Учителю
Исследовательская работа учащегося Доступные методы рекультивации загрязненных нефтью почв

Исследовательская работа учащегося Доступные методы рекультивации загрязненных нефтью почв

Автор публикации: Тулупова Т.А.

Дата публикации: 26.04.2016

Краткое описание:

предварительный просмотр материала

государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа пос. Черновский

муниципального района Волжский Самарской области

VII ОТКРЫТАЯ ШКОЛЬНАЯ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

Направление: «Гуманитарное»

Секция «География и экология»

Тема: «ДОСТУПНЫЕ МЕТОДЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ ПОЧВ »

Автор: Ломова Ирина Николаевна

учащаяся 11 класса

ГБОУ СОШ «ОЦ»

села Дубовый Умет

муниципального района Волжский

Самарской области

Научный руководитель:

Тулупова Татьяна Алексеевна

учитель химии высшей квалификационной категории

пос. Черновский м.р. Волжский, 2016

Оглавление Введение___________________________________________________________3

I Основная часть

1. Теоретическая часть

1.1 Значение экологии почв___________________________________________4

1. 2 Методы ликвидации нефтяных загрязнений__________________________5

1.3 Биологические методы рекультивации почв__________________________6

1.4 Доступный метод рекультивации колхозных полей____________________9

1.5 Экспериментальные доказательства ________________________________10

1.6 Перспективные методы:

А) Биовентиляция___________________________________________________15

Б) Биотехнология___________________________________________________15

В) Цеолиты - сокирниты_____________________________________________15

III Выводы_________________________________________________________16

IV Заключение_____________________________________________________17

V Список использованной литературы и Интернет- источников____________19

VI Приложения____________________________________________________20

Введение

Поздно вечером в пятницу, 21 февраля 2015года, в Самарской области произошло ЧП. Как сообщили в пресс-службе регионального управления МВД России, в 21:40 экипаж дорожно-патрульной службы ГИБДД патрулировал автодорогу Самара-Оренбург на территории Волжского района и в полутора километрах от села Николаевка обнаружил утечку нефти. Сотрудники полиции незамедлительно оповестили о случившемся экстренные службы. По предварительным данным, нефть вытекала из технологического колодца, принадлежащего одной из нефтеперекачивающих организаций. Специалисты определяют урон, который нанесла разлившаяся нефть природе. (Газета «Волжская новь»)

На территории нашего Волжского района расположено большое количество месторождений нефти и нефтепроводов, нефтеперекачивающих станций. Непосредственно на полях нашего села Дубовый Умет стоят нефтяные качалки. А в 10-ти километрах от села - крупная нефтеперекачивающая станция. Поэтому проблемы загрязнения окружающей природы нефтеотходами нам знакомы не понаслышке. Возникает вопрос: как помочь селу в решении рекультивации ранее плодородных земель?

Цель работы: исследование рекультивации загрязненных нефтью почв

Задачи:

-изучить по литературным источникам методы рекультивации почв после загрязнения нефтью и нефтеотходами;

-выбрать наиболее оптимальный по экономическим затратам и доступности материалов метод;

-найти экспериментальные доказательства эффективности метода;

-рекомендовать администрации колхоза «Прогресс» использование данного метода для восстановления загрязненных нефтью полей.

Основная часть

1.1 Значение экологии почв

Достаточно традиционными (к сожалению) для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов. Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений.

Одной из серьезных проблем защиты природной среды при нефтегазодобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвы. Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов. Устранение разливов нефти позволяет значительно улучшить санитарное состояние не только на территориях, непосредственно прилегающих к технологическим объектам, но и окружающей среды - воздуха и воды.

Проблема рекультивации земель и водных объектов в районах разлива нефтепродуктов часто затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеводородокисляющей микрофлоры и естественному самоочищению. Восстановление нефтезагрязненных земель является в настоящее время одной из сложных, затратных и в то же время малоизученных проблем. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении.

Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее. В связи с этим кажется актуальным поднятие вопроса о снижение риска аварий на предприятиях, перерабатывающих нефть и занимающихся транспортировкой и распространением нефтепродуктов.

1.2 Методы ликвидации нефтяных загрязнений

Среди методов ликвидации нефтяных загрязнений почв выделяются следующие группы методов:

1. Механические: обваловка загрязнения, откачка нефти в емкости насосами и вакуумными сборщиками. Проблема очистки при просачивании нефти в грунт не решается. Вывоз почвы на свалку для естественного разложения.

