Детоксикация хитозаном нефтезагрязненных почв Волгоградской агломерации Кокорина, Надежда Геннадьевна

Введение к работе

Актуальность исследований. Количество градообразующих химических и металлургических предприятий в черте Волгоградской агломерации, пожалуй, самое большое в России. Через территорию города проходят крупнейшие транзитные автомагистрали, соединяющие юг страны с центром. Это причина мощного потока токсикантов, поступающего в почвы агломерации. Детоксикация почв, загрязненных поллютантами органического происхождения, одна из самых актуальных в вопросах их охраны и защиты. Самым распространенным и наиболее эффективным методом быстрого сбора нефтепродуктов является сорбция. В мире на данный момент насчитывают около двухсот видов различных сорбентов. Наиболее экологически и экономически рационально использовать природные сорбенты.

Нами впервые предложено применять хитозан для сорбции нефтепродуктов (НП) из почв. Ранее его использывали только для очистки сточных вод от нефтепродуктов (Фрайман и др., 1978; Гальбрайх, 2001; Клочкова, 2001; Коральник, Пучкова, 2001; Фомин, Гузеев, 2001; Чернышенков и др., 2001; Немцева, 2006; Сафонов, и др., 2008; Уткина, Каблов, 2009; Schorigin, Heit, 1934, 1935; Freiman и др., 1978; Varlamov и др., 2000-2003; Bykova и др., 2005; Kulikov и др., 2006).

Хитозан – природный биополимер, нетоксичен. Его высокая сорбционная способность вызвана не только физико-химическими свойствами, но и развитой поверхностной структурой.

Цель работы – установить наиболее эффективные способы использования хитозана различного происхождения и агрегатного состава для детоксикации почв, загрязненных основными видами нефтепродуктов.

Задачи исследования:

1. установить концентрацию нефтепродуктов в почвах исследуемых объектов Волгоградской агломерации, оценить информативность данных о накоплении в почве нефтепродуктов;

2. разработать методики детоксикации почв с учетом их генетических свойств, вида и концентрации поллютантов; исследовать эффективность сорбции нефтепродуктов с помощью хитозана различного агрегатного состава (твердого и жидкого), концентрации и сроков экспозиции;

3. определить рациональные экологически целесообразные способы и сроки сорбции основных видов нефтепродуктов в почвах;

4. исследовать фитотоксичность различных типов почв при их загрязнении нефтепродуктами, установить механизмы биоразложения поллютантов под действием комплекса почвенных микроорганизмов в присутствие сорбента и без него.

Основные положения, выносимые на защиту.

4. 1. Существующие методы оценки концентрации нефтепродуктов в почвах мало информативны. Нами предложен коэффициент накопления нефтепродуктов в почве с учетом их качественного состава. Установлено, что для всех нефтяных месторождений России величина коэффициента накопления в среднем равна 1,2. Содержание нефтепродуктов в почвах предложено рассчитывать по вкладу антропогенного углерода в почвенные запасы этого элемента. С использованием этого коэффициента нами разработана градация содержания нефтепродуктов в почвах и выявлено сильное и очень сильное загрязнение почв АЗС нефтепродуктами (77,9-81,9 %) городов Волгоград и Волжский.

   2. Разработаны методы детоксикации почв, позволяющие снизить количество нефтепродуктов в светло-каштановых почвах различного гранулометрического состава с помощью хитозана: в 1,15-4,77 раз в песчаных разновидностях, в 10,19-77,41 раза – в глинистых. Установлено, что эффективность сорбции нефтепродуктов зависит от гранулометрического состава почвы и агрегатного состояния применяемого сорбента. При использовании мелко измельченного хитозана полнота извлечения нефтепродуктов в песчаной разновидности ниже, чем в глинистой, а с применением раствора хитозана зависимость обратная. Полнота извлечения достигается на 4 сутки и составляет 99,96 % независимо от гранулометрического состава светло-каштановых почв обоих случаях.

   3. Токсичность почвы при загрязнении их нефтепродуктами определяется степенью их сорбции почвенной массой. Наиболее полное поглощение нефтепродуктов почвенной массой наблюдается при использовании бензинов А-80 и А-95 независимо от типа и гранулометрического состава почвы. Нефть поглощается полностью только светло-каштановой песчаной почвой. Сорбция остальных видов нефтепродуктов зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней гумуса. Аллювиальная дерновая почва характеризуется полным поглощением изучаемых нефтепродуктов, кроме сырой нефти, что обусловлено достаточно высоким содержанием гумуса.

