Введение 4
Глава 1 Обзор литературы 8
1.1 Химический состав нефтезагрязняющих компонентов 8
1.2 Нефтепродукты - источники загрязнения почвы 12
1.3 Процессы самоочищения почвы 16
1.4 Воздействие нефтепродуктов на свойства почвы 18
1.5 Нормирование качества почвы 20
1.6 Микроорганизмы в нефтезагрязненной почве 22
Глава 2 Сорбенты, применяемые для сорбции нефтепродуктов 25
2.1 Характеристика сорбентов 25
2.2 Механизм работы сорбентов нефтепродуктов 27
2.3 Сорбент для «модельного» образца 30
2.4 Субстрат в «модельном» образце 31
Глава 3 Экспериментальная часть 35
3.1 Подготовка почвы к эксперименту 35
3.2 Приготовление «модельного» образца 36
3.3 Агрохимические показатели почвы 37
3.4 Определение физико-химических свойств древесных опилок 42
3.5 Физико-химические показатели почвы 44
3.6 Субстрат в «модельном» образце 46
3.7 Лабораторные исследования «модельного» образца на
содержание нефтепродуктов 47
3.8 Тяжелые металлы в «модельном» образце 51
3.9 Биотестирование с применением растениям 60
Глава 4 Технологические решения по очистке слабозагрязненной нефтепродуктами почвы 63
4.1 Результаты лабораторных исследований и этапы очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы 63
4.2 Эколого-экономическая эффективность от использования
древесных опилок в процессе очистки нефтезагрязнения 70
Заключение 74
Список используемой литературы 76
Приложение А - Протокол испытаний отхода 87
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
Нефть является очень важным компонентом и энергоресурсом во всем мире, а почва - главный объект окружающей среды. Нефтепродукты используются при производстве изделий, вещей, в ремонте, и даже в производстве продуктов!
Разливы углеводородов на почве наносят ощутимый вред окружающей среде. Но наибольший вред приходится на почву, которая впитывает в себя нефтепродукты, а это является проблемой, которая требует решений по очистке почвы от загрязнений.
При поступлении в почву нефтепродуктов страдают физические, химические и биологические свойства почвогрунта, почва частично или полностью лишается плодородного слоя. Происходят процессы эрозии и деградации земель. Кроме того, нефтепродукты при трансформации в почве образуют токсичные соединения. Токсичные соединения затрудняют восстановление первоначальных свойств почвы, при попытке их восстановления и создают серьезную угрозу для окружающей среды.
Деградация почв является главной причиной снижения продуктивности сельскохозяйственных угодий и неблагоприятно влияет на состояние природных экосистем. Возобновление загрязненных почв к сельскохозяйственной деятельности в настоящее время является важным шагом, а проблема очистки почвы от нефтепродуктов - актуальной.
Поэтому на сегодняшний день разработка технологических решений восстановления почв, загрязненных нефтепродуктами является актуальной темой для написания магистерской работы.
Объект исследования: сорбент - древесные опилки смешанных древесных пород, «чистый» образец почвы - не загрязненный нефтепродуктами, «модельный» образец - загрязненный нефтепродуктами (минеральным отработанным маслом от автотранспортных средств).
Предмет исследования: «модельный» образец почвы.
Цель исследования: минимизировать антропогенное воздействие загрязнения почв нефтепродуктами за счет применения разработанной технологии по очистки почвы.
Гипотеза исследования: в предположении применения разработанной технологии в качестве сорбента для очистки слабо загрязненной нефтепродуктами почвы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать технологию по очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы.
2. Определить эффективность сорбента опилок смешанных древесных пород в применении для очистки слабо загрязнённой нефтепродуктами почвы.
3. Рассчитать эколого-экономические показатели при применении древесных опилок в процессе очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: труды отечественных и зарубежных ученых в области агрономии, химии и почвоведении.
В качестве базовых работ были взяты: Булоновой А.В., Дубинин М.М., Каменщиков Ф.А., Цомбуева Б.В., Тимергазина, И.Ф., патент от 27.01.1947г. SU 79104 A1 «Способ получения эффективного сорбента из древесных опилок», патент от 10.04.2015г. №216.013.3996 «Субстрат для контейнерного выращивания растений».
Методы исследования: отбор проб почв, гранулометрический анализ почвы, лабораторные анализы на количественное содержание нефтепродуктов гравиметрическим методом, определение тяжелых металлов в образцах почвы, ГОСТы, ПНД, СанПиНы, ФЗ.
Опытно-экспериментальные исследования проводились: на базе Тольяттинского государственного университета, кафедра «Химическая технология и ресурсосбережение».
