УДК 691:666
, , Кызылординский Государственный университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда, Казахстан
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗАМАЗУЧЕННЫХ ГРУНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
По утверждению американского ученого Х. Беннет для восстановления разрушенного слоя почвы в естественных условиях требуются сотни, тысячи лет. Поэтому необходимо разрабатывать перспективные агротехнические, фитомелиоративные и микробиологические способы очистки почв от нефтяных загрязнений, что способствует ускорению процессов очищения и восстановления почвенного покрова.
В экотоксических исследованиях нефтепродуктов большое значение придается поискам регуляторов процесса самоочищения почвы от нефти путем ускоренной ее деградации. На практике к таким регуляторам можно отнести различные отходы растительного и животного происхождения, каковыми являются опилки, мох, торф, картон, целлюлоза, лигнин, а также некоторые минеральные и органические вещества, служащие питательными субстратами для почвенных микроорганизмов (трансформантов и деструкторов нефтепродуктов) /1,2/. В этой связи необходимо отметить, что различные по биологическому происхождению, химической структуре и составу регулятор по разному влияют на скорость трансформации и деструкции нефтепродуктов и рекультивации почвы. Имеются еще одно особенность, по которой выбирают их к использованию. Это их дешевизна и доступность, играющие немаловажную роль на практике.
По доступности и дешевизне наиболее перспективным и эффективным деструктором нефти и нефтепродуктов является рисовая шелуха – возобновляемый и многотоннажный отход рисоводства. В этой связи нам представлялась целесообразным использование рисовой шелухи в качестве регулятора процесса самоочищения почвы от нефтепродуктов. Для этого испытывались два типа продукта: первый – это рисовая шелуха в смеси с другими наполнителями (навоз, Семина дикорастущих растений и т. д.): второй – биокомпост на базе рисовой шелухи /3/.
Предложена следующая схема производства биопрепарата. Рисовая шелуха выбранная в качестве основного сырья, обладает сорбционной активностью к нефти и нефтепродуктам. Обработка рисовой шелухи биологическим субстратам ведет к иммобилизации ее поверхности. Растительная основа принимает на себя бактерии и поверхность рисовой шелухи подвергаются биоактивизации.
Нами разработана технология получения биоактивного препарата на основе местного сырья (рисовой шелухи, куриного помета и пищевых отходов). Биопрепарат получается путем специальной обработки сырья в малогабаритных модульных установках, что делает возможным получение его непосредственно в регионе (на месте потребителя). Биологическая активность препарата обеспечивается иммобилизацией поверхности рисовой шелухи адаптированными культурами бактерий - деструкторов. В качестве которых выступают почвенные гетеретропные микроорганизмы преимущес-твенно из родов: Pseudomonas, Achromobacter, Corynebacterium, Nocardia, которые относятся к группе углеводородоокисящих бактерий и могут испо-льзовать углеводороды нефти в качестве источника питания как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Вследствие этого почвенные бактерий момен-тально реагируют на нефтяное загрязнения почвы и отвечают повышением валовой численности и усилением активности. Численность этих микро-организмов в загрязненной почве достигает порядка 10 – 10 кл/г почвы.
Важное достоинство анаэробной ферментации – возможность использо-вать остаток (шлам) органического вещества, образующегося в метантанках, как органические биоудобрения. Анаэробная технология привлекательна еще и тем, что ее сырьевую базу можно считать неограниченной.
Под влиянием фермента клетчатка целлюлозы гидролизуется с образова-нием промежуточных соединений типа глюкозы и целлобиозы. Последняя под действием фермента переходит в глюкозу, которая подвергается дальнейшим превращениям по типу маслянистого брожения с образованием масляной, уксусной, янтарной, молочной и муравьиной кислот, водорода, углекислого газа и иногда спирта, с освобождением не большего количества энергии. Процесс последовательного расщепления клетчатки можно выразить по схеме:
(С6Н10О5)n + nН2О=nС6Н12О6=СН3СН2СН2СООН+ СН3СООН+СО2+Х кДж
В накопительной культуре помимо указанных продуктов брожения обнаруживается метан (СН4).
Возбудителями анаэробного разложения клетчатки являются мезофиль-ные и термофильные микроорганизмы, относящиеся в своем большинстве к роду Clostridium.
Аэробное разложения клетчатки протекает хорошо аэрируемых слоях почвы. Здесь она разлагается аэробными микроорганизмами, вовлекаясь в общий кругооборот углерода в природе. Особенно много аэробных организмов, разлагающих клетчатку, в окультуренных пахотных почвах, удобренных, навозом.
Общая схема аэробного разложения клетчатки сводится к тому, что под влиянием фермента целлюлозы, выделяемого микроорганизмами, проис-ходит гидролиз клетчатки до образования водорастворимых углеродистых соединений, возможно сахаров, которая в присутствии кислорода окисляется:
(С6Н10О5)n + Н2О + хО2 = R – СНОНСООН + О2 =СО2 + НО2+Х кДж
Образующиеся оксикислоты является хорошим энергетическим мате-риалом для групп азотофиксирующих бактерий почвы, а уроновые кислоты участвуют в образовании гумуса.
В аэробном разложении клетчатки принимают участие многие виды плесневых грибов (Aspegillus, Penicillium, Clodospoeium Botrytis, Fusarium) актиномицеты и бактерий. Наиболее энергичными разрушителями являются бактерий.
Лабораторные опыты по деструкции нефтепродуктов в почве проводили с пробами, отобранными из нефтезагрязненных участков месторождений Кумколь. Исследуемая нефтезагрязненная проба почвы представляла собой темно-коричневого цвета с резким неприятным запахом нефтепродуктов.