2. Физико-химические:

- Сжигание (экстренная мера при угрозе прорыва нефти в водные источники). В зависимости от типа нефти и нефтепродукта таким путем уничтожается от 1/2 до 2/3 разлива, остальное просачивается в почву. При сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти. Землю после сжигания необходимо вывозить на свалку (так называемая "горелая земля");

- Предотвращение возгорания. Применяется при разливах в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения почвы; в этом случае изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами;

-Промывка почвы. Проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или емкостях, где впоследствии производится их разделение и очистка;

- Дренирование почвы. Разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем; может сочетаться с биологическими методами, использующими нефтеразлагающие бактерии;

-Экстракция растворителями. Обычно осуществляется в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром;

- Сорбция. Сорбентами засыпают разливы нефтепродуктов на сравнительно твердой поверхности (асфальте, бетоне, утрамбованном грунте) для поглощения нефтепродукта и снижения опасности пожара (для производства нефтяных сорбентов применяют разнообразное сырье; свойства некоторых материалов, которые используются при сборе нефти или служат основой для получения нефтяных сорбентов, приведены в таблице -приложение)

-Термическая десорбция (крекинг). Применяется при наличии соответствующего оборудования, но позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций.

1.3 Биологические методы рекультивации почв

В настоящее время наиболее приемлемыми являются биологические методы рекультивации, так как они не наносят экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении, и процесс очищения почвы значительно быстрее по сравнению с другими методами рекультивации. Биологическая рекультивация заключается в искусственном создании растительных покровов различного вида и включает механическую подготовку поверхностного слоя почвы, внесение в нее удобрений, посев многолетних трав. Механическая обработка нарушенных земель заключается в рыхлении поверхностного слоя участка на глубину не менее 0,2 м. Для повышения плодородия обработанного слоя вносят минеральные и органические удобрения. Засеивать участки следует многолетними травами семейства злаковых. В качестве стимуляторов роста рекомендуется применять сложные удобрения, в состав которых входят азот, фосфор и калий. При биорекультивации используются микроорганизмы, разрушающие нефть и нефтепродукты, а также биокомпосты и нефтесорбенты. В качестве доступного сорбента могут быть использованы отходы рисозаводов. Рисовая шелуха - легко доступный и перспективный сорбент. В связи с этим представляют интерес разнообразные растительные отходы сельского хозяйства, пищевой и деревообрабатывающей промышленности (лом древесноволокнистых плит, опилки, шелуха овса, гречки, куриные перья и др.), поскольку они являются весьма дешевыми, доступными и распространенными сорбентами.

1. Преимущество - экологическая безопасность. Поэтому предлагаемый метод, не требующий энергетических затрат, оборудования, технологических установок, является более перспективным.

2. Рисовая шелуха, будучи кремнийорганическим полимером растительного происхождения, не горит, не гниет и непригодна для корма скота, поэтому ее использование в качестве биокомпоста, необходимого для биодеградации нефтепродуктов, существенно снижает загрязнение окружающей среды вблизи рисоочистительных заводов.

-Фитомелиорация. Устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока), активизирующих почвенную микрофлору; является окончательной стадией рекультивации загрязненных почв;

- Биоремедиация. Применение нефтеразлагающих бактерий; необходима запашка культуры в почву, периодические подкормки растворами удобрений; ограничения по глубине обработке, температуре почвы; процесс занимает 2-3 сезона.

Фиторемедиация - снижение загрязнения почвы, основан на стимуляции естественного почвенного сообщества нефтеокисляющих микроорганизмов в результате их тесного взаимодействия с толерантными к нефти растениями. Фиторемедиация позволяет активно рекультивировать большие территории с относительно низкой, по сравнению с другими технологиями, стоимостью работ при слабом негативном воздействии на окружающую среду. Время восстановления земель сокращается в 3-4 раза.

Существуют выведенные штаммы микроорганизмов, способных за короткое время практически полностью утилизировать десятки тонн нефтяных углеводородов, трансформировав их, в частности, в органическое вещество собственной биомассы, углекислый газ и безвредные для окружающей среды продукты.

Так, например, известна очистка загрязненной нефтью и нефтепродуктами почвы при одновременном восстановлении ее физико-химических свойств и естественного биоценоза внесением в почву биологического препарата на основе микробного удобрения (переработки отходов птицеводческих хозяйств) и на основе микроорганизмов - деструкторов (бактерий рода Bacillus).

Недостатком данного метода является сложность в поддержании и культивировании чистой культуры микроорганизмов, что связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами.

Поэтому целесообразным является использование препаратов не на основе чистых культур микроорганизмов, а на основе биологически активных веществ - стимуляторов роста, полученных как из живых клеток, так и синтезированных химическим путем.