   4. Скорость восстановления аллювиальной почвы при использовании хитозана составляет 2 месяца, что значительно выше, чем без внесения сорбента (3 года). Эффективность хитозана для детоксикации почв зависит от содержания гумуса и гранулометрического состава: если аллювиальная дерновая восстанавливается через 2 месяца, то светло-каштановая почва той же разновидности (песчаная) – через 4 месяца. Светло-каштановые глинистые почвы восстанавливаются в 1,5 раза быстрее, чем песчаные. Выявлены механизмы очистки почв от нефтепродуктов при участии микобактерий, грибов, инфузорий.

   Научная новизна работы.

   1. Разработан и предложен информативный показатель расчета содержания нефтепродуктов в почве – коэффициент накопления (К_н) с учетом содержания органического углерода антропогенного происхождения.

   2. Впервые предложено использовать природный сорбент хитозан, получаемый из хитинсодержащих отходов, для детоксикации почв, загрязненных основными видами нефтепродуктов. В качестве основного источника сырья использовали отходы, образующиеся при очистке турбин Волжской ГЭС, дополнительным источником сырья были отходы креветок перерабатывающих заводов.

   3. Разработанные методики детоксикации почв различного генезиса с помощью хитозана позволяют снизить содержание нефтепродуктов в 1,2 – 77,4 раза в зависимости от вида, концентрации поллютанта, фитотоксичности почв, агрегатного состава сорбента, происхождения исходного сырья для его получения, сроков экспозиции, размера частиц хитозана и концентрации применяемых растворов биополимера;

   4. Определена фитотоксичность различных типов почв (светло-каштановых песчаных и глинистых, аллювиальных дерновых) в зависимости от концентрации поллютанта и его вида (бензины А-95, А-92, А-80 и различного класса экологичности (ЭКТО-3), ТМ, ДТ и ДТ ЭКТО-3, НШ, нефть). Выявлены механизмы очистки почв от нефтепродуктов при участии микобактерий, грибов и инфузорий.

   Практическая значимость.

   4. 1. При проектировании и строительстве АЗС предложено создавать сорбционные барьеры. Это позволяет: 1) предусмотреть меры по предотвращению загрязнения нефтепродуктами почв и сопредельных сред (атмосфера, грунтовые воды, растения); 2) решить проблему утилизации хитинсодержащих отходов; 3) провести очистку нефтезагрязненных почв.

      2. В ходе проделанной работы над диссертацией была разработана и апробирована методика приготовления хитозана, модернизирован способ его получения из отходов, образующихся при очистке турбин Волжской ГЭС (жабронога) и отходов заводов, перерабатывающих креветки (пат. РФ № 2310504 опуб. 20.11.2007, П. М. РФ: № 74831 опуб. 20.07.2008 и № 88279 опуб. 10.11.2009, № 95275 опуб. 27.06.2010).

      Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка теоретических положений, оценка загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами, методические разработки. Анализ фондовых материалов, обобщение полученных данных, лабораторные, полевые и экспериментальные исследования выполнены лично автором.

      Апробация работы. Материалы и результаты работы были представлены на научных конференциях региона (2006-2011), всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2008); XI-XIII Докучаевские молодёжные чтения, (СПб, 2008-2010.); V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В. В. Докучаева, (Ростов-на-Дону, 2008); XVI-XVII международных конференциях «Почвоведение», (МГУ, Москва, 2009, 2011); V Всероссийской научной конференции с международным участием «Гуминовые вещества в биосфере», (СПб, 2010).

      Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 научная работа, в том числе 5 – в журналах, рекомендованных ВАК, общий объем в 10,8 п. л. Доля участия автора в публикациях составляет 60 %.

      Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 191 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений, содержит 37 таблиц и 173 иллюстраций, в том числе в приложении – 14 таблицы и 156 иллюстраций. Список литературы включает 416 работ, в том числе 83 – иностранных.

      Автор глубоко признателен за помощь в работе научным сотрудникам почвенной станции МГУ В. В. Дёмину и Ю. А. Завгородней.

      Похожие диссертации на Детоксикация хитозаном нефтезагрязненных почв Волгоградской агломерации

      Детоксикация хитозаном нефтезагрязненных почв Волгоградской агломерацииГолованчиков Александр Борисович

      

      Экологическая оценка загрязненных тяжелыми металлами почв Курской агломерации и приемов их селективной фиторемедиацииНеведров Николай Петрович