Успешная ремедиация нефтезагрязненных почв

Объект: Завод компании Simba (Frito-Lay, PepsiCo) в г. Исандо, пров. Гаутенг, ЮАР.

История вопроса: Эксплуатация авторемонтного участка на заводе компании Simba была прекращена из-за передачи функций логистики аутсорсинговым исполнителям. Площадка перед моечным отсеком между автомастерской и ограждением была сильно загрязнена углеводородами. Загрязнение представляло собой смесь органических соединений нефтяной и дизельной фракций и покрывало площадь около 300 м². На карте загрязнения можно было выделить три основных зоны распространения загрязняющих веществ: дизельное топливо на участке площадью около 30 м², на котором раньше стояла цистерна, смесь нефти и дизельного топлива на участке перед мойкой площадью 120 м², и еще один участок почвы площадью около 90 м² с гудронированным покрытием. Сам моечный отсек был загрязнен смесью нефти, дизельного топлива, масла, алканов и керосина.

При отборе первых проб было выяснено, что глубина загрязнения почвы составляет в среднем 150 мм, ремедиационное воздействие решили проводить до целевой глубины 250 мм. Предполагая возможность повторного использования загрязненной почвы после очистки, представители компании запросили снизить содержание углеводородов до концентрации 2000 мг/кг. Такая величина была выбрана с учетом того, что загрязненная территория находится в промышленной зоне и передача ее под сельскохозяйственные нужды или под проживание людей в ближайшем будущем не предвидится. Также на выбор указанного целевого значения повлияло то, что ранее Департамент водного и лесного хозяйства (DWAF) рекомендовал при обработке аналогичных участков промышленных зон, загрязненных углеводородами, устанавливать именно такие целевые значения. Рассматриваемый участок был с трех сторон огорожен бетонными стенами, а с четвертой кирпичной стеной автомастерской. Поэтому предпочтительным был признан внутрипластовый метод биоремедиации, который дает следующие преимущества:

- не требуется никаких дорогостоящих операций по сносу и замене стен;
- отсутствует потребность в выемке и перемещении загрязненной почвы;
- не требуется никаких дополнительных систем очистки;
- нет необходимости искать подходящий участок для захоронения отходов, организовывать их транспортировку, а также платить за их размещение.

Цель: По итогам проведенных на объекте экологических аудитов перед руководством предприятия стала задача провести биоремедиацию почвы как можно скорее – был назначен срок 12 недель. Чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия для успешной биоремедиации углеводородных загрязнений, необходимо было учесть несколько факторов:

1. Нужно было найти продукт, специально производимый для биоремедиации углеводородов. Была выбрана технология Multibac ввиду ее доказанной эффективности, а также исключительному качеству технической поддержки, оказываемой поставщиками продукта.
2. Почву необходимо было регулярно распахивать на глубину загрязнения, чтобы обеспечить ее аэрацию и создать наиболее благоприятные условия для роста колоний бактерий.
3. Почву проверили на соотношение углерода, азота, фосфатов и внесли соответствующие изменения, необходимые для создания наиболее подходящей питательной среды для размножения бактерий.
4. Почву увлажняли, поддерживая оптимальную для бактерий среду. Ввиду сжатых сроков и ограниченного бюджета расход воды задавали вручную, а не регулировали с учетом результатов измерения влажности.
5. Рассчитанные дозы биоремедиационных препаратов вносились регулярно, чтобы в обрабатываемом объеме обеспечивалось непрерывное пополнение бактериального консорциума и формировалась бактериальная флора, способная наиболее эффективно окислять углеводородные соединения.

Соблюдение указанных условий было обеспечено следующим методом. Еще до поставки оборудования и препаратов были взяты начальные пробы загрязненной почвы, которые должны были служить для дальнейшего контроля эффективности биоремедиации, а также для установления соотношения углерода, азота, фосфатов. Эти пробы были переданы на анализ в независимую лабораторию. Для отбора проб выбрали два участка, чтобы получить средние значения параметров загрязнения, а также взяли контрольную пробу незагрязненной почвы. Отбор проб осуществлялся следующим образом: из почвы вырезали цилиндрические фрагменты, помещали их в специальные банки и хранили при постоянной температуре в перевернутом состоянии в таре из полистирола до момента передачи в лабораторию.

