Методы снижения концентрации нефтепродукта

Традиционным методом является выемка, вывоз и захоронение загрязненной почвы на отведенных для этого местах — полигонах. Этот метод низкозатратный, но не лучший с точки зрения охраны окружающей среды. Очистку сильнозагрязненных нефтепродуктами почв проводят, удаляя загрязненный почвенный слой с поверхности земли с последующей транспортировкой в места захоронения. Там нефтесодержащие шламы складируются в течение десятков лет. Это приводит к накоплению токсичных отходов, которые просачиваются в грунтовые воды. Кроме того, даже в случае соблюдения правил захоронения негативное воздействие на природу будет происходить в результате отчуждения большого количества земель и изменения структуры грунта.

Для снижения содержания нефтепродуктов в почве до остаточного уровня используют специальные методы, которые подразделяют па физико-химические и биологические. К физико-химическим методам относят термический, химический, экстракционный методы, а также дренирование почвы.

Термический метод, или метод сжигания, предполагает обработку загрязненной нефтепродуктом почвы путем обжига в специальных печах. Наиболее приемлемой технологией этого метода является высокотемпературное сжигание во вращающейся печи, содержащей в своем составе камеру дожига, системы утилизации тепла и многоступенчатой очистки топочных газов. В начале процесса в мельнице с помощью проходящих через нее горючих газов осуществляется сушка и измельчение загрязненной почвы с получением фракции размером 0—10 мм. При этом большая часть едких веществ переходит в газовую фазу. После сушки почва совместно с газовой фазой обрабатывается при 1000— 1200 °C. С помощью циклонного сепарирования материал отделяется от газовой фазы, которая возвращается в цикл для полного разложения ядовитых веществ. После обеззараживания почву отводят на прежнее место.

Разработаны способы очистки почвы от нефтепродуктов на месте (без транспортировки к печи для сжигания) путем подогрева или путем «прямого» выжигания.

При использовании способа подогрева в почве делают вытеснительные скважины, через которые загрязненную почву прогревают либо косвенным подогревом, либо прямой подачей газообразных продуктов сгорания или их смеси с воздухом. Образовавшийся технологический газ подвергают дополнительному сжиганию при высоких температурах.

«Прямое» выжигание почвы может осуществляться как без ее выемки, так и с выемкой. В настоящее время применение этого метода запрещено, так как в атмосферу попадают вредные продукты возгонки и неполного окисления углеводородов.

Основными преимуществами термического метода являются высокая интенсивность процесса, эффективное выгорание углеводородов, возможность применения при высоких уровнях загрязнения. К недостаткам метода относят:

• — потребность в специальном оборудовании и большом количестве энергии;
• — высокие капитальные затраты на строительство печи и многоступенчатой системы очистки топочных газов, так как сжигание сопровождается интенсивным образованием микрочастиц;
• — большое количество отходов, образовавшихся после термической обработки почвы в связи с необратимостью изменений при сжигании;
• — длительные сроки естественного восстановления почвы;
• — образование канцерогенных веществ при пирометрических процессах.

В основе химического метода снижения концентрации нефтепродуктов в почве лежит превращение токсичных углеводородов в нетоксичные соединения либо отверждение токсичных веществ в виде геля или твердого вещества.

Отечественными специалистами разработан препарат «Эконафт» для химического обезвреживания и нейтрализации токсичных нефтепродуктов, который основан на свойствах оксидов минеральных сорбентов при гашении увеличивать удельную поверхность в 15—30 раз и тем самым превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой сорбционной способностью для высокомолекулярных веществ — углеводородов нефти. В результате обработки этим препаратом нефтепродукты равномерно им адсорбируются с получением сухого, стойкого при хранении порошкообразного вещества.

Метод экстракции нефтепродуктов основан на извлечении нефтяных углеводородов из почвы с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). В качестве экстрагентов применяют легкие фракции нефтепродуктов, горячую воду, перегретый водяной пар, моющие средства и др. Процессы проводят на специальных установках (очистных комплексах), собранных, как правило, по модульному принципу.

В настоящее время в России многие специализирующиеся на обезвреживании нефтяных отходов организации занимаются разработкой очистных комплексов. Эти комплексы отличаются между собой по технологическим показателям, но имеют один общий порядок работы: загрязненную почву загружают в приемную емкость установки и дозированным способом подают на технологическую линию, но очистке; очищенную почву возвращают обратно на земельный участок, с которого она была взята.