1.4 Доступный метод рекультивации колхозных полей

Заслуживает внимания и метод комбинированного использования активного ила, извести, гипса и обработка почвы. Он включает:

- внесение сухого активного ила, УМД и структурирующего агента, извести (гипса);

- рыхление ежемесячно (обычная вспашка и боронование), при этом происходит активизация жизнедеятельности микроорганизмов, улетучиваются легкие и газообразные фракции нефти, уменьшается глыбистость почвенных частиц, улучшается водно-воздушный режим, пористость почвы и биохимическая активность;

- полив водой не менее 10 л/м², в сухое время года не реже одного раза в 7-10 дней;

- посев многолетних трав бобовых растений (люцерна) с развитой корневой системой, которая способствует улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащает почву азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой (в почву) в процессе жизнедеятельности растений.

Сроки внесения - с весны до поздней осени на освобожденные от снега (льда) поверхности. Обработанная препаратом нефть разлагается в течение одного летнего сезона.

1.5 Экспериментальные доказательства (из литературы)

Испытания способа очистки нефтезагрязненной почвы проводились на серой лесной почве, загрязненной товарной нефтью (рН водный 5,8).

Пример 1. Нефтезагрязненная почва без обработки (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%). Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 2. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 3. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь (табл.).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, а также известь 10 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 4. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь + УМД (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, а также известь 10 г на 100 г почвы и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 5. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + известь + УМД + солома + люцерна через 30 суток (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10 г/100 г почвы, известь 10 г на 100 г почвы, и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы, а также солому. Через 30 суток производили посев люцерны. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Испытания способа очистки нефтезагрязненной почвы проводились на дерново-подзолистой почве, загрязненной товарной нефтью (рН водный 7,2).

Пример 6. Нефтезагрязненная почва без обработки (табл).

Пример 7. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил (табл).

Пример 8. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, а также гипс 10 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 9. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, а также гипс 10 г на 100 г почвы и УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Пример 10. Нефтезагрязненная почва + сухой активный ил + гипс + УМД + солома + люцерна (табл).

В вегетационные сосуды помещали 2 кг почвы, загрязненные нефтью из расчета 10 г на 100 г почвы (10%), и вносили сухой активный ил в количестве 10/100 г почвы, гипс 10 г на 100 г почвы, УМД 0,3-1,5 г на 100 г почвы, а также солому. Через 30 суток производили посев люцерны. Влажность на протяжении всего опыта поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Рыхление почвы.

Инкубация в термостате (30°С) продолжалась 90 суток. Анализы на содержание нефтепродуктов проводились через 10, 30, 90 дней. Повторность опыта трехкратная. В таблице приведены усредненные данные.

Как видно из полученных данных таблицы, в процессе рекультивации наблюдалось последовательное снижение количества нефтепродуктов, причем максимальное снижение концентрации было в варианте 4, с использованием сухого активного ила, извести (гипса), соломы и люцерны, где в почве не обнаружено нефтепродуктов.

Таким образом, предлагаемый способ очистки нефтезагрязненных почв позволяет ускорять процесс биодеградации нефти и увеличивать степень очистки почвы под воздействием микробной биомассы и питательных веществ сухого активного ила, целлюлозного волокна, низкомолекулярного лигнина, входящих в состав сухого активного ила, извести (гипса), УМД, соломы, проведения агротехнических мероприятий. Достоинства: способ прост в исполнении, экологически безопасен.

Таблица результатов1.6 Перспективые методы

А) Биовентиляция

В США самым распространенным методом очистки загрязненных почв и грунтовых вод является биовентиляция. Сущность его заключается в том, что в загрязненную зону через специальные вертикальные или горизонтальные скважины нагнетается воздух в количестве, достаточном для снабжения кислородом почвенных бактерий, разлагающих органические соединения до углекислого газа и воды. Под действием потока воздуха жидкие загрязнения вместе с потоком воздуха транспортируются через почву. К моменту достижения ими поверхности большая часть загрязнений успевает разложиться под действием бактерий. Тем самым значительно снижается загрязненность отходящих газов и уменьшаются затраты на его очистку.

Б) Биотехнология

Пермские ученые нашли способ биологической очистки почвы от нефти и других сильных загрязнений - подсадка на место разлива нефти колонии родококков, микроорганизмов, которые обладают способностью использовать в качестве источника питания нефтяные углеводороды. Сейчас в пермской коллекции - две тысячи штаммов, она зарегистрирована в мировых справочниках. Чтобы внедрить технологию в производство, защищено несколько патентов. Ученые высчитали, что затраты на биоочистку дешевле выжигания почвы в десять раз. Это же касается и экологической безопасности - сами ученые со штаммами родококков работают в обычной обстановке.

