RU2193464C1 - Method of bioremediation of soils and grounds contaminated with oil and petroleum products - Google Patents

Abstract

FIELD: biotechnology of environment protection pertaining to oil producing and oil refining industries. SUBSTANCE: proposed method is effected with the aid of solid-and-liquid phase bioreactor and/or soil areas to be aerated; method consists in introducing organic ripper, using biopreparation of new composition and new (oleophilic) form on base of safe surfactants of bacterial nature followed by phytoremediation. Proposed method guarantees restoration of badly contaminated grounds and soils during one vegetation period in oil recovery, refining and storage areas. Proposed method is adaptable for regions with cold climate. Method is effective in cleaning areas from spilled oil. EFFECT: reduced duration of bioremediation due to acceleration of natural degradation of petroleum products. 5 cl, 1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение направлено на решение проблемы сохранения, восстановления и рационального использования природных ресурсов и относится к биотехнологии защиты окружающей среды в сфере деятельности нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention is aimed at solving the problem of conservation, restoration and rational use of natural resources and relates to biotechnology of environmental protection in the field of oil production and oil refining industry.

На фоне кризиса состояния окружающей среды все большее значение приобретают способы биологической очистки нефтезагрязненных земель как наиболее эффективные и экологически безопасные. Большой популярностью пользуются микробные препараты, так называемые "бактериальные коктейли", предлагаемые в широком ассортименте биотехнологическими компаниями Европы, США и Японии. Однако, как свидетельствует практика, применение заполнивших российский рынок зарубежных бакпрепаратов, разработанных для районов, по климатическим и экологическим условиям резко отличающихся от регионов России, как правило, оказывается малоэффективным. Кроме того, неконтролируемое внесение в открытые экосистемы искусственных микробных популяций, зачастую неизвестного состава, может представлять значительную опасность как для функционирования почвенных биоценозов, так и для здоровья людей, занятых в технологическом процессе. Against the background of the environmental crisis, the methods of biological treatment of oil-contaminated lands are becoming increasingly important as the most effective and environmentally friendly. Microbial preparations, the so-called "bacterial cocktails", are offered in a wide assortment by biotechnological companies in Europe, the USA and Japan. However, as practice shows, the use of foreign drugs that have filled the Russian market, developed for areas that differ sharply from climatic and environmental conditions from Russian regions, as a rule, is ineffective. In addition, the uncontrolled introduction of artificial microbial populations, often of unknown composition, into open ecosystems can pose a significant danger both to the functioning of soil biocenoses and to the health of people involved in the technological process.

В регионах с холодными климатическими условиями естественные процессы самоочищения и восстановления нефтезагрязненных почв протекают медленно. В связи с этим наиболее актуальны приемы рекультивации с использованием технологий, предусматривающих эффективное стимулирование окисления нефтяных углеводородов природными микроорганизмами. In regions with cold climatic conditions, the natural processes of self-cleaning and restoration of oil-contaminated soils proceed slowly. In this regard, the most relevant methods of reclamation using technologies that provide effective stimulation of the oxidation of petroleum hydrocarbons by natural microorganisms.

В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск трех биопрепаратов, разрешенных к использованию Министерствами здравоохранения и геологии Российской Федерации. К ним относятся "Путидойл" (ЗапСибНиГНИ), "Биоприн" (ВНИИ-Синтезбелок, предприятие "Новые технологии") и "Деворойл" (ИнМИ РАН, предприятие "Биотехинвест"). Действующим компонентом препарата "Путидойл" являются бактерии рода Pseudomonas, часто встречающиеся в загрязненных нефтью почве и воде. Комплексные препараты "Биоприн" и "Деваройл" состоят из представителей нескольких видов углеводородокисляющих микроорганизмов. At present, domestic industry has mastered the production of three biological products that are approved for use by the Ministries of Health and Geology of the Russian Federation. These include Putidoyl (ZapSibNiGNI), Bioprin (VNII-Sintezbelok, the New Technologies enterprise) and Devoroil (InMI RAS, the Biotechinvest enterprise). The active component of Putidul is bacteria of the genus Pseudomonas, which are often found in oil and soil contaminated with water. Complex preparations "Bioprin" and "Devaroil" consist of representatives of several types of hydrocarbon-oxidizing microorganisms.