К физико-химическим методам очистки загрязненных почв относится также метод экстракции нефтепродуктов из почв различными растворителями. Для этого разработаны экологически чистые и относительно дешевые моющие средства — чистые полимеры (например, модифицированный «Унифлок»). Разновидностью экстракционного метода является дренирование почвы — промывка на месте с помощью дренажных систем.

Биологические методы основаны на использовании бактериальных препаратов, успешно применяемых для очистки почв от нефтяных загрязнений. В природе достаточно широко распространены микроорганизмы, способные разрушать углеводородные соединения. Им принадлежит важная роль в самоочищении природных объектов (почвы, воды) от нефтепродуктов. Микроорганизмы способны доводить процесс трансформации органического вещества до полной минерализации. В результате биохимических процессов загрязнения могут превращаться в диоксид углерода, воду и другие экологически нейтральные соединения. Такие микроорганизмы-деструкторы нашли свое применение в биотехнологиях уничтожения токсичных веществ, в том числе и нефтепродуктов, и очистки от них загрязненных почв и водоемов.

В почве преобладающая часть углеводородокисляющих материалов принадлежит микроорганизмам рода Pseudomonas, которые могут расти в условиях самых разнообразных экосистем и часто являются преобладающими среди других микроорганизмов. Однако разрушать нефтепродукты могут лишь немногие штаммы этого рода, в частности представители родов Vibrio, Arthrobacter, Acromonas, Moraxella и др. Выделены нефтеокисляющие штаммы и среди дрожжевой микрофлоры почв, загрязненных нефтепродуктами.

Ускорить процесс очистки почв от нефтезагрязнений с помощью микроорганизмов возможно двумя способами:

• — активизацией метаболической активности естественной микрофлоры почв путем изменения определенных физико-химических условий среды;
• — интродукцией специально подобранных активных биодеструкторов загрязнений.

Чаще всего эти способы применяются в комплексе.

Одним из важных факторов, определяющих интенсивность биоразложения нефтепродуктов, является обеспеченность почв биогенными элементами (азотом, фосфором, калием). Экспериментально доказано, что скорость биологического окисления нефтепродуктов увеличивается при добавлении в почву нитратов и фосфатов. Температура также играет роль ускорителя процесса. Оптимальной температурой разложения нефтепродуктов в почве является 20—40°С. Увлажнение почвы является одним из агротехнических приемов, усиливающих активность биологических процессов в ней. Кислотность почвы играет важную роль в разложении нефтепродуктов. Значения pH, близкие к нейтральным, являются оптимальными для роста на углеводородах большинства микроорганизмов.

В последние годы наибольшее значение стал приобретать новый способ существенного ускорения разложения нефтепродуктов в почве — интродукция (внесение) специальных биодеструкторов.

Как показало изучение накопленного мирового опыта, в настоящее время можно выделить целую отрасль экологической биотехнологии, которая основывается на выделении и селекции активных штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов, изучении их физико-биохимических свойств, разработке технологий производства и применения биопрепаратов на их основе.

Имеющиеся современные данные позволили сформировать фонд экологически полезных микроорганизмов, предназначенных для производства биопрепаратов с целью очистки от нефтяных загрязнений почв и водоемов. Критериями для подбора эффективных микроорганизмов являются способность разрушать широкий набор углеводородов, стабильность генетического аппарата микроорганизмов, сохранение жизнеспособности в процессе хранения, быстрый рост после хранения, высокая ферментативная активность, способность к росту в природных условиях, способность выдерживать конкуренцию с местными микроорганизмами.

Суть альтернативной биотехнологии состоит не во внесении в природную среду специфических бактерий либо культивировании бактерий местного биоценоза, а в инициировании последних с помощью различных соединений. Так, одним из приемов, обеспечивающих улучшение контакта микробной клетки с углеродным субстратом, кислородом, питательными веществами, является диспергирование нефтепродуктов в почве с помощью различных поверхностно-активных веществ. Имеется много химических эмульгаторов, которые можно использовать с этой целью.

В целом в настоящее время биовосстановление почв, загрязненных нефтепродуктами, считается наиболее перспективным методом их очистки. Правомерность такого заключения определяется тем, что метод:

• — эффективен (высокая степень очистки при относительно небольших затратах);
• — экологически безопасен, поскольку в результате его применения отсутствует накопление отходов и отчуждение земель, нет вредных выбросов в атмосферу, метод основан на естественных природных процессах, прост в реализации и не требует специального оборудования.