В) Цеолиты - сокирниты

Последние аварии (в Мексиканском заливе, на Амуре, в Венгрии, Саяно-Шушенской ГЭС, Кирове) наглядно показывают необходимость применения недорогих природных сорбентов. Такими сорбентами являются природные цеолиты - сокирниты. Уникальные свойства природных цеолитов - сокирнитов, позволяющие надёжно запирать в своей структуре широкий спектр загрязняющих веществ, их высокая сорбционная и ионообменная ёмкость делают их особенно эффективными при ликвидации аварий. Для этого существует несколько основных способов применения:

Для сбора нефти и опасной химии с поверхностей достаточно внести цеолит на поражённый участок и через некоторое время собрать его и утилизировать. В случае с нефтью и нефтепродуктами его можно просто выжечь и использовать повторно.
При восстановлении почв, имеющих незначительный уровень загрязнения, можно внести цеолит на поражённую почву обычными разбрасывателями минеральных удобрений, после чего провести культивацию и засеять любой непродовольственной культурой. Цеолит «вытянет» на себя загрязнение из почвы, надёжно свяжет, предотвратит дальнейшее распространение (в том числе в подземные воды). Таким образом за один-два сезона почва будет восстановлена.
В случае больших концентраций загрязнителей для восстановления почв могут применяться природные цеолиты, насыщенные бактериями - нефтедеструкторами.

Все эти технологии являются особенно привлекательными из-за невысокой стоимости минерала.

III Выводы:

1.Проблема рекультивации (восстановления) почв после нефтяных загрязнений является на сегодня одной из самых актуальных в экологии.

2.Ученые и практики разрабатывают разнообразные методы рекультивации почв.

3.Самыми перспективными и безопасными для природы являются биологические, в частности, использование микроорганизмов.

4. Экономически дешевыми и доступными для сельской местности являются способы вторичного использования отходов растениеводства и природные материалы.

IV Заключение

Ухудшение гидрогеологического режима территории, нарушение структуры и состава почвы выдвигают необходимость своевременной рекультивации (восстановления) нарушенных земель и вовлечения их в хозяйственный оборот. При разведке, добыче, сборе, подготовке и транспорте нефти и газа занимается огромная территория под многочисленные нефтепромысловые объекты: скважины, технологические емкости, резервуары, линии электропередачи, очистные сооружения, компрессоры, нефтесборные пункты, установки подготовки нефти и газа, насосные станции, нефтеперекачивающие станции. По этой причине на балансе нефтяной промышленности земли больше, чем у других добывающих министерств.

Для рекультивации земель созданы специальные механизированные колонны с необходимой техникой и инвентарем. На предприятиях отрасли предусматривается увеличение коэффициента застройки нефтепромысловых территорий, использование однотрубных систем сбора и транспорта нефти, газа и пластовой воды, группирование скважин в кусты и использование наклонно-направленного бурения, прокладка нефтепромысловых трубопроводов и коммуникаций одинакового назначения параллельно в одной траншее.

Для предотвращения загрязнения почв при проектировании объектов нефтепромыслов предусматривается:

· полная герметизация систем сбора, сепарации и подготовки нефти и газа;

· автоматическое отключение скважин отсекателями при прорыве выкидной линии;

· покрытие изоляцией усиленного типа магистральных нефтепроводов со 100 %-ным просвечиванием стыков на переходах через искусственные и естественные преграды;

· использование бессточных систем канализации промышленно-ливневых и фекальных стоков;

·полное использование пластовых и промысловых сточных вод для закачки в продуктивные пласты и поддержания пластового давления;

· внутреннее противокоррозионное покрытие трубопроводов, перекачивающих пластовую воду.

V Список использованной литературы и Интернет-источников

Демина Л.А. Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений // Энергия. - 2000. - N10. - С. 51-54.
Гольдберг В.М., Зверев В.П., Арбузов А.И., Казеннов С.М. и др. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия. М: Недра, 2001 г., 150с.
Пиковский Ю.И. Экспериментальные исследования трансформации нефти в почвах // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л., 1985
Терещенко Н.Н., Лушников С.В., Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв. Экология и промышленность России. Октябрь 2002. С. 17-20.
www.sever-press.ru/all-news/17825-2010-10-04-03-12-26.html
zeomix.ru/home/natural-zeolite-ecology/water-and-soil-from-petroleum-and-chemistry.html</</font>