Известен способ очистки нефтезагрязненной почвы с использованием биопрепарата, в состав которого входит суспензия микроорганизмов в концентрации 1•10¹¹-5•10¹² клеток/мл, хлорид натрия в количестве 10% и биологически активные вещества [1]. Однако недостатком данного способа является высокое содержание в биопрепарате хлорида натрия, а также использование сложных по составу и дорогостоящих биологически активных соединений, в частности витаминов и бетаина.A known method of cleaning oil-contaminated soil using a biological product, which includes a suspension of microorganisms at a concentration of 1 • 10 ¹¹ -5 • 10 ¹² cells / ml, sodium chloride in an amount of 10% and biologically active substances [1]. However, the disadvantage of this method is the high content of sodium chloride in the biological product, as well as the use of complex in composition and expensive biologically active compounds, in particular vitamins and betaine.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, согласно которому нефтезагрязненную почву обрабатывают биопрепаратом, содержащим нефтеокисляющие микроорганизмы, комплексное удобрение и адсорбент, а затем осуществляют дополнительное периодическое внесение в загрязненную почву комплексного удобрения [2]. Однако указанный способ не обеспечивает быстрое восстановление нефтезагрязненной почвы до уровня технологического использования. Closest to the proposed technical solution is the method according to which oil-contaminated soil is treated with a biological product containing oil-oxidizing microorganisms, complex fertilizer and adsorbent, and then additional periodic introduction of complex fertilizer into the contaminated soil [2]. However, this method does not provide a quick restoration of oil-contaminated soil to the level of technological use.

Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение сроков периода биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов за счет ускорения естественных процессов деструкции нефтяных углеводородов. The technical result of the present invention is to reduce the period of bioremediation of oil-contaminated soils and soils by accelerating the natural processes of destruction of petroleum hydrocarbons.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагается способ биоремедиации загрязненных нефтью почв и грунтов, предусматривающий использование олеофильного биопрепарата [3], представляющего собой совокупность ассоциации микроорганизмов-нефтеразрушителей Rhodococcus erythropolis ИЭГМ 708 и Rhodococcus ruber ИЭГМ 327 (50,0-80,0 мас.%), биосурфактанта-Rhоdососсus (5,0-30,0 мас. %) и минеральных солей азота, фосфора и калия (остальное), а также проведение таких технологических мероприятий, как:
(1) первоначальная обработка сильнозагрязненной почвы/грунта до уровня (5-10 вес.%) нефтепродуктов, необходимого для применения биологического метода разрушения углеводородов;
(2) внесение органического разрыхлителя (древесной щепы или стружки) в соотношении разрыхлитель : почва/грунт - 1:6-8;
(3) внесение биопрепарата по схеме: 10 л на 0,5-1,0 м³ грунта по меньшей мере один раз в неделю в течение первого месяца биоремедиации, и в дальнейшем - по меньшей мере один раз в месяц до окончания срока биоремедиации;
(4) периодическое рыхление и полив для поддержания относительной влажности почвы/грунта 20%;
(5) применение фиторемедиации (засев многолетними травами).The stated technical problem is achieved by the fact that a method of bioremediation of oil-contaminated soils and soils is proposed, which involves the use of an oleophilic biological product [3], which is a combination of the Rhodococcus erythropolis IEGM 708 and Rhodococcus ruber IEGM 327 microorganisms-microorganisms (50.0-80.0 wt. %), biosurfactant-Rhodosossus (5.0-30.0 wt.%) and mineral salts of nitrogen, phosphorus and potassium (the rest), as well as carrying out such technological measures as:
(1) initial treatment of highly contaminated soil / soil to the level (5-10 wt.%) Of petroleum products necessary for applying the biological method of destruction of hydrocarbons;
(2) the application of organic baking powder (wood chips or shavings) in the ratio of baking powder: soil / soil - 1: 6-8;
(3) the application of a biological product according to the scheme: 10 liters per 0.5-1.0 m ^{3 of} soil at least once a week during the first month of bioremediation, and hereinafter at least once a month until the end of the bioremediation period;
(4) periodic loosening and watering to maintain a relative soil / soil moisture of 20%;
(5) the use of phytoremediation (planting with perennial herbs).

Достижение указанного технического результата обеспечивается благодаря следующим особенностям предлагаемого способа. Так, в результате первоначальной обработки сильнозагрязненной почвы/грунта в твердо-жидкофазном биореакторе (или разбавления чистой почвой в аэрируемых почвенных площадках) обеспечивается уровень (5-10%) нефтепродуктов, достаточный для применения биопрепарата. The achievement of the specified technical result is ensured by the following features of the proposed method. So, as a result of the initial treatment of highly contaminated soil / soil in a solid-liquid bioreactor (or dilution with clean soil in aerated soil sites), a level (5-10%) of oil products is sufficient to use the biological product.

