Способы очистки почвы от микроорганизмов

Очистка почвы от загрязнений

Может случиться, что земля на загородном участке будет сильно загрязнена прорвавшимися из септика сточными водами, удобрениями, смытыми весной с полей, дизтопливом и т.д. Неочищенная почва на долгое время станет источником постоянного токсического заражения всего, что с ней соприкасается. Первое, что страдает от загрязнений в грунте — садовые и декоративные растения, а также неглубокие источники воды, которыми Вы пользуетесь. Иногда такое заражение ничем себя внешне не проявляет и действует незаметно. Некоторые вредные вещества способны накапливаться в организме и лишь по прошествии времени оказывают негативное воздействие на здоровье.

Если существуют сомнения в химической и бактериологической чистоте загородного участка, надо сделать лабораторный анализ почвы, овощей и фруктов, собираемых с дачных плантаций, и воды. Воду необходимо проверить, если она попадает в дом из мелких и средних по глубине источников — колодцев, песчаных скважин. Чрезмерное количество некоторых химических соединений или уровень кислотности почвы может отрицательно влиять на сохранность бетонных, металлических и прочих подземных конструкций.

Конечно, почва как часть биосферы стремиться естественным образом нейтрализовать чужеродные для нее вещества и соединения. Но этот процесс занимает очень много времени. При слишком высокой концентрации загрязнений механизм естественного природного очищения и восстановления может не работать.

экспресс-анализ почвы на загрязнения

Существуют эффективные технологии по очистке хозяйственно-бытовых стоков. Но как вернуть верхнему слою почвы его плодородные свойства и экологическую чистоту? Рассмотрим современные методы восстановления естественных природных качеств грунта.

Способы очистки почвы от загрязнений

По принципу действия методы очистки почвы делятся на три типа:

химические
физические
биологические

Не все из перечисленных способов из-за своей радикальности подходят для восстановления экологии загородного участка и применяются для решения масштабных промышленных задач. Но возможны ситуации, когда лишь таким способом можно очистить землю от посторонних веществ — например, случайно пролили бочку солярки для котла отопления — и затем вернуть ее к жизни с помощью рекультивации. Часть методов производят сложное воздействие на почву и могут быть отнесены сразу к двум типам. Химический метод очистки почвыхимическая очистка почвы При химической очистке почвы от загрязнений используется метод промывки. Делаются специальные растворы из поверхностно-активных веществ или растворы, содержащие сильные окислители — активный кислород, хлорсодержащие соединения, а также щелочные растворы. Выщелачивание осуществляется с помощью 2%-ого раствора соляной кислоты. При выщелачивании содержание тяжелых металлов (цинк, свинец, кадмий, никель, медь, мышьяк) снижается на 85-95%. Так как при промывке растворы попадает в почву, непосредственно проникая во все поры между частицами, эффективность данного метода очень высокая. После очистки промывкой следует сделать рекультивацию почвы. Недостатки метода: нужна очистка почвы от соединений хлора. Метод не подходит для очистки большого объема грунта. Физико-химические методы очистки почвы Самый простой физический метод восстановления почвы — снять верхний слой и заменить его чистым, незараженным. Но не всегда есть возможность найти достаточное количество свободной и плодородной почвы. Электрофизический метод очистки — используется для удаления из почвы нефтепродуктов, фенолов и хлорсодержащих углеводородов. В основе метода лежит эффект электролиза воды при прохождении электрического тока через почву. Сложные загрязняющие соединения при таком воздействии активно окисляются и распадаются на менее вредные простые составляющие. Метод электрофизической очистки позволяет очищать почву от опасных соединений на основе свинца, ртути, кадмия, мышьяка и т.д. схема электрохимической очистки почвы (метод электролиза) В зависимости от условий в грунте и использованного дополнительного оборудования кроме электролиза могут быть использованы другие варианты метода: электрокоагуляция, электрохимическое окисление, электрофлотация, электроосмос, электрокинетический метод и некоторые другие. Практически все перечисленные способы электроочистки почвы технически сложны и дороги. Термический метод очистки почвы Термический метод очистки можно отнести к физическому. В зависимости от типа загрязнений нагрев может производиться как на воздухе, так и в вакууме — в специальных герметичных установках. Метод применяется для освобождения почвы от нефтепродуктов, масел, бензина, от некоторых цветных металлов, от галогеносодержащих и органических соединений. Углеводороды выгорают при нагреве материала до + 800 С. Восстановить свойства почвы после такого воздействия можно добавлением компоста или минеральных удобрений. Существуют не только стационарные, но и передвижные термические установки на автомобильном шасси. Во всем мире ежегодно термическим методом очищаются миллионы тонн почвы. термическая очистка почвы Очень сильный нагрев до сплавления частиц почвы проводится с помощью электродов, опускаемых в землю. Данный электро-термический метод используется для связывания в невымываемые грунтовыми водами формы таких опасных загрязнителей, как тяжелые металлы и радионуклиды. Биологические методы очистки почвы Фиторемедиация — комплекс методов использования растений для очистки сточных вод, почвы и атмосферы от различных типов загрязнений. В свою очередь фиторемедиация является составной частью еще более широкой методики биоремедиации. Рассмотрим фито-методы для очистки почвы. Метод фитоэкстракции — на загрязненном участке высаживаются специально отобранные растения. В силу своих биологических особенностей некоторые виды флоры способны поглощать и накапливать в корнях, стеблях и листьях соединения меди, цинка, кобальта, никеля, свинца, хрома, тем самым снижая содержание этих элементов в земле. Для более полного восстановления участка почвы необходимо обеспечить несколько циклов произрастания данных растительных видов. По завершении процесса фитоэкстракции все растения необходимо собрать и сжечь. При этом продукты сгорания следует захоронить на специальном полигоне для отходов, так как в пепле сохранится высокое содержание вредных элементов. Метод фитостабилизации немного отличается от фитоэкстракции. Используемые растения не поглощают, но осаждают в почве рядом с корнями опасные химические соединения, почвенные бактерии способны переработать некоторые из них в менее опасные. В результате соединения переводятся в неактивную и мало подвижную форму, чем снижается риск их дальнейшего распространения. ярутка полевая — поглощает из почвы тяжелые металлы Кроме определенных растений, естественным образом произрастающих в природе и пригодных для решения задач очистки почвы и воды, производятся опыты по созданию более эффективных генномодифицированных растений с улучшенными характеристиками. Все биологические методы очистки действенны только при невысоком и среднем уровне загрязнений почвы. Процесс биологической очистки воды и почвы достаточно медленный, но естественный и наименее затратный. Методы биостимуляции и биодеструкции — особые организмы разрушают проникшие в почву загрязнения. Методы используются в основном для нейтрализации различных нефтепродуктов, жиров и масел. Микроорганизмы-деструкторы либо просто добавляются в почву, либо в почве создаются условия — вносятся специальные добавки для ускоренного размножения эндогенных, то есть уже живущих там аэробных бактерий, способных расщеплять углеводороды. На рост бактерий влияет влажность, уровень аэрации и температура почвы, поэтому эффективность данного способа зависит от многих факторов. Лучший метод очистки почвы В сложных случаях, когда в почву попали разные по типу загрязнения, или новое загрязнение наложилось на неизвестное старое, наиболее эффективным будет последовательное использование нескольких способов очистки. Как мы уже сказали выше, вряд ли большинство из перечисленных в статье вариантов можно применить на загородном участке. Но некоторые методы вполне доступны и могут улучшить экологическую ситуацию. Это касается наиболее простых с технической точки зрения физических и биологических методов.

Источник

Методики очистки воды и почвы от загрязнений

Способы очистки природной среды от загрязнений нефтепродуктами

02.05.2014
Человечество давно занимается добычей полезных ископаемых, нефти. При этом процесс добычи сопровождается разрушением почвы, загрязнением территорий. Это связано с тем, что при проведении работ используется большегрузная техника, происходит попадание нефтяных продуктов и других вредных веществ в почву, водоёмы и воздух. Причиной загрязнения также является деятельность различных предприятий промышленности, транспорта. Также окружающая среда загрязняется в случае аварийных разливов нефти и нефтепродуктов из ёмкостей и трубопроводов.

Нефть является крайне опасным продуктом в отношении к экологии. Она значительно угнетает происходящие в норме в слоях почвы и водоёмах жизненно важные процессы, резко подавляет их и приводит к иному их протеканию. Самостоятельно восстановиться поражённые участки земли могут, но на это уйдут десятилетия. Возникает необходимость в быстрой и эффективной рекультивации земель. При выборе методов очистки грунтов учитывают множество факторов. Основными являются характер загрязнения и нормативные требования к качеству земель на данном участке. В некоторых случаях проводятся лишь селективные работы, при которых учитываются цели использования очищенной земли в будущем. При функциональной же очистке почвы проводят снижение показателей загрязняющих веществ до нормальных показателей. В дальнейшем можно использовать территории, очищенные функциональным способом, в любых целях.

