Исследовательская работа обучающегося «Исследование влияния различных адсорбентов на скорость очистки почвы от нефтяных загрязнений»

Научно-практическая конференция

«Химия и жизнь-XXI век»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ АДСОРБЕНТОВ НА СКОРОСТЬ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ»

Исследовательская работа

Направление «Химия и экология»

Автор:

Наянова Анастасия Денисовна,

ученица 11 «Б» МБУ «Школа №70»

г.о. Тольятти Самарской обл.

Научный руководитель:

Танких Светлана Николаевна,

учитель химии высшей категории

МБУ «Школа № 70»

г.о. Тольятти Самарской обл.

Тольятти 2021

Аннотация

На современном этапе развития нефтедобывающей промышленности не представляется возможным исключить её воздействие на окружающую среду, Причиной загрязнения почвы являются нарушения технологии добычи, переработки, транспортировки нефти, а также аварийные ситуации. Проблема заключается в том, что почвы способны накапливать загрязнения в течении очень длительного времени.

Актуальность темы состоит в том, что возникает необходимость в разработке эффективных методов и технологий для восстановления загрязнённых нефтью земель.

Проблемой загрязнения и восстановления почв, загрязнённых нефтью занимаются многие российские и зарубежные исследователи.

Цельюнашей работы является изучение влияние различных адсорбентов на скорость очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Задачи:

Проблема поиска наиболее эффективных, оптимальных и доступных технологий очистки и рекультивации загрязнённых нефтепродуктами почв является важной и актуальной в настоящее время в связи с бурным развитием нефтепромыслов и нефтяной промышленности и обширными загрязнениями окружающей среды нефтью и нефтепродуктами.

В настоящей работе были решены следующие задачи:

Рассмотрено историческое развитие существующих технологий очистки и рекультивации почв, загрязнённых нефтепродуктами, выявлены их достоинства и недостатки.

Рассмотрены перспективы развитие метода биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Экспериментально проверена эффективность использования древесных опилок, яичной скорлупы, вермикулита в качестве адсорбентов при нефтяных загрязнениях.

Список ключевых слов: нефтяное загрязнение, абсорбент, древесные опилки, яичная скорлупа, вермикулит, тест объект, метод проростков.

1.Введение

На современном этапе развития нефтедобывающей промышленности не представляется возможным исключить её воздействие на окружающую среду, Причиной загрязнения почвы являются нарушения технологии добычи, переработки, транспортировки нефти, а также аварийные ситуации. Проблема заключается в том, что почвы способны накапливать загрязнения в течении очень длительного времени.

Актуальность темы состоит в том, что возникает необходимость в разработке эффективных методов и технологий для восстановления загрязнённых нефтью земель.

Проблемой загрязнения и восстановления почв, загрязнённых нефтью занимаются многие российские и зарубежные исследователи.

Н. П. Ильина (1982), Н. Д. Ананьева (2003), рассматривают механизмы самоочищения нефтезагрязнённых почв на почвах средней и южной тайги. Но данные процессы протекают очень медленно (Т. П. Бурмистрова, 2003; В.В. Заболотских, 2018).

М.Н. Глазковская (1988), Р. К. Андерсен (1994) Г. Г. Ягафарова (2003) Д. Ю. Ступин (2009) дают сравнительную характеристику новейших технологий восстановления нефтезагрязнённых земель в соответствии с уровнем развитием технологий данного времени.

Y. B. Acar, R. J. Gale, G. Putnam, J. Hamed, 1989, A. N. Alshawabkeh, Y. B. Acar (1992) рассматривают удаление нефтяных загрязнений с помощью электрохимической обработки почв в результате электрокинетических процессов.

Н. А. Киреева и др. (1996, 2000, 2001, 2002, 2008) рассматривает биологическую активность загрязненных нефтью и культивируемых торфяно-глеевых почв на примере республики Коми.

Л. Г. Ахметзянова (2011) предложила алгоритм определения безопасного для растений и микроорганизмов содержания нефтепродуктов в рекультивируемой почве. Полученные данные позволяют соотнести содержание нефтепродуктов в почве, ее биологическую активность и фитотоксичность для определения допустимого остаточного содержания нефтепродуктов.

В. В. Заболотских, А. В. Васильев, К. В. Тутукова (2017) разрабатывают методику составления комплексных смесей для восстановления нефтезагрязнённых земель.Для восстановления почв авторами разрабатываются сорбционные комплексные смеси биодобавок разного назначения, которые предлагается вносить в почву, загрязнённую нефтью и нефтепродуктами. Локальное внесение такого комплекса приводит к активизациипроцесса биодеградации токсикантов аборигенными микроорганизмами почвы и стимулирует способность почвы к самоочищению и самовосстановлению.