Далее, в результате внесения органического разрыхлителя достигается оптимизация механического состава и воздушно-водного режима обрабатываемой почвы/грунта. Further, as a result of the introduction of an organic baking powder, the optimization of the mechanical composition and air-water regime of the treated soil / soil is achieved.

Благодаря использованию олеофильного биопрепарата в соответствие с заявленной схемой его применения достигается снижение срока биоремедиации и обеспечивается восстановление нефтезагрязненных почв и грунтов в течение одного вегетационного периода до уровня их хозяйственного, в том числе и сельскохозяйственного, использования. Thanks to the use of oleophilic biological product in accordance with the declared scheme of its application, a reduction in the bioremediation period is achieved and the restoration of oil-contaminated soils and soils during one growing season to the level of their economic, including agricultural, use.

Благодаря проведению фиторемедиации в результате деятельности ризосферной микрофлоры обеспечивается полное восстановление почвенного плодородия. Thanks to phytoremediation as a result of the activity of the rhizospheric microflora, complete restoration of soil fertility is ensured.

Ниже приведена блок-схема применения Способа биоремедиации нефтезагрязненных почв и грунтов. Below is a block diagram of the application of the Method of bioremediation of oil-contaminated soils and soils.

Примеры конкретного осуществления
Пример 1. Обработке подвергают высококонцентрированный (20 вес.%) нефтезагрязненный грунт из шламоотстойника. Грунт (0,2 м³) загружают в твердо-жидкофазный биореактор (типа бетономешалки) емкостью 4,0 м³, добавляют 0,5 м³ воды, 2,0 л олеофильного биопрепарата и подвергают принудительному вентилированию (аэрированию) и механическому перемешиванию в течение 3-х недель.Examples of specific implementation
Example 1. The treatment is subjected to highly concentrated (20 wt.%) Oil-contaminated soil from the sludge trap. Soil (0.2 m ³ ) is loaded into a solid-liquid bioreactor (such as a concrete mixer) with a capacity of 4.0 m ³ , 0.5 m ^{3 of} water, 2.0 l of oleophilic biological product are added and subjected to forced ventilation (aeration) and mechanical stirring in within 3 weeks.

В дальнейшем содержимое (уровень остаточных нефтепродуктов 4,5 вес.%) биореактора переносят в почвенные площадки с водонепроницаемым основанием и высотой слоя почвы 10-20 см, смешивают с органическим разрыхлителем - щепой размером 8-10 см, в соотношении 8:1. Затем проводят регулярное рыхление и увлажнение содержимого почвенных площадок для поддержания 20%-ной относительной влажности. Subsequently, the content (level of residual oil products of 4.5 wt.%) Of the bioreactor is transferred to soil sites with a waterproof base and a soil layer height of 10-20 cm, mixed with an organic baking powder - wood chips with a size of 8-10 cm, in a ratio of 8: 1. Then, regular loosening and moistening of the contents of the soil pads is carried out to maintain 20% relative humidity.

Олеофильный биопрепарат вносят в количестве 10 л на 0,5 м³ почвы один раз в неделю в течение первого месяца биоремедиации, и в дальнейшем - один раз в месяц до окончания цикла биоремедиации.An oleophilic biological product is applied in an amount of 10 liters per 0.5 m ^{3 of} soil once a week during the first month of bioremediation, and then once a month until the end of the bioremediation cycle.

В результате осуществления предлагаемого способа через 2 месяца биоремедиации получают очищенный грунт, содержание остаточных нефтепродуктов в котором не превышает 0,1-0,15 вес.% (табл. 1), что допускает последующее возвращение очищенного грунта в сельскохозяйственное пользование. As a result of the implementation of the proposed method after 2 months of bioremediation receive purified soil, the content of residual oil products in which does not exceed 0.1-0.15 wt.% (Table. 1), which allows subsequent return of the purified soil to agricultural use.

С целью восстановления почвенного плодородия после завершения цикла биоремедиации (через 8 недель) производят засев многолетними травами. Состав посевной смеси включает клевер луговой (Trifolium pralense), тимофеевку луговую (Phleum pratense), костер безостый (Bromus exaristatus) в соотношении 1:1:1. Посевная доза составляет 3 г семян/м² почвы.In order to restore soil fertility after the completion of the bioremediation cycle (after 8 weeks), sowing with perennial herbs is carried out. The composition of the seed mixture includes meadow clover (Trifolium pralense), timothy meadow (Phleum pratense), beechless bonfire (Bromus exaristatus) in a ratio of 1: 1: 1. The sowing dose is 3 g seeds / m ² soil.