Рассмотрим некоторые способы очистки природной среды от загрязнений нефтепродуктами:

Влияние на экосистемы и их обитателей

Последствия загрязнения окружающей среды нефтепродуктами не только наносят удар экологии. Ухудшается качество ресурсов, меняется видовой состав загрязненных участков. У животных и растений возникают тяжелые болезни.

Водные ресурсы

Загрязнение нефтью наносит ущерб и гидросфере. Тяжелые соединения проникают в толщу воды с частичками взвесей и фитопланктоном. По мере опускания на дно часть их поглощает зоопланктон и моллюски: некоторые хранят в себе токсичные соединения, но для остальных такая пища либо смертельна, либо провоцирует мутации.

Советуем почитать: Так ли экологичны биоразлагаемые пакеты для мусора?

Поскольку беспозвоночные мало двигаются, воздействие на них длится десятки лет. Загрязнение сланцевой нефтью негативно отражается на рыбе, особенно на икре и молодых особях. У них изменяется печень, нарушается работа сердца, разрушаются плавники. При этом пищевая цепочка провоцирует дальнейшее распространение отравляющих веществ.

Фауна

Нефть проникает в кожу ряда животных и провоцирует отравление. У всех представителей фауны зараженной зоны присутствует раздражение глаз. Меньше остальных защищены полярные медведи, у них комкается мех. Они утрачивают способность сохранять тепло с влагой и погибают.

У птиц в холодной воде с плотной нефтяной пленкой спутываются перья. Они приземляются на загрязненный слой, но выбраться уже не могут и тонут.

Многие животные гибнут в результате интоксикации и мутаций. Рождается потомство с аномалиями развития.

Почва

Факт загрязнения почвы нефтепродуктами фиксируется, когда пятно добирается до берега или вследствие выбросов прямо на землю. На участках добычи и переработки риски заражения более высокие вследствие нарушений технологических процессов, негерметичности оборудования.

Не соблюдается и процедура утилизации отходов – она сложная, хранилища заполнены под завязку. В итоге их сливают в природную среду, а почва и песок, загрязненные нефтью или нефтепродуктами, нарушают экосистему.

Попадая на землю, отравляющие вещества утекают в почву. Компонентный состав отходов таков, что тяжелые битумные фракции опускаются на минимальную глубину, отделаются почвенными частичками и склеивают их. Так формируется твердая корка.

Крайне опасно, если сама нефть проникает в почву. Легкие компоненты спускаются вглубь, а тяжелые не позволяют им испаряться. Образуется мертвая зона. Вначале грунт, загрязненный нефтепродуктами, вызывает гибель микрофлоры, потом – растений.

Человек

Нефтяное загрязнение негативно сказывается и на здоровье человека. Истощение, снижение качества ресурсов влечет падение уровня жизни людей. Последствия разливов провоцирует ущерб, а это крупные денежные расходы.

В организм нефть проникает с отравленной водой, пищей, вдыхаемым воздухом. Симптомы отравления:

головная боль и головокружение;
сильная утомляемость;
спазмы ЖКТ;
аритмия;
рассеянность;
нарушения слуха, обоняния, зрения.

При тяжелой интоксикации больной не может полностью восстановиться. Происходит изменение состава крови, расстройства ЦНС, выработка гормонов щитовидной железы превышает норму. Все это характерно для работников отраслей нефтедобычи и переработки и жителей близлежащих населенных пунктов.

Захоронение отходов на специальных полигонах

Самым распространённым и дешёвым методом очистки территории на сегодняшний день является выемка загрязнённого грунта с дальнейшим вывозом и захоронением его в специально отведённых для этих целей местах, так называемых полигонах. Данные участки надёжно изолируют от других компонентов окружающей среды. Однако данный метод не даёт должного эффекта, так как нефть сохраняется в грунте без изменения в течение многих лет. Она продолжает оставаться реальным очагом опасности дальнейшего загрязнения в течение всего этого времени.

Утилизация отходов путём сжигания

Данная методика очистки применяется лишь в случаях аварий, когда происходит большой разлив нефтепродуктов, сопряжённый с угрозой расположенным близко к поверхности земли грунтовым водам, а также источникам питьевой воды. Избыток нефтепродуктов собирают доступным способом, а потом сжигают. При этом продукты неполного сгорания углеводородов также загрязняют окружающую среду. Следует помнить, что в огне гибнут растения, их семена, а также органические вещества, имеющиеся в составе почвы. Происходит нарушение всего биоценоза. Данный способ является методом выбора.