Научная новизна: предложение технологии очистки опилками смешанных древесных пород слабозагрязненной почвы от нефтепродуктов.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе и систематизации научных трудов отечественных и зарубежных ученых, патентной и научной литературы по существующим способам очистки почвы от нефтепродуктов, выборе методик для определения нефтепродуктов в почве, в предложении минеральных удобрения для реанимации нефтезагрязненной почвы.
Практическая значимость исследования: разработанная технология очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы позволяют рекомендовать применение древесных опилок смешанных пород на предприятиях, где возможны небольшие разливы нефтепродуктов. Результаты работ расширяют представление о воздействии нефтепродуктов на почву и возможности применения древесных опилок смешанных пород, в качестве сорбента и минеральных добавок, для улучшения и восстановления структурного состава почвы, дополняя её микроэлементами и питанием для развития полезных бактерий.
Достоверность и обоснованность результатов исследования: в применении современных, точных методик, позволяющих добиться высокоточных результатов от лабораторных исследований.
Личное участие автора в организации и проведении исследования: состоит в разработке технологии очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы, постановке и проведении экспериментальных лабораторных исследований в течении трех месяцев.
Апробация и внедрение результатов работы публикация в международном научно-практическом журнале «Форум молодых ученых» «Применение сорбента природного происхождения в качестве очистителя для почвы, слабозагрязненной нефтепродуктами».
На защиту выносится: Предположение применения разработанной технологии в очистки слабозагрязненной нефтепродуктами почвы.
Структура магистерской диссертации: В состав диссертации включено: введение, четыре главы, заключение, приложение, список используемых источников, состоящий из 100 наименований, 5 из которых иностранные. Объем работы составляет 87 страниц машинописного текста, 9 рисунков, 21 таблица, приложение А, содержащее 1 рисунок.
Основным антропогенным фактором, оказывающим стрессовое воздействие на живые организмы, является нефтяное загрязнение. Повсеместно в промышленности используют различные нефтесодержащие продукты, которые в процессе их пользования могут частично пролиться на почву. Почва под воздействием нефтепродуктов истощается, деградирует и является непригодной для сельскохозяйственной деятельности.
Для сбора нефтепродуктов с почв применяют различные виды сорбентов. В целях рационального использования сырья и отходов в магистерской работе рассмотрен сорбент - древесные опилки смешанных древесных пород для сбора нефтепродуктов с «модельного» образца. Древесные опилки - экологически безопасный отход для окружающей среды и животного мира применяя такой материал в местах обитания животных, он не нанесет им вреда. Экспериментальным путем установлено, что нефтеемкость таких древесных опилок составляет 4,10 г. Преимущества применения природных сорбентов в дешевой и вместе с тем эффективной технологией очистки почвы, воды и воздуха от антропогенных загрязнителей.
Экспериментальным методом доказана эффективность сорбента для очистки слабо загрязнённой нефтепродуктами почвы. Применение сорбента (древесных опилок смешанных пород древесины) позволяет произвести очистку верхнего слоя почвы на 21,66 % за 7 дней, что обуславливает эффективность сорбента.
Перепревший древесный опил является хорошим минеральным удобрением, который распространяет свое действие на почву в течении 10 лет. Применение 54 % перепревших древесных опилок в качестве основного минерального компонента позволяет частично вернуть почве первоначальные свойства, так как улучшает физико-химические свойства почв.
Лабораторным путем установлено снижение количественного содержания нефтепродуктов в «модельном» образце на 53,55 % при применении ступенчатой технологии очистки «сорбент-минеральные удобрения». В подтверждение этому проведено биотестирование, при котором всхожесть растения Кресс-салата к завершению эксперимента имело результат 60 % всхожести.
На основании проведенных лабораторных экспериментов была разработана технология по очистке слабозагрязненной нефтепродуктами почвы «Сорбент - минеральные добавки». Такую технологию рекомендуется применять при загрязнении нефтепродуктами почвы до 8 %. Технология включает в себя 2 этапа:
- сорбцию нефтепродуктов древесными опилками (смешанные породы древесины);
- удобрение почвы минеральными добавками, основным компонентом которых являются перепревшие древесные опилки.
Низкая себестоимость отходов деревоперерабатывающих предприятий - древесных опилок, позволяет применять технологию «Сорбент - минеральные добавки». Низкая стоимость 1 килограмма древесных опилок в 25 рублей, позволяет применить технологию «Сорбент - минеральные добавки» по небольшим затратам на 1 м2 за 6 310,20 рублей в год. Таким образом, в местах разлива нефтепродуктов с содержанием до 8 % нефтепродуктов, можно сэкономить бюджет предприятий, применяя для сорбции и восстановления структуры почвы отходы деревоперерабатывающих предприятий.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
