках, не обработанных биопрепаратом, рост растений практически отсутствовал. Указанное улучшение агрохимических свойств и повышение биологической активности свидетельствует об экологической реабилитации нефтезагрязненных почвогрунтов с использованием эффективного биопрепарата.

Экологические последствия антропогенного воздействия нефтяной промышленности на природные ресурсы особенно остро стоят при рекультивации земель в северной зоне, в частности, г. Сургут (Хмао-Югра), где нефтезагрязнения составляют примерно 80% всех нарушений. Восстановление природного потенциала, нарушенного вследствие производственной деятельности предприятий нефтяной промышленности, играет на Севере важную роль. Вместе с тем, традиционный способ биологической рекультивации с нанесением плодородного слоя требует значительных затрат и в новых условиях хозяйствования проблематичен. Внесение минеральных удобрений в грунты нарушенных территорий при невысокой их биологической активности и низком содержании аборигенной микрофлоры, а также при отсутствии полезных микроорганизмов, является также нецелесообразным. На аборигенную микрофлору Севера можно воздействовать эффективными приемами, которые позволяют активизировать биохимические процессы. Среди приемов, обеспечивающих направленное регулирование численности микроорганизмов и их метаболических процессов, следует отметить также применение экологически чистого биопрепарата, разработанного в ООО «Уралэко-ресурс» и содержащего ценные органические вещества, упомянутые выше.

В статье приводятся результаты модельных опытов по определению биологической активности биопрепарата в рекультивации нарушенных земель в г. Сургут, содержащих нефтепродукты в среднем ~394 мг/кг и хлориды ~338 мг/кг. В результате проведенных исследований опытные растения (овес) хорошо выросли и через 40 дней при дозе биопрепарата 200 кг/га у растений было отмечено интенсивное колошение, что указывает на хороший рост и развитие растений, несмотря на высокое содержание нефти и хлоридов в почвогрунтах. При обработке биопрепаратом в дозе 200 кг/га количество сапрофитной микрофлоры достигло 769,5 тыс./г по сравнению с первоначальным ее содержанием в почвогрунтах в количестве 4,1 тыс./г. Через 30 дней со дня посева был замерен рост растений в длину и длина корневой массы. Рост растений составил 28-31 см. Длина корневой системы составила 15 см.

Результаты исследований показаны на рис. 4.

Рис. 4. Рост опытных растений (овес) в очищенном почвогрунте

Через 40 дней посева в 4, 3 и 2 опыте появились соцветия зерен, так называемые «метелки» овса, что указывает на хорошее развитие растений. Результаты исследований показаны на рис. 5. На рисунке видно, что в 4 сосуде, обработанным биопрепаратом в дозе 200 кг/га, овес рос наиболее интенсивно. Выросшие соцветия отличались от опытных растений наибольшей густотой, чем в 1,2 и 3 сосудах, обработанных биопрепаратом в дозе 100, 150 и 180 кг/га соответственно.

На основании полученных результатов можно рекомендовать использовать выросшие растения как фуражный корм в качестве добавки 50% к овощам, которые входят в обязательный рацион животных, или частично использовать очищенный от нефти грунт для выращивания цветов, от продажи которых можно получать ощутимую в экономическом отношении прибыль, но окончательные рекомендации можно будет сделать после опытно-промышленных испытаний [4, 5].

В результате проведенных исследований по экологической реабилитации нефтезагрязненных земель с использованием эффективного биопрепарата сокращаются сроки восстановления нарушенных земель, восстанавливается экологическое равновесие. Использование эффективного биопрепарата снижает трудоемкость работ по восстановлению нефтезагрязненных земель, продолжительность рекультивационных работ в 2-3 раза, сокращение материальных и энергетических затрат по сравнению с традиционной технологией. Разработанная технология позволяет восстановить экологическое равновесие с наименьшими затратами (стоимость 1 кг биопрепарата составляет 2800 – 3500 рублей) и в кратчайшие сроки. Наряду с экономическим получается экологический эффект – прекращение негативного воздействия нефтезагрязненных земель на окружающую среду.

Рис. 5. Выросшие растения на 40-й день после посева

Выводы:

• 1.    Применение эффективного биопрепарата, содержащего активные микроорганизмы рода Pseudomonas и Azotobacter в дозе 200 кг/га в натурных условиях при одноразовой обработке позволяет очищать почвогрунты в течение одного вегетационного периода и создает положительные условия для создания фитоценоза на рекультивируемых участках.

• 2.    Результаты модельных опытов подтверждают возможность использования эффективного биопрепарата для реабилитации нефтезагрязненных земель и в северных районах.

• 3.    Применение созданного эффективного биопрепарата для реабилитации нефтезагрязненных почвогрунтов создает условия для произрастания растений, исключая необходимость покрытия загрязненных земель почвенным слоем, значительно сокращает сроки рекультивации и удешевляет все работы по восстановлению биологической активности и экологического равновесия на восстановленных территориях.