Очистка загрязнённого грунта электрохимическим методом

При использовании данного способа в загрязнённую почву погружают электроды. Их подключают к источнику постоянного электрического тока. Содержащиеся в почве водные растворы солей служат при этом проводниками электричества. Загрязняющие почву вещества растворяются в содержащейся в ней воде, образуя раствор электролита. Под воздействием электричества они осаждаются на электродах и извлекаются из почвы. Множество способов оказываются непригодными для малопроницаемых почв, а данный метод можно использовать для обработки даже глинистой почвы. При этом электрохимический метод позволяет удалять самые разные загрязняющие вещества, включая молекулы металлов и различные органические соединения.

При освоении, обустройстве и эксплуатации месторождений нефти и газа в значительной мере изменяется природный ландшафт и идет интенсивное загрязнение земель.

Почвенный покров – основной элемент ландшафта – первым принимает на себя «экологический удар». В связи с механическим нарушением и нередко химическим загрязнением происходит постепенная деградация почв, которая стала одной из основных экологических проблем нефтегазового комплекса.

Наибольший ущерб природе наносят аварии на магистральных нефте- и газопроводах. Так, при одном порыве нефтепровода выбрасывается в среднем 2 т нефти, что выводит из строя 1000 м³ земли, а в результате аварии на газоконденсатопроводе на землю в среднем попадает не менее 2 млн. т/год нефтепродуктов (Гриценко и др., 1997).

Нефть, попадая в почву, вызывает значительные, порой необратимые изменения ее свойств – образование битуминозных солончаков, гудронизацию, цементацию и т. д. Эти изменения влекут за собой ухудшение состояния растительности и биопродуктивности земель. В результате нарушения почвенного покрова и растительности усиливаются нежелательные природные процессы – эрозия почв, деградация, криогенез.

Проблема деградации почв требует от компетентных отраслевых служб принятия незамедлительных мер, поскольку с почвами связана биологическая продуктивность всего ландшафта.

Деградация почв возникает в результате разных природных и антропогенных причин, принимая формы химического загрязнения, опустынивания, заболачивания и т.д. Антропогенная деградация является либо непосредственным результатом залповой техногенной нагрузки (механическая, химическая), либо связана с природными гипергенными или почвообразовательными процессами.

В результате формируются отдельные сочетания неблагоприятных почвенных свойств, и происходит снижение биологической продуктивности ландшафтов.

Механические нарушения почвенного покрова

Механическое нарушение почв наблюдается на всех объектах нефтяной и газовой отрасли и связано со строительными (возведение буровых установок, устьевого оборудования, прокладка трубопроводов, строительство промышленных корпусов, жилых поселков и коммуникаций) и рекультивационными (снятие плодородного слоя, засыпка траншей, планировка амбаров и пр.) работами. Эта разновидность техногенного воздействия на почвы свойственна промышленному освоению природной среды вообще и не является специфической для нефтегазового комплекса. Масштабы нарушений почвенного покрова, вызванных механическим воздействием, зависят, с одной стороны, от размера и назначения возводимых сооружений, а с другой – от ранимости природной среды в разных биогеоценозах.

Снятие плодородных горизонтов почвы имеет два основных следствия. Во-первых, кардинально изменяются почвенные свойства (физические, химические, биологическая активность). Во-вторых, развиваются несвойственные ненарушенному почвенному покрову гипергенные процессы (водная и ветровая эрозия, заболачивание, деградация болот и др.) либо интенсивность этих процессов возрастает (Трофимов и др., 1979).

При механическом разрушении почвенного профиля, как правило, происходит частичное или полное уничтожение гумусоаккумулятивных горизонтов, определяющих актуальное плодородие, перемешивание материала разных горизонтов, выполняющих в ненарушенном ландшафте самостоятельную экологическую функцию, внедрение подстилающих пород с неблагоприятными физическими свойствами и низким потенциальным плодородием.

Так, в результате исследований в районе подземного хранилища газа установлено, что на его территории почвенный слой характеризуется пониженным содержанием гумуса, азота, низкой суммой обменных оснований по сравнению с аналогичными показателями фоновых почв (Сидорова и др., 1994).

