Эколого-экономическая оценка технологии рекультивации нефтезагрязненных земель с использованием эффективного биопрепарата

Проблема реабилитации нефтезагрязненных земель является одной из крупных экологических проблем.   Использование микробиологических средств при ликвидации нефтяных загрязнений почв является часто единственным методом ускоренного восстановления экологически чистой обстановки в природных условиях, не нарушая ее естественного биоценоза и повышая его активность путем обработки загрязненных грунтов активными штаммами микроорганизмов, разлагающих нефть [1, 2]. В ООО «Уралэкоресурс» разработана технология рекультивации нарушенных земель и технология получения высокоэффективного нефтеокисляющего препарата, содержащего микроорганизмы, выделенные из нефтезагрязненной почвы [3, 4]. Получены справки о депонировании используемых штаммов микроорганизмов препарата в международной коллекции ГНУ ВНИИСХМ Россельхозака-демии (г. Санкт-Петербург). Технология защищена патентами РФ № № 2499636 № 2529735 [5, 6]. На реализацию предлагаемой технологии имеется разрешение ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае» № 13019 от 25.10.2011г.

Цель работы : 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.

Назаренко Ольга Александровна, коммерческий директор

Шафран Владимир Николаевич, главный инженер Суслова Мария Владимировна, эколог

Вяткин Константин Александрович, эколог

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 [6]. 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 10-12 в соотношении 3:1,5:0,5. Из просушенной смеси углеотходов и микроорганизмов получали биопрепарат, рецептура которого представлена в табл. 1. Производственноценные свойства биопрепарата представлены в табл. 2. Карбоновые кислоты содержат уксусную, пропионовую, масляную, валерьяновую кислоту, аминокислоты: аспарагиновую и глютаминовую кислоту. Такой состав органических кислот является сильным стимулятором роста и развития растений, а также аборигенной микрофлоры [4].

Перед закладкой опытно-промышленных участков отбирались пробы нефтезагрязненных грунтов по диагонали в 5 точках с глубины 15-20 см на химический и микробиологический анализы. Химический анализ включал определение количества нефти в каждой пробе гравиметрическим методом [7]. Параллельно выполнялся микробиологический анализ на содержание сапрофитной микрофлоры, являющейся показателем на плодородие почвы [8].

Таблица 1. Рецептура микроорганизмов препарата

Бактериальный инокулят	Шифр	Значение
Pseudomonas fluorescens	ВКГ	10-13
Pseudomonas fluorescens	КОА-4	10-10
Azotobacter chroococcum	АИН	10-12

Таблица 2. Производственно-ценные свойства биопрепарата, %

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

Реабилитация нефтезагрязненных почв – это процесс их рекультивации с помощью микроорганизмов. Он включает 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 и витамины, 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.

Полученный биопрепарат с эффективными свойствами использовался в 2015 г. для проведения опытно-промышленных испытаний на участках, загрязненных нефтью в Пермском крае Осинского района площадью 2,5 га и Бардымского – площадью 2,2 га (рис. 1). Почвогрунты были представлены типичными суглинками желтовато-бурого цвета, содержащих примесь галечного, гравийного и песчаного материала (10-15% от общей массы). Обработка почвогрунтов биопрепаратом в Осинском районе проводилась 1 раз в дозе 100 кг/га. Количество нефти в почвогрунтах через месяц снизилось от первоначального содержания в количестве 46,3 мг/кг до 4,6 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 в течение месяца. Количество нефти снизилось с 147,3 мг/кг до 8,9 мг/кг. Следует отметить, что в ранних работах [3,4] подобное количество нефти в почвогрунтах очищалось при 2х-3х-кратной обработке биопрепаратом, содержащим органические кислоты в 2 раза меньше, чем используемый биопрепарат.

Дальнейшие опытно-промышленные испытания по использованию эффективного биопрепарата проводились в 2016 г. в Усольском районе площадью 3 га, Частинском районе на площади участка 3 га и в Октябрьском площадью 2,5 га, представленных на рис. 1. В Усольском районе почва представлена суглинком, в Частинском – глиной и в Октябрьском – дерново-подзолистой почвой. На рис. 2 представлены результаты по рекультивации нарушенных земель в Усольском районе. На участке была посеяна овсяница луговая. Первоначальное содержание нефти в почвогрунтах составило 164,3 мг/кг. После проведения рыхлительных работ на участке были посеяны семена овсяницы луговой в 3-х кратной норме в количестве 36 кг/га, обработанных биопрепаратом в дозе 200 кг/ГА [4]. Растения взошли на 5 день. Через 2 месяца корневая система достигла глубины 60 см. Стебель составил в высоту 120 см.

