ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Перспективное технологическое решение проблем рекультивации нефтезагрязнённых земель способом биоремедиации

Рекомендуемая область пременения

- предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности;
- авто/железнодорожные перевозки, хранение и складирование нефтепродуктов на нефтебазах;
- компостирование и биоремедиация загрязненных пахотных земель, лесных угодий и др.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка современного перспективного технологического решения проблем рекультивации нефтезагрязнённых земель способом биоремедиации.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Использование микробиологических методов очистки наиболее естественно для природных экосистем. В основе самоочищения природных экосистем лежит активация природных микробиологических процессов. Однако это весьма продолжительный период. Ускорить процесс очищения почвенной экосистемы можно путем проведения специальных рекультивационных мероприятий.

Стратегия любых рекультивационных работ направлена на максимальное сокращение времени биоремедиации.

Для активации почвенной микрофлоры рекомендуется проведение специальных мероприятий типа рыхление, внесение удобрений и пористых материалов, улучшающих структуру почв и поддерживающих определенный водный и солевой баланс. Следует отметить, что весьма перспективными для использования в этом направлении являются адсорбенты типа «Униполимер-М», а также адсорбирующий препарат «Меном».

Одним из перспективных направлений очистки почв от загрязнений нефтью является применение препаратов на основе специализированных микроорганизмов и их ассоциаций, таких как «Дестройл», «Деворойл» и др. Следует отметить, что использование ряда известных препаратов не всегда приводило к положительному результату. Это связано как с конкурентным вытеснением внесенных нефтеокисляющих микроорганизмов местной микрофлорой, так и с вымыванием клеток препарата из верхнего горизонта почвы по профилю.

Одним из подходов к решению этой проблемы может быть создание препаратов, в которых клетки аборигенных штаммов, нефтеокисляющих микроорганизмов иммобилизованы на адсорбенте, в частности на «Униполимер-М», обладающим высокой сорбционной емкостью по отношению к нефти и нефтепродуктам. Иммобилизация клеток на адсорбенте, помимо их закрепления в загрязненной почве, может способствовать также повышению эффективности действия препарата. Поскольку иммобилизованные клетки обычно более устойчивы к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Кроме того, изменяя условия микроокружения клеток, находящихся в адсорбированном состоянии, можно повысить ферментативную активность микроорганизмов, что существенно ускоряет процесс биодеградации нефтяных углеводородов. Наконец, адсорбция клеток на носителе, таком как «Униполимер-М» дает возможность получать относительно дешевые сухие формы препаратов длительного срока хранения. Внесение биопрепаратов способствует улучшению структуры почв и не требует их последующей уборки.

В  зависимости  от уровня  загрязнения  почв  необходим определенный порядок (уровень) проведения исследовательских работ, который позволит в течение сезона перейти на более низкий уровень экологического ущерба.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Одним из главных и приоритетных направлений в области охраны окружающей среды и рационального природопользования является разработка и внедрение усовершенствованных технологий возрождения природы методом биоремедиации загрязненных пахотных земель, болот, лесных угодий и т.д. Известные способы ликвидации последствий разливов нефти на почву проводятся такими приемами и способами как сжигание нефти, засыпки загрязненных участков грунтом, вывоз загрязненной почвы в отвалы и внесение в почву микро-деструкторов, действие которых на биоценоз в настоящее время не исследовано, что приводит к необратимому уничтожению плодородного слоя почвы. Такие способы очистки и рекультивации не отвечают современным требованиям экологической безопасности и совершенно неприемлемы.

Проведенные авторами ранее научно-исследовательские работы показали, что пролитые на землю нефть и нефтепродукты не только нарушают экологическое состояние почвенного покрова, но и сильно деформируют структуру биоценозов. Следовательно, внесение известных нефтеокисляющих микроорганизмов коммерческих культур («Дестройл», «Путидойл», «Деворойл» и т.д.) в почву не оправдано не только с экономической, но и с экологической точки зрения. Если учесть, что максимальный титр живых клеток углеводородоокисляющих товарных микроорганизмов в любом жидком или твердом носителе биопрепарате не превышает 10⁸-10⁹ клеток на 1 мл (г), то внесение его в дозе 100-200 кг на 1 га почвы, при обработке ее на глубину 10-25 см, обеспечивает плотность микробной культуры не более 10²-10³ клеток на 1 г почвы. Это примерно в 10000 раз меньше, чем плотность аборигенной нефтеусваивающей микрофлоры почвы. Чрезвычайно низкий титр интродуцированной микробной культуры приводит к быстрой ее элиминации из состава микробного биоценоза почвы по причине конкуренции с доминирующими аборигенными видами гетеротрофными микроорганизмами (психрофилы, мезофилы, аэробы, анаэробы и т.д.). В зависимости от ландшафтных характеристик места загрязнения и от природно-климатических условий, давности сроков, степени загрязнения объектов (пахотные, засушливые поля, торфяники, луга, болота и т.д.), сорбционно-агрохимическая обработка загрязненной нефтью почвы сильно влияет на динамику численности аборигенной микрофлоры.