В работах зарубежных и российских учёных рассматриваются перспективные возможности использования различных материалов в качестве адсорбентов. Т. И. Бурмистрова и др. (2003), Т.П. Алексеева и др. (2013) предлагают методику биодеградация нефти и нефтепродуктов в почве с использованием мелиорантов на основе активированного торфа. Степень очистки составила от 55% до 88% в зависимости от исходного уровня загрязнения. G.M.Alvim,P.P.Pontes (2018)рассматривают биоремедиацию глинисто-кислых почв, загрязненных дизельным маслом, проводимой с помощью методов аэрации и добавлением различных соотношений, опила (5% и 10%), как сорбционного материала.

Цельюнашей работы является изучение влияние различных адсорбентов на скорость очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Задачи:

1. Провести теоретический анализ методов и способов очистки почв, загрязнённых нефтепродуктами.

2. Рассмотреть перспективы развитие метода биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений.

3. Рассмотреть развитие биотехнологий рекультивации и восстановления почв, загрязнённых нефтепродуктами.

4. Провести эксперимент по влиянию различных адсорбентов (древесные опилки, яичная скорлупа, вермикулит) на скорость очистки почв от нефтяных загрязнений.

Объект исследования: процесс очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Предмет исследования: древесные опилки, яичная скорлупа, вермикулит, как адсорбенты нефти и продуктов её переработки.

Методы исследования.

Теоретические: анализ литературы, сравнительный анализ, обобщение.

Эмпирические: моделирование, эксперимент, наблюдение, измерение.

Тема нашей работы определяется приоритетным направлением развития науки, техники и технологии в РФ - рациональное природопользование и критическими технологиями РФ - технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

Значимость полученных результатов: поиск наиболее доступного адсорбента.

1.Теоретическая часть

1.1. Развитие существующих методов очистки почвы от нефтяных загрязнений

Первое упоминание об обнаружении нефти в России относят к XVI - XVII векам.

Первый нефтеперерабатывающий завод был построен в Баку в 1863 году инженером Давидом Меликовым. В период между революцией 1917 года и Второй мировой войной основным районом нефтедобычи в России был Северный Кавказ и Каспийский регион. После войны начался поиск и разработка месторождений в Волго-Уральском регионе. В начале 60-х началось активное освоение месторождений Западной Сибири.

Единственным видом очистных сооружений в серединеXX века, применяемых на отдельных предприятиях отрасли, являлись нефтеловушки. Они представляли собой обвалованные участки земли. С середины XX века начинается развитие технологий восстановления почв, загрязнённых нефтепродуктами, использующих физические, химические и биологические методы.

На современном этапе развития России данная проблема решается на уровне государства и регионов.

На уровне государства в соответствии с указом Президента Российской Федерации от 07.07.2011 г. № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации» одним из приоритетных направлений является – рациональное природопользование. А одной из критических технологий Российской Федерации являются технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения [20].

На уровне региона в соответствии с постановлением Губернатора Самарской области от 24 июля 2003 года № 286 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники, и перечня критических технологий в Самарской области» одним из приоритетных направлений является - экология и рациональное природопользование. А к критическим технологиям отнесены: мониторинг окружающей среды и обезвреживание техногенных сред [25].

Загрязнении почв нефтепродуктами является наиболее устойчивым и опасным. Нижний безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почвах составляет 1000 мг/кг. Если загрязнение ниже этого уровня, то в почвенных экосистемах происходят процессы самовосстановления. Верхний безопасный уровень содержания нефтепродуктов зависит от типа почвы, климатической зоны и состава нефтепродуктов [5; 13].

По способу применения выбранной технологии обработки участка технологии могут быть insitu, когда загрязненный участок обрабатывается на месте, и exsitu, когда обработку выкопанной загрязненной земли производят на специальном оборудовании. При этом имеются два типа обработки: onsite, когда извлечённая загрязненная земля обрабатывается на той же территории и offsite, когда извлечённая загрязненная почва транспортируется на специальный участок для очистки или для захоронения. В зависимости от применяемых процессов технологии бывают: биологические, физико-химические, термические, комбинированные [16, 481;19].

Применение технологий очистки и восстановления определяется характером, уровнем и глубиной загрязнения. В почве загрязнение может быть: поверхностное, если глубина проникновения загрязнения 0-5см; подповерхностное, если глубина загрязнения 0-30см; глубинное, если глубина загрязнения 0-1м; и с проникновением до уровня грунтовых вод если глубина загрязнения от 1 до 5м и более [13].

Извлечение и захоронение– один из самых первых в историческом развитии и часто используемых методов ремедиации, метод offsite. Но эта технология не устраняет загрязнение, а только перемещает его с одного места на другое.

Достоинство метода – простота.

Недостаток – высокая стоимость.

Вспашка. При слабом загрязнении нефтью эффективна вспашка, позволяющая разрыхлять и перемешивать загрязнённый слой, методinsitu. Для реанимации почв со средней степенью загрязнённости необходимо частичное снятие загрязнённого слоя (извлечение и захоронение), проведение вспашки в течение 2-3 лет и внесение минеральных и органических удобрений [24]. Используется, если степень загрязнения малая. Суть метода – рыхление и перемешивание загрязнённого слоя.

Применение механических методов в историческом развитии связано с развитием техники и созданием специальных установок с выделением наиболее загрязнённых фракций. Это методы обработки по вариантуexsitu.