Рис. 1. Рекультивированные нефтезагрязнённые участки в Пермском крае

В почву Частинского района, представленной глиной, были посеяны семена костра безостого, также в 3-х кратной норме в количестве 30 кг/га и обрабатывались биопрепаратом в количестве 200 кг/га который отличается зимостойкостью и засухоустойчивостью, дали хороший рост. Высота стебля составила в среднем 130 см с глубиной корневой системы 48 см. В Октябрьском районе на дерновоподзолистой почве, загрязнённой нефтью, выращивалась люцерна жёлтая, семена которой также перед посевом были обработаны биопрепаратом. Загрязненный грунт содержал 95,6 мг/кг нефти. Через месяц количество нефти уменьшилось до 12,8 мг/кг. В конце августа выросшая люцерна дала хороший урожай до 650 ц/ГА. Высота стебля люцерны составила 40-50 см. Хорошо развилась корневая система. Корень стержневой с сильно развитыми боковыми ответвлениями, уже в конце августа корневая система достигла глубины 1,5 м. Рост люцерны жёлтой на вертикальном срезе почвы показан на рис. 3. Результаты химических и микробиологических анализов представлены в табл. 3 и 4. Видно, что содержание нефти на рекультивированных участках в Усольском, Частинском, Октябрьском районах при использовании эффективного биопрепарата резко снизилась ниже санитарной нормы, что благоприятно влияет на рост и развитие сапрофитной (полезной) микрофлоры. Из табл. 4 следует, что количество сапрофитных микроорганизмов представ- ленных микроорганизмами – деструкторами при рекультивации выше названных участков увеличилось от 27до 85.

Рис. 2. Результаты рекультивации нарушенных земель в Усольском районе

Таблица 3. Результаты анализов на содержание нефти

Район отбора проб почвогрунтов	Содержание нефти, мг/кг почвы
	начальное	конечное
Усольский	164,3	19,7
Частинский	137,0	15,6
Октябрьский	95,6	12,8

Таблица 4. Результаты микробиологических анализов нефтезагрязненных грунтов

Наименование района	Содержание микроорганизмов-деструкторов, тыс.клеток в 1 г грунтов
	начальное	конечное
Усольский	115,8	9905,8
Частинский	367,4	11709,7
Октябрьский	562,7	15468,9

Экономическая эффективность от использования разработанной биотехнологии на предприятиях нефтяной промышленности довольно значительная. В результате проведенных исследований предлагаемый биопрепарат согласно патенту РФ № 2529735 [6] может использоваться при рекультивации нарушенных земель в нефтяной, угольной железнорудной и золотодобывающей промышленности. Поэтому расчёт эффективности выполнен в соответствии с «Методикой определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторский предложений» [10].

Если традиционный способ рекультивации нарушенных земель включает затраты на нанесение почвенного слоя, на погрузку, транспортировку и планировку грунта, то при восстановлении 1 га нарушенных земель затраты по данным 1992 г. [10] составляли 2282,3 руб/га при стоимости биопрепарата 32,3 руб. за кг. В настоящее время стоимость 1 кг биопрепарата составляет 3500 руб.

Рис. 3. Рост люцерны жёлтой на вертикальном срезе почвы

При использовании биопрепарата на 1 га в количестве 100 кг/га стоимость будет составлять 350 тыс. руб. Если эту стоимость разделить на стоимость биопрепарата изготовляемого в 1992 г. (350 тыс. руб : 32,3 руб.), то получается 10835, т.е. во столько раз увеличилась стоимость препарата. Адекватно увеличивается стоимость нанесения почвенного слоя на 1 га рекультивируемой площади, т.е 2282,3 руб. умножаем на 10835, получаем 24 млн.725 тыс. руб. Расчет в среднем получен при рекультивации нефтезагрязненных земель в Пермском крае.

Выводы:

• 1.    Проведенные исследования свидетельствуют об эффективном разложении нефти в естественных условиях посредством инокуляции активной микрофлоры биопрепарата, что способствует ускоренному восстановлению природного потенциала загрязненных земель. Технология рекультивации с использованием активного биопрепарата не требует дефицитных компонентов и специальных устройств, дополнительных капиталовложений, исключает внесение химических удобрений и нанесение почвенного слоя, обеспечивает охрану окружающей среды, позволяет восстанавливать экологическое равновесие с наименьшими затратами в кратчайшие сроки.

• 2.    Применение биопрепарата, содержащего активные микроорганизмы рода Pseudomonas и Azotobacter, позволяет очистить нефтезагрязнённые почвогрунты до санитарной нормы с содержанием остаточной нефти до 20 мг/кг, что позволяет выращивать на очищенной от нефти почве многолетние злаковые и бобовые растения.

• 3.    Разработанная технология рекультивации нефтезагрязненных земель позволяет использовать биопрепарат, содержащий активные культуры Pseudomonas и Azotobacter один раз после рыхления почвогрунта, загрязненного нефтью в количестве до 100 мг/кг, количество препарата составит 100 кг/га, при содержании нефти в почвогрунтах выше 100 мг/кг количество препарата составит 200 кг/га.

• 4.    Выполненные исследования подтвердили эколого-экономическую эффективность использования активного биопрепарата для рекультивации нефтезагрязнённых земель. Расчёты показали что при использовании биопрепарата, затраты на рекультивацию нефтезагрязнённых земель снижаются ~ в 10000 раз по сравнению с нанесением почвенного слоя на загрязненную почвенную поверхность.