Анализ проведенных исследований и апробирование технологии биоремедиации позволил авторам разработать  и внедрить в производство новую технологию биорекультивации с применением состава композиционного многофункционального препарата «Меном», выполняющего одновременно роль адсорбента, мелиоранта-аэранта, структуропочвообразователя (с семенами) и агрохимиката – медленно действующего азотного удобрения с микроэлементами.

Благодаря своей высокопористой, мезапористой структуре (количество открытых пор достигает 87 %) и  большой площади активной поверхности, внесенный в почву препарат «Меном» позволяет обеспечить одновременно высокую сорбцию нефти (41-73 г_нефти/г_{адсорбента}) и адгезию клеток колонии аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов из почвы с диффузией кислорода в почвенные агрегаты с одновременным гидротермостатированием баланса почв при мульчировании. При этом происходит разрыв поверхностных пор, насыщенных нефтью, что наращивает и стимулирует «взрывной» рост аборигенных микроорганизмов, включая психротелеранные микроорганизмы, имеющиеся в почве, которые в дальнейшем разлагают нефть на углекислый газ и воду. Такое совмещение в одном объеме углеводородного субстрата и агентов его трансформации при наличии достаточного количества азотного удобрения, фосфора и других необходимых микроэлементов, способствует формированию в загрязненном грунте центров активной деструкции и элементов гидропоники.

Для повышения интенсификации процесса биологической трансформации и скорости распада органических веществ в почве агрохимикат-мелиорант «Меном» может использоваться дополнительно в качестве полимерного носителя путем дополнительной  иммобилизации на него адаптированных биокультур (эффективные микроорганизмы), включая семена дикорастущих трав и растений.

Когда аборигенные и эффективные микроорганизмы совместно развиваются в почвах как адаптированное друг к другу сообщество, то количество всех полезных микроорганизмов увеличивается. Микромир почвы становится богаче, и микробные экосистемы в почве хорошо сбалансированы, причем определенные микроорганизмы, особенно патогенные, не развиваются. Таким образом, подавляются болезни почвы.

Корни растений выделяют вещества типа углеводов, аминокислот, органических кислот и активных ферментов, а эффективные микроорганизмы используют их для роста. В течение этого процесса они, в свою очередь, выделяют и тем самым обеспечивают растения аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, разнообразными витаминами и гормонами.   Кроме того, эффективные микроорганизмы в околокорневой зоне образуют симбиоз с растениями. Следовательно, в почвах, заселенных микроорганизмами, растения развиваются в исключительно благоприятных условиях.  

При этом происходит ускоренный процесс биоремедиации нарушенных земель с восстановлением плодородия почв, одновременным накоплением гумуса, улучшением фитосанитарного состояния и предотвращения эрозионных процессов.

Новая технология – биоремедиация нарушенных земель – основана на внесении в загрязненный грунт дополнительно обогащенного эффективными микроорганизмами агрохимиката мелиоранта-аэранта «Меном», позволяет активизировать и стимулировать природные нефтеокисляющие сообщества аборигенных почвенных микроорганизмов. Это способствует интенсификации процессов самоочищения почвы и полной мобилизации всех природных резервов экосистемы с одновременным обогащением всем необходимым для почвенных микроорганизмов комплексом микроэлементов биогенов (углерод, азот, фосфор, калий, магний) и стимулирует рост растений.

Способ применения.

Предварительно по существующей технологии готовится композиционно-сорбирующий агрохимикат «Меном» в виде крошки, гранул или порошка, в полимерные гранулы которых внесены семена дикорастущих растений или деревьев.

Дополнительно обработанный препарат в дальнейшем подвергается дополнительной обработке методом распыления, заранее приготовленным по рецептуре   раствором эффективных адаптированных микроорганизмов.

За счет адгезии и открытой ячеистой высокоразвитой структуры пор, раствор эффективных микроорганизмов проникает в поры агрохимиката «Меном», где адсорбируется и путем иммобилизации закрепляется.

После чего агрохимикат «Меном рассыпается на загрязненный объект и вспахивается или в виде пульпы с загрязненным грунтом мульчируется.