Достоинства метода: применение при высокой степени загрязнения.

Недостатки метода: скопление нефтепродуктов в резервуарах – накопителях или прудах, уменьшение скорости деструкции углеводородов.

Пригидромеханическом методе очистки почва и растительный покров принудительно отмываются водой от остаточной нефти insitu или exsitu. При нефтеотмывке участка применяются ПАВ [16, 487; 24]. Остаточное содержание нефтепродуктов в твердых продуктах после отмыва не превышает 2 г/кг, что позволяет использовать их в композициях строительных материалов, для отсыпки дорог, озеленения промышленных площадок [15, 106;].

Достоинства метода: отмытый нефтепродукт используется по прямому назначению, очищенная почва используется для озеленения промышленных площадок.

Недостатки метода: низкая производительность, высокие расходы энергии, воды и пара, соответственно высокая стоимость. Развитие применения данного метода зависит от создания специального оборудования для отделения нефтепродуктов, очистки отработанных растворов, синтеза ПАВ.

Физические методыinsitu и exsitu. В мировой и Российской практике широко используются методы, основанные на способности некоторых материалов поглощать нефть. В зависимости от типа сорбции различают следующие виды сорбентов: абсорбенты и адсорбенты [15, 103; 16 -500; 24; 30, 254].

Абсорбенты – это тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор. Наиболее распространенными являются абсорбенты, на основе стружки скорлупы кокосового ореха, торфяного мха, вспученного перлита, окисленного терморасширяющегося графита, полипропилена [4, 70; 16, 500; 29].

Адсорбенты – это вещества, удерживающие вещество на своей сильно развитой поверхности. Наиболее распространённые адсорбенты: активированный уголь, оксид алюминия, силикагель, кремнезем, торф [2, 44; 4, 70; 6, 222; 30].

Химические сорбенты – это вещества, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическую реакцию.

Достоинства метода: использование различных сорбентов, локализация загрязнения. Наиболее перспективно использование сорбентов растительного происхождения. Они являются частью экосистемы и в наибольшей степени соответствуют экологическим требованиям. Растительные сорбенты обладают высокой сорбционной емкостью и гидрофобностью. Их использование создаёт благоприятные условия для достижения требуемого состояния окружающей среды экономически рациональными способами.

Недостатки метода: не позволяет полностью ликвидировать загрязнение. Синтетические сорбенты обладают хорошей поглотительной способностью, однако отличаются большей стоимостью и сложностью утилизации в силу высокой токсичности продуктов горения. Развитие использования данного метода связано с изучением свойств сорбентов растительного происхождения и перспективами создания синтетических сорбентов.

Термические методы exsitu.Сжигание нефти с загрязненным материалом практикуется при ликвидации аварийных разливов нефти на поверхности почв. Нефтешламы и другие отходы, содержащие углеводороды, обезвреживаются методом факельного сжигания в камерных и барабанных печах.

Достоинства метода: метод сжигания обеспечивает высокую интенсивность процесса, эффективное выгорание нефтепродуктов при любых уровнях загрязнения ими почвы, технически лёгко реализуется, обеспечивает низкое содержание токсичных веществ в отходящих газах.

Недостатки метода: большие энергозатраты, большое количество захораниваемых шламов, образование канцерогенных веществ при высокотемпературных процессах, уничтожение почвенной биоты. Развитие применения данного метода связано с созданием специального оборудования для сжигания и многоступенчатой системы очистки топочных газов.

Пиролиз- энергосберегающий термический метод обезвреживания нефтепродуктов exsitu. При пиролизе происходит деструкция органической части шлама при температуре 500 — 550 ⁰С.

Достоинства метода: уменьшение затрат электроэнергии, деструкция органической части шлама, вторичное использование продукта.

Недостатки метода: предварительная сушка нефтешлама до уровня влажности не более 1 — 3%, жесткие требования к качеству отходов. Развитие использования данного метода связано с созданием менее энергозатратного оборудования.

Окисление нефтепродуктов в воде при сверхкритических параметрах.Даннный процесс основан на способности углеводородов повышать свою растворимость в воде в сверхкритических условиях (P = 22,0 МПа, Т = 647 К). При температуре выше 650 К кислород и воздух растворяются в воде в любых концентрациях. В этих условиях углеводороды полностью окисляются за очень короткое время. Полнота разрушения углеводородов составляет до 99,99%. При этом оксиды азота не образуются, в отличие от сжигания в огневых печах [15, 108; 27, 25].

Достоинства метода: полное окисление углеводородов, отсутствие в продуктах окисления оксидов азота. Развитие использования данного метода связано с конструкцией специальной аппаратуры для создания критических условий.

Сушка применяется как самостоятельный метод утилизации нефтесодержащих отходов или при их подготовке к сжиганию и пиролизу. В результате высушивания нефтешлама получают продукт в 2 - 3 раза меньшего объема, который может быть использован в производстве асфальта, цемента или керамзита и в качестве топлива и вспучивающей добавки. Однако расход тепла при сушке высокий, поэтому этот метод получил ограниченное применение [15, 108;].

