КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ

Биоремедиация загрязненных сред редко используется как самостоятельный и единственный способ. Биологическая очистка чаще всего сопровождается физическими, физико-химическими и химическими методами обработки загрязнений. Даже при высокой активности биопрепаратов небиологические процессы, особенно при сильном загрязнении, имеют важное значение для ремедиации. Биометоды, как правило, используются на финишных стадиях обработки загрязненного материала. Особенно часто сочетают микробиологические методы с сорбционными в буртовых технологиях после сбора и обезвреживания сорбента, при очистке загрязненной воды на биофильтрах и в аэротенках. Последовательное или одновременное применение сорбентов и микроорганизмов возможно также при удалении загрязнений с поверхности водоемов. Сорбент при этом связывает загрязнения и служит носителем для иммобилизации микроорганизмов-деструкторов. Микроорганизмы, разлагая загрязнения, одновременно могут регенерировать сорбент. Сорбенты в виде тканых или нетканых материалов и матов могут использоваться для удаления нефгезагрязнений с проверхности почвы.

Сбор отработавшего сорбента в этом случае не представляет сложностей, а оставшаяся часть загрязнений удаляется биометодами.

Биологическую очистку можно непосредственно комбинировать по месту и времени с такими физико-химическими методами, как промывка, отдувка и экстракция для удаления летучих или растворимых соединений электрохимической обработкой, радиочастотным нагревом и обработкой химическими реагентами. В процессах биовыщелачивания в почвенной среде одновременно наблюдается как биологическое, так и химическое окисление загрязнителей; могут происходить как химические каталитические, так и биокаталитические процессы. Ввод дополнительной энергии в загрязненную экосистему перед биологической очисткой или во время ее может приводить к ускорению биодеструкции органического вещества в несколько раз.

К числу потенциально перспективных методов для практического применения относится совмещенный способ биологической и деструктивной очистки с использованием сильных окислителей, например, таких как пероксид водорода, озон, ультрафиолетовое излучение и в некоторых случаях ионизирующая радиация. Воздействие этих факторов может активировать соединения, трудно поддающиеся биологической деградации, и повысить их биодоступность. Образующиеся продукты окисления могут затем использоваться микроорганизмами как источник питания и энергии, завершая, таким образом, детоксикацию химических и биологических загрязнителей.

Поскольку большие дозы окислителей, таких как Н202, угнетают жизнедеятельность и вызывают гибель живых организмов, в комбинированных технологиях и ремедиации необходимо использовать небольшие, оптимальные дозы активных форм кислорода и популяции микроорганизмов, адаптированных к его действию. Тогда в присутствии относительно небольшой концентрации пероксида водорода и адаптированного к нему активного ила можно улучшить показатели очистки загрязненных водных сред.

Наряду с использованием микроорганизмов, устойчивых к пероксида водорода, возможно применение ферментных систем, способных окислять некоторые органические загрязнители. В частности, под действием пероксидазы хрена в присутствии Н202 фенольные соединения окисляются до, нерастворимых в воде полифенолов. Для их удаления из водной среды предложены неводные системы, поливинилпироллидон, тальк и каолин, которые адсорбируют продукты реакции на своей поверхности. Это позволяет не только извлекать продукты реакции из водных растворов, но и сохранить активность пероксидазы [9].

Восстановление почв в условиях Крайнего Севера имеет свою специфику. УННТиЭ ОАО «Газпром» одним из приоритетных направлений считает разработку технологий рекультивации техногенных эродированных земель с привлечением современных достижений сельского хозяйства, биологии, агропочвоведении и агрохимии. Опытнопроизводственные испытания по разработке такой технологии проводились на базе Медвежинского месторождения ООО «Надымгазпром», в ней предусматривалось использование бентонитовых глин, применяемых как сырье для приготовления буровых растворов, а также таких компонентов, как гуминовые препараты, полимеры типа карбоксилметилцел-люлоза, полиакриламиды, микробиологические стимуляторы, например, «азотовит», активатор почвенной микрофлоры, минеральные удобрения с одновременным посевом многолетних злаковых трав, рекомендованных специалистами для рекультивации земель на Крайнем Севере.