Химическое загрязнение почв

Основные причины химического загрязнения почв на объектах нефтегазовой отрасли следующие (Панов и др., 1986):

— на нефтегазодобывающих предприятиях: возникновение газовых и нефтяных фонтанов, самовозгорание газа, выбросы подземных высокоминерализированных вод, сброс загрязненных сточных вод на рельеф, разлив буровой жидкости, ликвидация амбаров, разлив метанола, поступающего от установки регенерации, складирование шламообразных отходов, диффузная миграция газа, излив пластовой смеси, выброс продуктов сгорания топлива и т. д;

— на нефте- и газотранспортных предприятиях: разлив углеводородного конденсата, ингибиторов коррозии, газопроводов, разлив турбинного топлива, метанола, органических кислот, поверхностно-активных веществ (ПАВ), смазочных компрессорных масел;

— на нефтегазоперерабатывающих предприятиях: разлив и утечки конденсата и смазочных масел, а также химреагентов (метанола, диэтиленгликоля, диэтаноламина и др.).

Таким образом, основными загрязнителями почв в нефтяной и газовой отраслях являются: жидкости (нефтяные углеводороды, минерализованные пластовые воды, химреагенты, буровые растворы); газы (попутный и природный газ и продукты его сгорания); твердые вещества (шламы, серная пыль в районах предприятия переработки сернистого углеводородного сырья).

Химическое загрязнение почвы негативно влияет на ее физические, химические, ионообменные свойства и биологическую активность (Панов и др., 1986).

Показатели изменения этих свойств почвы целесообразно использовать в качестве признаков ее деградации. Это особенно актуально для объектов нефтегазового комплекса, так как в данном случае задача определения ПДК усложняется многокомпонентностью большинства загрязнителей почвы (Панов и др., 1986).

Метод биологической вентиляции

Одним из способов очистки загрязнённых нефтепродуктами почвы и грунтовых вод является их биологическая вентиляция. В данном случае в загрязнённую зону нагнетается воздух через пробурённые вертикальные и горизонтальные скважины. Это даёт возможность доставить кислород бактериям, обитающим в почве, и разлагающим органические соединения. При этом образующаяся вода и углекислый газ поднимаются на поверхность под воздействием воздуха. К этому моменту значительная часть загрязняющих веществ уже успевает полностью разложиться под воздействием бактерий.

Методы борьбы

Профилактику утечки черного золота осложняет несовершенство технологии добычи и переработки. В России и ряде стран остро стоит проблема своевременной замены оборудования. Не во всех государствах есть единое законодательство, четко устанавливающее сроки эксплуатации трубопроводов, судов.

Способы преодоления последствий в воде одинаковы при авариях, работе в штатном режиме и в результате миграционных процессов:

Механические — предполагают черпание загрязняющего слоя любыми средствами от лопат до машин. В Азербайджане используют безнапорный гидроциклон, который отделяет углеводороды и откачивает сырец с помощью патрубка. Французы собирают продукт на специальном судне. В РФ для аварийных случаев разработана вихревая воронка производительностью 30 м3/час. Суть методов состоит в отделении нефти от остальных фракций и ее сбор.
Физические — нефтяные линзы (центр заражения) в почве отыскивают, очерчивают его контуры и взрывают. Детонатор подбирают такой мощности, чтобы создать оболочку, недоступную для нефти и воды.
Физико-химические — адсорбентами выступают компоненты различной природы. Солома отделяет нефть в объеме, который в 30 раз больше ее собственного. Также используются резиновая крошка, пенополиуретан, торф, пемза, угольная пыль, мох, опилки. Далее сырец локализуют путем пропускания через валики и осаждают.
Микробиологические — рассеивание бактерий, питающихся нефтью над очагом поражения. Для развития микроорганизмов создается благоприятная среда, добавляются фосфаты и нитраты.
Химические — применяют растворители и кислоты на основе натрия, кремния, железа.

Для профилактики загрязнения нефтепродуктами необходимо следить за состоянием транспорта, оборудования, соблюдать нормы экологического законодательства. Но эти меры остаются на совести обработчиков черного золота.

Выбросы черного золота относятся к типу загрязнения химического характера и вызывают соответствующие процессы в атмосфере. Но заканчивается все сменой видового состава в пораженной области, ухудшением качества ресурсов и выделением расходов на их восстановление. Утечка нефти происходит не только из-за аварий, поэтому человек в силах повлиять на ситуацию.

Источник