Исследуемые навески пробы почвы смешивали в различных соотношениях с рисовой шелухой с тем, чтобы оценить аэрирующей эффективности почвы в результате разрыхления ее наполнителем (шелухой). Смесь почвы с шелухой смачивали водой для того, чтобы создать благоприятное условие для равномерного смешения компонентов, так как тесный и равномерный контакт почвы с шелухой способствует интенсивной деградации (разрушения) нефтепродуктов.
Результаты серии опытов показывают, что во всех вариантах экспериментов по мере истечения времени и перемешивания загрязненная почва постепенно теряла запах нефтепродуктов и соответственно ее цвет становился светлее. Во всех вариантах опыта без исключения через 2-3 недели почва полностью просветлела, а запах вовсе исчез. Эти визуальные и качественные показатели свидетельствуют в пользу того, что рисовая шелуха является прекрасным наполнителем загрязненной почвы, способствующей к интенсивной деградации нефтепродуктов. Рисовая шелуха, создавая воздушное пространство внутри почвы способствует интенсивному окислению нефтепродуктов кислородом воздуха. Таким образом, в интенсивном окислении и деградации нефтепродуктов главную роль играет рисовая шелуха за счет аэрирования внутреннего пласта загрязненной почвы.
Интенсивность деградации нефтепродуктов в почве главным образом зависит от количества рисовой шелухи, времени перемешивания, глубины аэрации почвы, температуры среды и т. д. При этом интенсивность деградации нефтепродуктов повышается по мере увеличения доли рисовой шелухи в составе почвы за счет увеличения пористости последней и т. д. К интенсивности окисления, следовательно, деградации нефтепродуктов также положительно влияет и частота перемешивания почвы за счет дополнитель-ной доставки кислорода воздуха в нижние слои загрязненного пласта.
При этом в нефтезагрязненные почвы наряду с рисовой шелухой вносятся навоз, семена дикорастущих растений и другие наполнители, способствующие восстановлению растительного покрова почвы. Необходимо отметить, что рисовая шелуха в силу ее устойчивости к разрушению долгое время сохраняется в пластах почвы, создавая условия порообразования и накоплению в них воздуха и влаги. В свою очередь накопления влаги и воздуха в загрязненных почвах способствует восстановлению растительного ее покрова. Наличие в составе наполнителя навоза, органических и минеральных удобрении наряду с семенами дикорастущих растений создают также благоприятные условия для восстановлении растительного покрова почвы и ускоренной деградации нефтепродуктов.
Изложенный метод рекультивации нефтезагрязненных участков место-рождений Кумколь является наиболее простым и доступным в пустынных условиях. Однако, наряду с этим имеется еще наиболее перспективное направление очистки почвы от нефтепродуктов путем разрушений их с помощью микроорганизмов, использующих нефтепродукты в качестве питательной среды и следовательно, разлагающие углеводородные сырье на углекислый газ и биомассу. Методы рекультивации нефтезагрязненных участков с использованием рисовой шелухи и биокомпоста на основе той же рисовой шелухи по части их внесения и обработки почвы ни чем не отли-чаются. Отличается лишь в получении биокомпоста путем предварительного биоразрушения рисовой шелухи с использованием целлюлозоразрушающих почвенных аэробных и анаэробных микроорганизмов.
Компостирование рисовой шелухи проводили в пластмассовой бочке объемом 200 литров с плотно закрывающейся крышкой. Для получения био-компоста бочку заполняли на 2/3 объема рисовой шелухой, затем заливали водой. В бочку вносили также предварительно заготовленные (культивиро-ванные) почвенные целлюлозоразрушающие микроорганизмы. Содержимое бочки тщательно перемешивали и закрывали ее крышкой, тем самым созда-вая анаэробную среду для биоразложения. Процесс брожения начинается через неделю и компостирование рисовой шелухи заканчивается в течение 2 – 2 ,5 месяца. Процесс компостирования сопровождается с интенсивным выделением углекислого газа, который периодически выпускается переме-шивание биомассы. В целях интенсификации процесса брожения рисовой шелухи в бочку вносили в незначительном количестве навоз и куриный помет /4/.
Процесс брожения рисовой шелухи сопровождается образованием трех фаз: жидкая, газообразная и твердая. Жидкая – органические кислоты, газообразная – углекислый газ и твердая – биомасса. Компостирование массы проводили как в анаэробных, так и аэробных условиях. При этом из общей массы смеси 80 % переходит в биомассу.
Опыты проводились в летний период времени, поэтому процесс биораз-рушения нефтепродуктов шел интенсивно из-за высокой температуры (350С) окружающей среды. Ускоренному восстановлению почвы способствовало частое перемешивание массы.
В целях восстановления и рекультивации загрязненных и засоленных участков, как основной компонент, необходимый для биоразрушения нефтепродуктов. Нами использовался биокомпост. Однако на практике в процесс рекультивации нефтезагрязненных участков в смеси с биокомпостом используются пищевые отходы, образующие в вахтовых поселках нефтяников.
Литература
1. , Морщакова деструкция нефти и нефтепродуктов, загрязняющих почву и воду // Биотехнология. – 1998. № 1. 85с.
2. , О ликвидации разливов нефти при помощи растительных отходов //Нефтяное хозяйство. -2000. -№ 7. 89с.
3. , , Кунбазаров нефтезагрязненных почв с использованием рисовой шелухи. //Нефть и газг. № 3 (3с.
4. , , Кунбазаров зама-зученных грунтов. // Вестник КарГу. – Караганда№с.