Затем почву распахали на глубину 250 мм. Начальные значения содержания углерода, азота, фосфатов получились равными 100:4:1 (с округлением до ближайшего целого числа). Это соотношение сочли достаточно близким к требуемому значению 100:5:1, поэтому никаких обогатителей не добавляли.

Была проложена оросительная система из трубок диаметром 25 мм. Она включала магистральную трубу подачи воды, идущую вдоль западной стены. Вода в магистральную трубу подавалась водяным насосом мощностью 1 кВт, в который она поступала из 60-литровой бочки. Бочка наполнялась из водопровода. Для поддержания в ней постоянного объема воды использовался регулирующий клапан. От магистральной трубы отходило пять ответвлений, расположенных под прямым углом к ней на расстоянии 2 м друг от друга и пересекавших загрязненный участок с запада на восток. Каждое ответвление представляло собой трубу длиной 30 м, присоединенную к магистральной трубе с помощью Т-образного разветвителя с регулирующим клапаном. Вдоль каждого ответвления через каждые 2 метра были установлены вращающиеся оросители с диапазоном вращения 360°. В итоге весь участок был разбит на двухметровые квадраты, каждый из которых орошался. Требуемый расход воды задали вручную с помощью регулировочных клапанов.

Соответствие расхода установленным требованиям подтвердили путем контроля за влажностью почвы на протяжении двух дней. После этого по всей поверхности почвы равномерно распределили препарат Multibac. Затем препарат вводили повторно через каждые два дня с момента инокуляции.

Дозировали препарат Multibac следующим образом. Инокуляционную дозу препарата объемом 12 л залили в 60-литровую бочку, питавшую насос. Приток в бочку воды из водопровода обеспечивал турбулентность, достаточную для перемешивания продукта с водой. После перемешивания продукт поступал с водой в оросительную систему и равномерно распределялся благодаря вращающимся на 360° оросителям. На случай их засорения в наличии имелось несколько запасных оросителей. Их меняли по мере необходимости. После этого новые дозы препарата Multibac объемом 4 л вносились через каждые 2 дня с момента инокуляции. По такому графику препарат вносили на протяжении 44 дней. Всего было использовано 47 кг препарата Multibac. Почва распахивалась на глубину 250 мм раз в две недели.

Результат: В таблице ниже приводятся результаты лабораторных анализов:

Tаблица. 1. Серия № 1 соответствует загрязненной почве, а серия № 2 соответствует
почве, считающейся незагрязненной.

Из результатов серии № 1 можно сделать вывод, что ОСНУ, как показатель загрязнения, снизилось с начального значения 17630 мг/кг до 16012 мг/ кг. Это снижение произошло в первые три недели после инокуляции, свидетельствуя о том, что консорциум бактерий препарата Multibac прижился в почве и начал размножаться. В этот период рост численности консорциума начинает стабилизироваться и достигает пикового значения, при котором популяция бактерий при имеющейся концентрации питательных веществ оптимальна, а процесс окисления углеводородов идет максимально интенсивно.

Процесс окисления протекает в этом темпе в течение 4 недель, пока не истощится питательная среда, обеспечиваемая углеводородами, и колония бактерий не начнет вымирать на фоне дефицита питательных веществ. В течение последних трех недель ремедиации численность колонии бактерий снова достигла пика относительно текущей концентрации нутриентов, но эта вторая точка лежала гораздо ниже первой. Это вполне предсказуемый результат естественного развития популяции организмов, численность которой, как известно, при ограниченной доступности питательных веществ изменяется по колоколообразной кривой.

Серия № 2 демонстрирует слабый рост значений ОСНУ. В конце процесса обе серии показывают значения одного порядка. Такая восходящая тенденция обусловлена осмотическими процессами, которые возникают при внесении в почву смеси воды и препарата. В результате некоторое количество загрязняющих углеводородов распространяется по всей обрабатываемой территории. Из приведенных выше данных видно, что целевое значение ОСНУ - 2000 мг/кг - было достигнуто за 10 недель, причем снижение продолжилось: конечное значение ОСНУ составило 1681 мг/кг, что на 89,5% ниже, чем было в начале.

Выводы: Несмотря на сжатые сроки, отведенные для биоремедиации, препарат Multibac успешно справился с углеводородными загрязнениями. Требование властей – снизить значение ОСНУ по загрязняющим веществам до приемлемого уровня 2000 мг/кг - было выполнено за 10 недель, на 2 недели раньше назначенного срока.