Композиционно-сорбирующий агрохимикат «Меном» представляет собой мезапористый с высокоразвитой ячеистой структурой материал, у которого коэффициент теплопроводности (?) в зависимости от степени разрыхления (К= 1,2~1,7) колеблется от 0,033 до 0,057  Вт/м К.

Нанесенный на загрязненный грунт агрохимикат «Меном», имеющий высокую нефтеемкость (41-73 г_нефти/г_{адсорбента}) и скорость сорбции (0,6-2,7 мм_нефти/с), мгновенно сорбирует нефть и нефтепродукты из почвенных агрегатов, приобретая тем самым цвет загрязненной нефтью земли. По мере впитывания нефтепродуктов смешанный с грунтом сорбат (пропитанный нефтепродуктами агрохимикат мелиорант-аэрант «Меном») приобретает светопоглощающую способность, у которого А_l (альбедо) снижается от 0,9 до 0,02, а цвет его становится от темно-серого до черного. При этом грунт начинает поглощать прямую и рассеивающую радиацию, нагревается, а следовательно тепло от верхних слоев переходит в нижние, создавая тем самым «парниковый эффект». В результате этого создается аномальное распределение температуры на всей поверхности, что обеспечивает хорошие температурные условия для жизнедеятельности как аборигенных почвенных микроорганизмов, так и дополнительно внесенных интродуцированных микроорганизмов. Вследствие чего, при отрицательных температурах нефтеёмкость адсорбента-мелиоранта уменьшается лишь на незначительную величину, т.к. парниковый эффект не позволяет сильно снизить олеофильность препарата и образование льда в его капиллярах при отрицательных температурах.

Наличие в композиционно-сорбирующем агрохимикате «Меном» микроэлементов и питательных веществ позволяет производить быстрый рост мобилизованных эффективных микроорганизмов и повышать титр аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов, разлагающих нефтепродукты на безвредные составляющие: воду, двуокись углерода, гумус.

Высокая эффективность разрушения сорбата объясняется тем, что помимо созданного искусственного парникового эффекта многофункциональный препарат обладает 87 % открытых пор, что в свою очередь является хорошим кондиционером для микроорганизмов. Тепловой и воздушный факторы являются одними из основных для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов.

В зависимости от природно-климатических условий, давности сроков и степени загрязнения объектов (пахотные, засушливые поля, торфяники, лесные угодья и лесостепи, болота и т.д.), сорбционный агрохимикат «Меном» необходимо использовать в следующих количествах: на 1 сотку – от 1 до 5 м³. При этом он применяется в виде гранул или порошка, а его удельный вес должен составлять 7 – 25 кг/м³.

Агрохимикат-мелиорант «Меном» способен очистить в течение 2,9 - 3,7 месяцев загрязненные участки до уровня, не требующего дальнейшего проведения специальных очистных мероприятий: воду с толщиной нефтяной пленки до 2 см: грунт с концентрацией нефтепродуктов до 40% и глубиной проникновения более 15 см, без съема грунта. Препарат активен в диапазоне кислотности среды pH = 4,5 - 8,5 и колебания температуры -15…+40?С.  Применяется без предварительной активизации микроорганизмов. Биодеградации могут быть подвержены: сырая нефть (низко- и высокопарафинистая, высокосернистая и др.),  а также нефтепродукты – мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды  и др.

        Технические характеристики препарата «Меном»

  Плотность, кг/м³                                                                            7-25      

  Влажность, %                                                                              10-15

  Водопоглощение, %                                                                              350-400

  Плавучесть, %                                                                             100

  рН водной вытяжки                                                                              5-7

  Диапазон активности в среде рН                                                          4,5-8,5

  Сорбирующая способность, г_нефти/г_{сорбента}                                            41-73

  Скорость сорбции, мм_нефти/с                                                                 0,6-2,7

  Десорбция, %                                                                                        0

  Азот связанный (N),%                                                                 30,0-32,0

  Азот свободный (N),%                                                                          0,20-0,30  

  Фосфор (Р₂О₅),%                                                                                   0,35-0,40

  Калий (К₂О),%                                                                                       0,0015-0,002       

  Магний (МgO),%                                                                                   0,0035-0,0045

  Модифицирующие добавки дубильного экстракта хвойных

пород с минеральными солями, включая многолетние семена

дикорастущих трав и культур, а также семена хвойных и

лиственных пород деревьев                                                          Know-how

Щелочно-земельные металлы и их соединения                                      Know-how

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Снижение содержания нефти, нефтепродуктов в почве в 17-30 раз.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Агрохимикат-мелиорант «Меном» способен очистить в течение 2,9 - 3,7 месяцев загрязненные участки до уровня, не требующего дальнейшего проведения специальных очистных мероприятий: воду с толщиной нефтяной пленки до 2 см: грунт с концентрацией нефтепродуктов до 40% и глубиной проникновения более 15 см, без съема грунта. Препарат активен в диапазоне кислотности среды pH = 4,5 - 8,5 и колебания температуры -15…+40?С.  Применяется без предварительной активизации микроорганизмов. Биодеградации могут быть подвержены: сырая нефть (низко- и высокопарафинистая, высокосернистая и др.),  а также нефтепродукты – мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды  и др.