Пример 2. Предлагаемый способ осуществляют аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что снижение концентрации нефтепродуктов в сильнозагрязенном грунте производят путем смешивания его с чистой пахотной почвой до достижения уровня остаточных нефтепродуктов 4,6 вес.%, а также в ином соотношении грунта и щепы, 6:1, соответственно. Через 2 месяца биоремедиации получают очищенный грунт с содержанием остаточных нефтепродуктов, не превышающим 0,6 вес. % (табл. 2), что допускает последующее возвращение очищенного грунта в хозяйственное пользование. Example 2. The proposed method is carried out analogously to example 1. The difference is that the concentration of oil products in heavily contaminated soil is reduced by mixing it with clean arable soil until the residual oil level reaches 4.6 wt.%, As well as in a different ratio of soil and wood chips , 6: 1, respectively. After 2 months of bioremediation, purified soil is obtained with a residual oil product content not exceeding 0.6 weight. % (table. 2), which allows the subsequent return of the cleaned soil for economic use.

Источники информации
1. Патент РФ 2114071, кл. С 02 F 3/34, от 1997 г.Sources of information
1. RF patent 2114071, cl. C 02 F 3/34, 1997

2. Патент РФ 2112610, кл. В 09 С 1/10, от 1996 г. 2. RF patent 2112610, cl. B 09 1/10, 1996

3. Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Richkova M.I., Philp J.C., Cunnigham C. J. , Christofi N. Oleophilic biofertilizer based on a Rhodococcus surfactant complex for the bioremediation of Crude oil-Contaminated soil/Soils. Sediments and Water. - 2001. - N. 4. - P. 20-24. 3. Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Richkova M.I., Philp J.C., Cunnigham C. J., Christofi N. Oleophilic biofertilizer based on a Rhodococcus surfactant complex for the bioremediation of Crude oil-Contaminated soil / Soils. Sediments and Water. - 2001. - N. 4. - P. 20-24.

Claims (5)

1. Способ биоремедиации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, с использованием олеофильного биопрепарата на основе нефтеокисляющих микроорганизмов и Rhodococcus-биосурфактанта, отличающийся тем, что производят первоначальную обработку сильнозагрязненной почвы/грунта до достижения уровня остаточных нефтепродуктов 5-10 вес. % и последующее добавление органического разрыхлителя, олеофильный биопрепарат вносят в количестве не менее 10 л на 0,5-1,0 м³ почвы/грунта по меньшей мере один раз в неделю в течение первого месяца и в дальнейшем по меньшей мере один раз в месяц до окончания цикла биоремедиации в сочетании с периодическим рыхлением и увлажнением и дополнительно производят фиторемедиацию - засев многолетними травами.1. The method of bioremediation of soils and soils contaminated with oil and oil products, using an oleophilic biological product based on oil-oxidizing microorganisms and Rhodococcus biosurfactant, characterized in that the initial processing of highly contaminated soil / soil to achieve a residual oil level of 5-10 weight. % and the subsequent addition of an organic baking powder, an oleophilic biological product is applied in an amount of at least 10 liters per 0.5-1.0 m ^{3 of} soil / soil at least once a week for the first month and subsequently at least once a month Until the end of the bioremediation cycle in combination with periodic loosening and moistening, and additionally produce phytoremediation - sowing with perennial herbs. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначальную обработку нефтезагрязненной почвы/грунта производят в твердо-жидкофазном биореакторе. 2. The method according to p. 1, characterized in that the initial processing of oil-contaminated soil / soil produced in a solid-liquid phase bioreactor. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначальную обработку нефтезагрязненной почвы/грунта производят путем смешивания с незагрязненной почвой. 3. The method according to p. 1, characterized in that the initial treatment of oil-contaminated soil / soil is produced by mixing with unpolluted soil. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического рыхлителя используют древесную щепу или стружку в соотношении 1 часть разрыхлителя на 6-8 частей почвы /грунта. 4. The method according to p. 1, characterized in that as an organic cultivator use wood chips or shavings in the ratio of 1 part of the baking powder to 6-8 parts of soil / soil. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве многолетних трав используют клевер луговой, костер безостный и тимофеевку луговую в соотношении 1: 1: 1 при дозе засева семян 3 г/м².5. The method according to p. 1, characterized in that as perennial grasses use meadow clover, boneless bonfire and timothy grass meadow in a ratio of 1: 1: 1 with a seed dose of 3 g / m ² .

Images