Для рекультивации техногенных песчаных субстратов в районах с многолетнемерзлыми породами разработан состав «Север» (ТУ 2189-001-00040748-98), который способен структурировать и кондиционировать эти субстраты, обеспечивать минеральное питание растительности, регулировать водно-воздушный режимы, укреплять наклонные поверхности насыпей, оврагов и карьеров. Состав используется с одновременным посевом семян многолетних злаковых трав.

Жидкие глинистые растворы, приготовленные из бентопорошков, полимеров и гуматов, способны образовывать устойчивую структуру, прилипать к наклонным сыпучим песчаным поверхностям и образовывать пленку на поверхности рекультивируемых грунтов. Семена многолетних трав и минеральные удобрения добавляют непосредственно в «Север» и наносят на рекультивируемые земли с помощью современной техники, такой как УНБ-1-160х40 или цементных агрегатов, используемых в газовой промышленности для нагнетания различных жидких сред при цементировании скважин.

На участке Горьковской железной дороги было проведено исследование по снижению нефтяного загрязнения почв полосы отвода железнодорожного транспорта за счет действия сорбентов, биопрепаратов и их сочетаний.

Для этого вносили природные и модифицированные полимером (крахмалом) сорбенты шунгит (Зажогинское месторождение) и бентонит (Биклянское месторождение, Республика Татарстан), бактериальный препарат Флавобактерин, а также их сочетания. Продолжительность обработки почвы реагентами 36 дней. Концентрация сорбентов 58,33 г/кг, биопрепаратов 29,16 г/кг. При использовании такого комплексного метода ремедиации было установлено значительное снижение концентрации нефтепродуктов в почве табл. 5.7.

Таблица 5.7

Концентрация нефтепродуктов в почве полосы отвода до и после __внесения реагентов_

№ пробы

Вид реагента

Концентрация нефтепродуктов в почве, мг/кг

1

Исходная почва

680 ±11

2

Флавобактерин

325 ± 10

3

Бентонит (НМ)-флавобактерин

397,5 ± 12,6

4

Бентонит (НМ)

277,5 ± 9,5

5

Бентонит (М)-флавобактерин

320,0 ± 10,0

6

Бентонит (М)

367,5 ± 11,7

7

Шунгит (НМ)-флавобактерин

450,0 ± 10,4

8

Шунгит (НМ)

437,5 ± 9,4

9

Шунгит (М)-флавобактерин

317,5 ±9,9

10

Шунгит (М)

365,0 ± 11,8

В таблице видно, что применение природного бентонита привело к снижению содержания нефтепродуктов в почве в 2,5 раза, а комбинация модифицированного бентонита с флавобактерином - в 2,2 раза. Однако использование последнего более предпочтительно, так как присутствие бактериального препарата Флавобактерина приводит к подавлению патогенных бактерий в почве и способствует восстановлению ее плодородия и биоразнообразия растительного сообщества.

Результаты снижения содержания нефтепродуктов в почве при отдельном и комплексном введении сорбентов и флавобактерина в зависимости от времени экспозиции приведены в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Снижение концентрации нефтепродуктов в почве от экспозиции __сорбентов__

Экспозиция реагентов, сут

Сорбенты и их комбинации

Концентрация нефтепродуктов в почве, мг/кг

-

Исходная почва

680,0 ± 11,2

8

Флавобактерин

332,5 ± 9,3

8

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

365,0 ± 11,6

8

Бентонит (модифицированный)

345,0 ± 10,2

16

Флавобактерин

302,5± 13,9

16

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

320,0± 10,0

16

Бентонит (модифицированный)

240,0 ± 16,2

24

Флавобактерин

227,5± 15,9

24

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

200,0± 14,0

24

Бентонит (модифицированный)

190,0 ± 10,2

32

Флавобактерин

207,5± 14,5

32

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

225,0± 15,8

32

Бентонит (модифицированный)

180,0 ± 12,6

40

Флавобактерин

185,0± 12,9

40

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

225,0± 15,8

40

Бентонит (модифицированный)

197,5 ± 13,8

48

Флавобактерин

212,5± 14,9

48

Бентонит (модифицированный) -флавобактерин

217,5± 15,2

48

Бентонит (модифицированный)

195,0 ± 13,7

Создание эффективных технологий очистки нефтезагрязненных почв требует наличия подробно разработанных математических моделей.