Новые потребительские свойства продукции

Новая технология позволит производить экологически безопасную биологическую рекультивацию (биоремедиацию) нефтезагрязненных земель со следующими физико-техническими, экологическими и экономическими показателями:
- содержание нефти и нефтепродуктов в почве снижается в 17-30 раз за сезон;
- аборигенная нефтеусваивающая микрофлора обеспечивает в короткий срок полную детоксикацию почвы и высокую степень деструкции всех видов фракций нефти;
- эффективность разложения нефти и нефтепродуктов на 30-35% выше, чем у известных ранее способов;
- не предполагает дополнительного внесения в почву коммерческих биопрепаратов («Дестройл», «Путидойл», «Деверойл») и других штаммов микроорганизмов, гумиродных биоценозов, восстанавливающих почву, исключая тем самым непредсказуемые экологические последствия и штрафные санкции;
- себестоимость технологии в 2,5-3 раза меньше известных, т.к. не требуется трудоемких дорогостоящих операций, связанных с выделением, культивированием и внесением коммерческих нефтеокисляющих биокультур и специальных дорогостоящих удобрений;
- нет необходимости проводить сертификацию, что позволяет заказчикам – нефтяным компаниям, в том числе магистральным нефтепроводам, самостоятельно воспроизводить и широко внедрять в производство данную технологию по индустриальной очистке, консервации нефтезагрязненных объектов и нарушенных земель;
- экономит расход минеральных удобрений, т.к. применяемая в рамках технология не предусматривает внесения минеральных удобрений и разработана с учетом характера и динамики естественных микробиологических процессов самоочищения почв, обеспечивает максимальный уровень модулирующей азотфиксации;
- эффективно производить биологическую рекультивацию (биоремедиацию) почв и грунтов с одновременным засеванием соответствующих семян дикорастущих растений;
- процессам биодеградации могут быть подвержены сырая нефть (высокопарафинистая, высокосернистая), нефтепродукты (мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды (бензол, ксилол, бутанол и т.д.).

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Агрохимикат-мелиорант «Меном» изготавливается по ТУ 2181-002-58171918-2003 в виде гранул, крошки и порошка.
Сорбирующий агрохимикат-мелиорант «Меном» прошел санитарно-эпидемиологическую и экологическую экспертизу в г. Москве и согласование в МЧС РФ. Состав композиции и способ получения «Менома» запатентованы.

Стадия и уровень разработки

Анализ проведенных исследований и апробирование технологии биоремедиации позволил авторам разработать и внедрить в производство новую технологию биорекультивации с применением состава композиционного многофункционального препарата «Меном», выполняющего одновременно роль адсорбента, мелиоранта-аэранта, структуропочвообразователя (с семенами) и агрохимиката – медленно действующего азотного удобрения с микроэлементами.
Трудности в освоении технологии отсутствуют, так как предприятие-разработчик специализируется на производстве подобной продукции. Освоение комплекса в производственных условиях заказчика, а при необходимости и сервисные работы в ходе эксплуатации, выполняются специалистами предприятия-разработчика.
В настоящее время имеется полный комплект технической документации. Проводится модернизация устройства с целью улучшения и расширения потребительских свойств.
Данному оборудованию не требуются усилия для сопровождения, кроме соблюдения правил эксплуатации.

Предлагаемые инвестиции

4 млн. руб.

Рынки сбыта

Промышленные испытания «Менома» прошли в Ханты-Мансийской АО, Красноярском крае и других регионах РФ.
Предполагаемые рынки сбыта: регионы Западной, Восточной Сибири и дальнего Востока.

Возможность и эффективность импортозамещения

Себестоимость предлагаемой в проекте технологии и оборудования для ее реализации в 2,5-3 раза меньше известных, т.к. не требуется трудоемких дорогостоящих операций, связанных с выделением, культивированием и внесением коммерческих нефтеокисляющих биокультур и специальных дорогостоящих удобрений.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

13.09.2006