Достоинства метода: уменьшение объёма нефтешлама, использование нефтешлама в строительной и топливной промышленности.

Недостатки метода: высокий расход тепла.

Химические (реагентные)методы предусматривают использование веществ - окислителей углеводородов [13; 15, 109; 24]. Химический метод основан на превращении токсичных углеводородов нефтепродуктов в нетоксичные соединения либо на отверждении токсичных веществ в виде твердого вещества или геля.

Достоинства метода: быстрота получения результата.

Недостатки метода: продукты окисления углеводородов могут представлять еще большую опасность, чем первичное загрязнение. Применение химических методов требует изучения последствий происходящих химических реакций.

Реагентноекапсулирование. Капсулирование нефтезагрязненных материалов проводится с помощью реагентов на основе оксидов щелочноземельных металлов.

Достоинства метода: простота реализации, малозатратность, полное поглощение углеводородной фазы, биологическая инертность продукта.

Недостатки метода: использование животных жиров для технических целей.

Вывод: сравнительная характеристика методов очистки почв от нефтепродуктов позволяет сделать вывод, что на первых этапах ликвидации загрязнений почв можно использовать механический способ удаления слоя почвы и физико-химические методы её очистки: сжигание, промывка, сорбция и так далее. Среди них наиболее предпочтительным считаем сорбцию с использованием сорбентов природного происхождения, применение которых не приводит к нарушению природного равновесия. Сорбция может быть первым этапом в комплексной технологии ремедиации почв, загрязнённых нефтепродуктами

1.2. Развитие метода биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений

Наиболее предпочтительными с экологической точки зрения являются методы биологической очистки почвы от загрязнения нефтепродуктами.

Биологические методы очистки почв insitu являются самыми распространенными в силу относительно малых затрат при их осуществлении, в основе которых лежит процесс разрушения органических загрязнений в почве микроорганизмами.

Фиторемедиация, фитоэкстракцияinsitu используется в основном для извлечения из почвы тяжёлых металлов и радионуклеидов. Но может быть использован и при очистке почв от нефтяных загрязнений.

Достоинства метода: позволяет извлечь из почвы нефтепродукты.

Недостатки метода: очистка только поверхностного слоя почвы.

Фитотрансформация, фитодеградация, фитоиспарениеinsitu. При переносе загрязнений в растения происходят следующие процессы: адсорбция корнями, перенос капиллярной водой из корней в наземные части. Органические загрязнения разрушаются при участии внутриклеточных ферментов растений. Продукты трансформации накапливаются в вакуолях клеток, в растительных тканях и в связанном виде являются относительно инертными и малотоксичными для растения. Ферменты, выделяемые растениями в окружающую среду, участвуют в трансформации и минерализации органических загрязнений [7, 346; 13; 24].

Достоинства метода: метаболизм загрязнений внутриклеточными ферментами, их перевод в малотоксичное состояние, трансформация ароматических соединений, вывод токсикантов из почвы в атмосферу.

Недостатки метода: растения не связывают алифатические углеводороды, скорость протекания процессов зависит от многих факторов.

Ризосферная биоремедиация insitu. В ризосферной биоремедиации (ризосферной биодеградации, ризодеградации, фитостимулировании) органические соединения разлагаются при совместном действии растений и микроорганизмов, обитающих в прикорневой зоне растений – ризосфере [7, 346; 15, 131].

Для проведения ризодеградации в почвы вносятся удобрения и высеваются луговые травы, бобовые культуры, такие как бермудская трава (Cynodondactylon), люцерна посевная (Medicagosativa), клевер (Trifolium), райграсс (Loliumperenne), формирующие обширную разветвленную корневую систему. Также могут использоваться шелковица (Morus), маклюра (американский апельсин, «конское яблоко», Maclurapomifera), барбарис (Berberis), дикая (лесная) яблоня (Malussylvestris), овсяница высокорослая (Festucaarundinacea), сумах (Rhus), секретирующие повышенные количества веществ с фенолсодержащими группами в составе корневых выделений. Эти вещества индуцируют микробный синтез ферментов [7, 346; 24].

Достоинства метода: совместное действие растений и микроорганизмов, очистка почв от нефти и нефтепродуктов, эффективность метода зависит только от концентрации загрязнений и численности ризосферных микроорганизмов.

Недостатки метода: скорость очистки зависит от количества кислорода, возможна очистка незастарелых нефтяных загрязнений, очистка слоя почвы глубиной не более 0,5м.

Фитостабилизацияinsitu— использование растений для уменьшения мобильности загрязнений в почве. В результате физико-химических или химических процессов, протекающих в прикорневой зоне, металлы адсорбируются или осаждаются вблизи, или на корнях растений в виде карбонатов, сульфидов, фосфатов или гидроксидов [24].

Достоинства метода: дешёвый.

Недостатки метода: не уменьшает количество загрязнений в окружающей среде.

Вывод: из всех рассмотренных выше методов для очистки почвы от нефтяных загрязнений с использованием растений мы считаем, что наиболее предпочтительным является метод ризосферной биоремедиации (ризосферной биодеградации, ризодеградации, фитостимулирования) при котором органические соединения разлагаются при совместном действии растений и микроорганизмов, обитающих в прикорневой зоне растений. Но данный метод рекомендуется применять для очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, при содержании углеводородов в почве не выше 1,5 - 2%. Поэтому необходимо использовать комплексный подход для создания условий повышения эффективности ризосферной биоремедиации. Для Самарского региона предпочтительно использовать люцерну, так как она оказывает большое влияние на повышение плодородия почвы, обогащая ее азотом, и способствует созданию прочной мелкокомковатой структуры.

1.3. Развитие биотехнологий рекультивации почв, загрязнённых нефтепродуктами

В природе широко распространены микроорганизмы, способные разлагать углеводороды нефти с получением экологически нейтральных веществ: углекислого газа и воды. Это свойство микроорганизмов является основой биологических методов борьбы с нефтяным загрязнением [24].

В настоящее время в практике ремедиации почв от нефтяных загрязнений применяется два основных метода, основанных на использовании микроорганизмов - деструкторов нефти [15,117; 16, 532].

Метод биостимулирования - повышение активности естественной микрофлоры почв путем создания для аборигенных микроорганизмов оптимальных условий жизнедеятельности. Очистка загрязненных почв методом биостимулирования предусматривает проведение комплекса агротехнических мероприятий, стимулирующих активность аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов [15, 118-123; 16, 532].

Работы проводятся в течение двух летних сезонов, что позволяет достичь 85%-90% степени очистки. Внесение минеральных удобрений активизирует процессы микробиологической деструкции нефти.

Достоинства метода: использование только агротехнических мероприятий, стимулирующих активность аборигенных углеводородокисляющих микроорганизмов.

Недостатки метода: использование ПАВ.

Метод интродукции (внедрения), метод аугментации (применение биопрепаратов)- в загрязненную почву специально вносят подобранных активных разрушителей нефтепродуктов, так называемых деструкторов.

В результате выполненных обширных исследований в России разработано большое число препаратов — биодеструкторов нефтепродуктов: «Бациспецин», «Деворойл», «Экойл», «Путидойл», «Нафтокс», «Центрин». Используемые микробиологические препараты должны иметь соответствующее санитарно-гигиеническое заключение и паспорт (сертификат). Л. Г. Ахметзяновой (2011) зафиксирован ряд приемов рекультивации лесной почвы, загрязненной товарной нефтью, по эффективности деструкции углеводородов: перегной, рыхление, мочевина и опилки, «Деворойл». Т. С. Шориной (2011) изучена возможность использования биопрепарата «Ленойл» для очистки нефтезагрязненных черноземов Оренбургского Предуралья [3, 12; 7, 346; 16, 568].

Достоинства метода: короткие сроки деструкции углеводородов.

Недостатки метода: создание микропрепарата требует значительных затрат.

Вывод: за последние годы российским и зарубежным учёным удалось создать фонд экологически полезных микроорганизмов, предназначенных для производства биопрепаратов, с последующим их использованием в целях очистки почв от нефтезагрязнений. Это привело к созданию отрасли экологической биотехнологии, основанной на выделении и селекции высокоактивных нефтеокисляющих микроорганизмов.

1.4. Методология биотестирования

Методология биотестирования основана на исследовании эффективности гомеостатических механизмов живых организмов, которые способны уловить присутствие стрессирующего воздействия раньше, чем многие обычно используемые методы. Фундаментальным показателем живых организмов является эффективность их физиологических процессов, обеспечивающих нормальное развитие организма. В оптимальных условиях организм реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Эти механизмы поддерживают оптимальное протекание процессов развития. Под воздействием неблагоприятных условий механизмы поддержания гомеостаза могут быть нарушены, что приводит к состоянию стресса. Такие нарушения можно определить при оценке факторов воздействия, что и составляет основу метода биотестирования.

В наших исследованиях мы провели биотестирование различных образцов почв, используя метод фитотоксичности. При биотестировании о качестве среды, факторах, действующих на состояние окружающей среды, судят по выживаемости, продуктивности, физиолого-биохимическим показателям специально помещенных в эту среду организмов – тест объектов.

В качестве объектов для биотестирования используются разнообразные организмы. Каждый из них может иметь специфические преимущества, однако ни один не может быть универсальным объектом, чувствительным ко всем веществам в равной степени. Общие требования, предъявляемые к тест объектам — относительная быстрота проведения биотеста и получение достаточно точных и воспроизводимых результатов. При биотестировании в лабораторных условиях тест - объекты должны легко культивироваться, быть генетически однородными по отношению к изучаемому фактору воздействия, иметь невысокую способность к адаптации к неблагоприятным факторам.

Мы определили фитотоксичность методом проростков. Метод основан на реакции тест культуры при внесении в почву загрязняющих веществ. Позволяет выявить токсичное (ингибирующее) действие тех или иных веществ или стимулирующее влияние, активизирующее развитие тест – культур.

2. Практическая часть

Для проведения эксперимента были взяты равные объёмы почвы. Каждый опыт был повторён трижды для получения достоверных результатов. Были взяты равные по массе образца почвы. Периодически производился полив равными количествами отстоянной водопроводной воды. Через семь суток растения были извлечены из почвы. В течение опыта велись наблюдения по следующим показателям:

1) время появления всходов и их число на каждые сутки;

2) общая всхожесть (к концу опыта);

3) измерение длины надземной части (высоту растений);

4) измерение длины корней.

Данные были занесены в таблицы и сделан вывод о влиянии адсорбентов на скорость почвы от нефтяных загрязнений по морфологическим характеристикам тест – объекта.

2.1. Изучение влияния древесных опилок в качестве адсорбента на скорость очистки почв от нефтяных загрязнений

Древесные пилки, в значительных объемах образующиеся при лесопилении, являются перспективным сорбционным материалом для извлечения нефти и продуктов ее переработки из водной и твердой поверхности. Количество исследований в этой области весьма ограничено. Применение в качестве сорбента опилок способствует решению двух задач: уменьшение количества опилок, вывозимых на свалки вблизи лесопильных предприятий; получение недорого сорбента. Проблемы регенерации использованного сорбента не существует, так ка его можно использовать в качестве топлива.

Эксперимент проведён трёхкратно. Высажено по 9 семян в каждую ёмкость. Исследуемые характеристики: динамика всходов, высота ростков и длина корней, среднее значение длины корней и ростков (Приложение, таблица 1-10). Дата посадки –18.10.2019, 06.11.2019, 20.11.2019.

2.2. Изучение влияния яичной скорлупы в качестве адсорбента на скорость очистки почв от нефтяных загрязнений

Не найдено информации по применению яичной скорлупы как сорбента нефтяных загрязнений. Эксперимент повторён трёхкратно. Высажено по 9 семян в каждую ёмкость. Исследуемые характеристики: динамика всходов, высота ростков и длина корней, среднее значение длины корней и ростков (Приложение, таблица 1-10). Дата посадки –18.10.2019, 06.11.2019, 20.11.2019.

2.3. Изучение влияния вермикулита в качестве адсорбента на скорость очистки почв от нефтяных загрязнений

Вермикулит представляет собой минеральный компонент, который относится к группе гидрослюд. Он образуется в земной коре и поэтому его смело можно отнести к органическому и экологически чистому веществу. Вермикулит, который нашёл себя в сфере растениеводства, после его добычи предварительно обрабатывается под воздействием высоких температур. Такая обработка позволяет его подсушить и сделать сыпучим с чешуйчатой структурой. Поверхность вермикулита имеет чешуйчатую структуру, которая позволяет сохранять большое количество воздуха необходимого для жизни растений. Субстрат помогает повысить показатели аэрации в почве. Точнее говоря, грунт перестаёт слёживаться и покрываться твёрдой коркой, которую нужно прокапывать, что значительно повышает проницаемость влаги. В сфере растениеводства также может использоваться и вспененный вермикулит, положительно влияющий на корневую систему.

Главные свойства субстрата — это свойства поглощать и отдавать влагу, когда это нужно корневой системе. Благоприятные условия, постоянная подача влаги и воздуха способствует быстрому росту растений и их приживаемости на новом месте.

Наша цель – проверить возможность применения вермикулита для очистки почв от нефтяных загрязнений.

Эксперимент повторён трёхкратно. Высажено по 9 семян в каждую ёмкость. Исследуемые характеристики: динамика всходов, высота ростков и длина корней, среднее значение длины корней и ростков (Приложение, таблица 1-10). Дата посадки –18.10.2019, 06.11.2019, 20.11.2019.

2.4. Определение корреляции между токсичностью среды и комплексом признаков у овса

Для определения корреляции между токсичностью среды и комплексом морфологических признаков у овса были проведены расчёты.

Расчеты производили по следующей формуле: I = L среднее в эксперименте - L среднее в контроле *100% / L среднее в контроле (Приложение, таблицы 11-22).

1. Число всходов. По результатам трёхкратных опытов при небольшой степени загрязнения (1 мл), а также при использовании биоудорения (1 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным адсорбентом являются древесные опилки, так как древесные опилки дали наибольшее значение коэффициента корреляции, соответственно: 8,86; 101,6.

По результатам трёхкратных опытов при более высокой степени загрязнения (2 мл), а также при использовании биоудобрения (2 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным является вермикулит, имеющий значения коэффициента корреляции соответственно: 205,3; 283 (Приложение, таблицы 11-14).

2. Длина корней. По результатам трёхкратных опытов при небольшой степени загрязнения (1 мл) наиболее эффективным является яичная скорлупа с коэффициентом корреляции: 62,81, а при использовании биоудорения (1 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным адсорбентом являются древесные опилки с коэффициентом корреляции, соответственно: -4.07.По результатам трёхкратных опытов при более высокой степени загрязнения (2 мл), а также при использовании биоудобрения (2 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным является древесные опилки с коэффициентом корреляции, соответственно:18,53;21.26 (Приложение, таблицы 15-18).

3. Высота ростков. По результатам трёхкратных опытов при небольшой степени загрязнения (1 мл), а также при использовании биоудорения (1 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным адсорбентом являются древесные опилки с коэффициентом корреляции, соответственно:12,55;11,65. По результатам трёхкратных опытов при более высокой степени загрязнения (2 мл), а также при использовании биоудобрения (2 мл нефти и биоудобрение) наиболее эффективным является древесные опилки с коэффициентом корреляции, соответственно: 63,23;43,8 (Приложение, таблицы 19-22).

3. Заключение

Проблема поиска наиболее эффективных, оптимальных и доступных технологий очистки и рекультивации загрязнённых нефтепродуктами почв является важной и актуальной в настоящее время в связи с бурным развитием нефтепромыслов и нефтяной промышленности и обширными загрязнениями окружающей среды нефтью и нефтепродуктами.

В настоящее время на территории нашей страны рекультивация нефтезагрязненных земель проводится непланомерно, без достаточного научного обоснования.

В нашей стране рекультивация почв от нефтепродуктов происходит за счёт сочетания двух основных методов – активизация естественного разложения нефти с помощью адсорбентов и биоремедиация с использованием биопрепаратов, которые активизируют аборигенную микрофлору. Эти методы позволят полностью восстановить загрязнённый участок земли, не нарушая плодородного слоя почвы.

В настоящей работе были решены следующие задачи:

Рассмотрено историческое развитие существующих технологий очистки и рекультивации почв, загрязнённых нефтепродуктами, выявлены их достоинства и недостатки.

Рассмотрены перспективы развитие метода биологической очистки почвы от нефтяных загрязнений.

Экспериментально проверена эффективность использования древесных опилок, яичной скорлупы, вермикулита в качестве адсорбентов при нефтяных загрязнениях.

По результатам трёхкратных опытов было выявлено, что наиболее эффективным адсорбентом является древесные опилки:

•При небольшом загрязнении древесные опилки дали наиболее высокое значение коэффициента корреляции по следующим показателям: число ростков, длина корней, высота стеблей.

•При более высокой степени загрязнения данный адсорбент дал наиболее высокое значение коэффициента корреляции для длины корней и высоты стеблей.

Такие адсорбенты как, яичная скорлупа и вермикулит, повлияли на число всходов при более высоком загрязнении (вермикулит) и также, как древесные опилки, яичная скорлупа дала наиболее высокое значение корреляции для длины корней.

Список использованной литературы

1. Ананьева. Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв /Н. Д. Ананьева; отв. Ред. Д. Г. Звягинцев. – М.:Наука, 2003. – 223 с.

2. Алексеева Т. П. Эффетивность мелиорантов на основе активированного торфа для восстановления нефтезагрязнённых почв / Т. П. Алексеева, Т. И. Бурмистрова, Л. Д. Стахина, Н. Н. Терещенко // Вестник Томского государственного университета. Биология. -2013. - № 2 (22). - С. 43–51.

3. Ахметзянова Л. Г. Алгоритм определения безопасного для растений и микроорганизмов содержания нефтепродуктов в рекультивируемой почве: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.02.08 / Ахметзянова Л. Г. – Казань, 2011. – 23 с.

4. Бурмистрова Т. И. Биодеградация нефти и нефтепродуктов в почве с использованием мелиорантов на основе активированного торфа / Т. И. Бурмистрова, Т. П. Алексеева, В. Д. Перфильева, Н. Н. Терещенко, Л. Д. Стахина // Химия растительного сырья. – 2003. – № 3. – С. 69-72.

5. Восстановление нефтезагрязнённых почвенных систем / под ред. М. И. Глазовской. – М.: Наука, 1988. - 254 с.

6. Заболотских В. В. Разработка комплексных смесей для восстановления нефтезагрязнённых земель / В. В. Заболотских, А. В. Васильев, К. В. Тутукова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2017. - т. 19. - № 5(2). - С. 221-227.

7. Заболотских В. В., Васильев А.В. Технологические подходы к детоксикации и биовосстановлению нефтезагрязнённых земель. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2018. - т. 20. - № 5(3). - С.341-351.

8. Звягинцев Д. Г. Изменения в комплексе почвенных микроорганизмов при антропогенных воздействиях / Д. Г. Звягинцев, В. С. Гузеев, С. В. Левин // Успехи почвоведения: Советские почвоведы к XIII Международному конгрессу почвоведов. – 1986. – 64 с.

9. Ильин Н. П. Наблюдение за самоочищением почв от нефти в средней и южной тайге / Н. П. Ильин, И. Г. Калачникова, Т. И. Коркишко, А. А. Оборин, Ю. И. Пиковский, Г. В. Постоногова, В. И. Трипольский // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. – 1982. – 245 с.

10. Исмаилов Н. М. Микробиология и ферментативная активность нефтезагрязненных почв / Н. М. Исмаилов // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. – М. : Наука, 1988. – 42 с.

11. Киреева Н. А. Биологическая активность загрязненных нефтью и рекультивируемых торфяно-глеевых почв республики Коми / Н. А. Киреева, Г. Ф. Рафикова, Т.Н. Щемелинина, М. Ю. Маркарова // Агрохимия. – 2008. – № 8. – 68 с.

12. Колесников С. И. Биодиагностика экологического состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами / С. И. Колесников, К. Ш. Казеев, В. Ф. Вальков, Д. К. Азнаурьян, М. Г. Жаркова. – Ростов н/Д : Изд-во ЗАО Ростиздат, 2007. – 192 с.

13. Нефтешламы. Методики переработки и утилизации / Ф. Р. Хайдаров [и др.]. – Уфа, 2003. – 74 с.

14. Пиковский Ю. И. Формирование и распределение техногенных геохимических потоков нефти / Ю. И. Пиковский // Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М. : изд-во МГУ, 1993. – 107 с.

15. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. / А.Е.Кузнецов (и др.). – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – том.2 - 485 с.

16. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. / А.Е.Кузнецов (и др.). – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – том.1 - 629 с.

17. Середина В. П. Нефтезагрязненные почвы: свойства и рекультивация / В. П. Середина, Т. А. Андреева, Т. П. Алексеева, Т. И. Бурмистрова, Н. Н. Терещенко. – 143 Томск : Изд-во ТПУ, 2006. – 270 с.

18. Солнцева Н. П. Эволюционные тренды почв в зоне техногенеза / Н. П. Солнцева // Почвоведение. – 2002. – № 1. – с. 9.

19. Ступин Д. Ю. Загрязнение почв и новейшие технологии их восстановления: учеб. пособи / Д. Ю. Ступин. – СПб. : Издательство «Лань», 2009. – 432 с.

20. Указ Президента Российской Федерации от 07.07.2011 г. № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации». [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://kremlin.ru/acts/bank/33514 - Свободный - (Дата обращения: 13.01.2019).

21. Филенков, В. М., Каплан, А. М. Очистка почв и других поверхностей от пролитых нефтепродуктов / В. М. Филенков, А. Л. Каплан Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «ELIPT -2005», Самарский научный центр Российской академии наук Президиум СНЦ РАН, 2005. - С.210 - 212.

22. Хазиев Ф. Х. Влияние нефтепродуктов на биологическую активность почв / Ф. Х. Хазиева, Е. И. Тишкина, Н. А. Киреева // Биол. науки. – 1988a. – № 10. – 93 с.

23. Шорина Т. С. Влияние нефтяного загрязнения на биологическую активность черноземов Оренбургской области / Т. С. Шорина // Вестник ОГУ. – 2009. – № 6 (100). – 651 с.

24. Экологическая биотехнология / Под ред. К. Ф. Форстера, А. Д. Вейза. – Л. Химия, 1990. – 384 с.

25. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. Постановление Губернатора Самарской области от 24 июля 2003 года № 286 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники, и перечня критических технологий в Самарской области». [Электронный ресурс] / Режим доступа:http://docs.cntd.ru/document/945008219- Свободный - (Дата обращения: 13.01.2019).

26. Ягафарова Г. Г. Экологическая биотехнология в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности / Г. Г. Ягафарова – Уфа: изд., 2003. – 214 с.

Приложения

Таблица 1. Общая информация

Таблица 2. Опыт первый

Таблица 3. Обобщённые данные первого опыта

Таблица 4. Опыт второй

Таблица 5. Обобщённые данные второго опыта

Таблица 6. Третий опыт

Таблица 7. Обобщённые данные третьего опыта

Таблица 8. Среднее значение длины корней и высоты стеблей в первом опыте

Таблица 9. Среднее значение дины корней и высоты стеблей во втором опыте

Таблица 10. Среднее значение длины корней и высоты стеблей в третьем опыте

Таблица 11. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 1 мл (число ростков).

Таблица 12. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 1 мл нефти и 10 мл биоудобрения (число ростков)

Таблица 13. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 2 мл нефти (число ростков).

Таблица 14. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 2 мл и 10 мл биоудобрения (число ростков).

Таблица 15. Значение коэффициента корреляции между при загрязнении 1 мл (длина корней).

Таблица 16. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 1 мл нефти и 10 мл биоудобрения (длина корней).

Таблица 17. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 2 мл нефти (длина корней).

Таблица 18. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 2 мл и 10 мл биоудобрения (длина корней).

Таблица 19. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 1 мл (высота стебля).

Таблица 20. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 1 мл нефти и 10 мл биоудобрения (высота стебля).

Таблица 21. Значение коэффициента корреляции при загрязнении 2 мл нефти (высота стебля).

Таблица 22. Значение коэффициента корреляции между при загрязнении 2 мл и 10 мл биоудобрения (высота стебля).

Приложение 1. Биоудобрение.

Приложение 2. Адсорбенты.

Приложение 3. Опыт 1.

Приложение 4. Опыт 2.

Приложение 5. Опыт 3.

Презентация

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/460051-issledovatelskaja-rabota-obuchajuschegosja-is