Были построены три математических модели, описывающих динамику изменения концентрации нефтепродуктов в почве под действием рассмотренного выше комплексного метода рекультивации почв.

В первую очередь учитывалось, что часть нефтепродуктов, находящихся в почве, разлагается за счет естественных физико-химических факторов. При этом скорость разложения зависит не только от характера загрязнения, но и от свойств самой среды - типа почвы, температуры и.т.д.

Процесс сорбции описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка.

с;(0=с0-ос,(0) (1)

здесь С’/(0- концентрация нефтепродуктов в почве в момент времени ? (месяцы); а - коэффициент, учитывающий вид загрязнения, а также свойства среды; С0 - концентрация нефтепродуктов в почве в начальный момент времени.

Внесение в почву флавобактерина усиливает процесс разложения нефтепродуктов, хотя сам препарат не содержит микроорганизмов-нефтедеструкторов. Для учета данного явления предлагается ввести в уравнение (1) коэффициент Тогда математическая модель, описывающая процесс разложения нефти, будет выглядеть следующим образом:

с;(0=со-^,с,(г)>

с.(о)=с0, (2)

где С() - концентрация нефтепродуктов в почве в начальный момент времени.

Также была построена модель динамики концентрации нефтепродуктов в почве под действием бентонита. Предполагалось, что при этом некоторая часть нефтепродуктов разлагается под действием физико-химических факторов, другая же часть поглощается сорбентом. Математическая модель в данном случае примет вид системы дифференциальных уравнений (3)

гс'(/)=с;(/)-с:(/)>

с;(0=со-ас,(/)>

[с:(0=с„+ст[с(0-/г'сг(4

с начальными условиями (4)

с(о) = с0,с,(о)=с02(о)=о,

где СД) - концентрация нефтепродуктов в почве в момент времени г (мес.); С'/(0- концентрация части нефтепродуктов, разлагаемой за счет физико-химических факторов; С2О)- концентрация нефтепродуктов, поглощаемых сорбентом; а - коэффициент, учитывающий вид загрязнения, а также свойства среды; а- кинетический коэффициент; /?- коэффициент, учитывающий сорбционные свойства бентонита; Со - концентрация нефтепродуктов в почве в начальный момент времени.

В заключение была построена математическую модель динамики концентрации нефти в почве при комплексном внесении флавобактери-на и бентонита. В настоящее время механизмы комплексного воздействия двух данных веществ на нефтезагрязненные почвы не достаточно изучены. Анализируя результаты полученных ранее лабораторных исследований, можно заметить, что при комплексном внесении флавобак-терина и бентонита динамика разложения нефтепродуктов незначительно снижается. Можно предположить, что под действием бентонита стимулирующие нефтедеструкцию свойства флавобактерина ослабляются. Кроме того, флавобактерин может влиять на ухудшение сорбционных свойств бентонита в отношении нефтепродуктов. Математическая модель для данного случая имеет вид (5)

(5)

C[(t) = C^k2a[c(t)-p'C2(t)

здесь коэффициенты кік2 учитывают взаимодействие флавобактерина и бентонита. Начальными условиями для системы (5), как и в предыдущем случае, являются условия (4).

На приводимых ниже графиках (рис. 5.11-5.13) сплошные линии отображают результаты математического моделирования, точки - данные экспериментов (табл. 5.6).

Как видно, построенные математические модели хорошо согласуются с экспериментальными данными. Применение математических моделей позволяет получить прогноз эффективности того или иного метода очистки грунта, что значительно сокращает временные и материальные затраты по проведению исследований [1].

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >