3. Технології детоксикації і ремедіації біологічно деградованого ґрунту.

Детоксикація та ремедіація біологічно деградованого ґрунту – це комплекс методів, спрямованих на очищення грунту від токсикантів та відновлення її природної мікрофлори, родючості та екологічних функцій. Біологічна деградація зазвичай супроводжується зниженням кількості корисної біоти, накопиченням патогенів, залишків пестицидів, важких металів або нафтопродуктів.

Залежно від масштабу і характеру забруднення можливі два основних напрямки санації ґрунтів: видалення верхнього шару ґрунту для зберігання у відведених місцях або для переробки на спеціальних установках і руйнування шкідливих речовин різними способами безпосередньо на місці. Відзначимо, що відомі методи іммобілізації забруднень в ґрунті, наприклад цементування окремих ділянок, їх обвалування та ін., часто розглядаються як способи очищення територій, ними не є, оскільки не забезпечують видалення шкідливих речовин. Способи очищення ґрунтів від забруднень можна розділити на фізичні, хімічні, фізико-хімічні та біохімічні.

Фізичні методи передбачають видалення верхнього шару ґрунту з забруднених територій на захоронення або в спеціально відведені місця. До них слід віднести всі варіанти промивання з розчиненням забруднювачів в відмиванням у рідини (воді).

Хімічні методи включають термічні способи, процеси вилуговування, зв'язування забруднювачів в комплексні з'єднання і т.д. Термічні способи використовують для видалення органічних речовин і деяких кольорових металів, хімічної стабілізації ґрунтів. Їх реалізують в різних варіантах: нагрів на повітрі, у вакуумі, піроліз та ін.

Нагрівання на повітрі застосовують для земель, забруднених нафтою, мас- лами, бензином, галогеновмісними та іншими органічними сполуками. Термообробка зазвичай полягає у витримці матеріалу при 700−800 ° С з вигорянням вуглеводнів.

Біохімічні методи очищення ґрунтів стають все більш популярними в Єв- ропі і США. У Німеччині понад 50 компаній, а в США ще більше їх число пропонують такі послуги. Ці методи в даний час включають застосування бактерій у поєднанні з вентиляцією ґрунту повітрям або киснем (біовентилювання), фіторемідіацію, грибкові технології, використання мулу.

Біовентилювання успішно використовують за кордоном для видалення з ґрунтів нафти і нафтопродуктів. Як приклад можна навести виконані в Австралії роботи по очищенню ґрунту на ділянці площею близько 1,5 тис. м² забрудненому дизельним паливом на глибину 1,5-3,5 м.

Для прискорення природного процесу біорозкладення^: забруднювача була організована киснева біовентиляція ґрунту. За 6 місяців загальний зміст мазуту на глибині до 3 м зменшилося на 10-30%. Подальша біовентіляція з додатковим введенням в ґрунт необхідних для мікроорганізмів поживних речовин призвела до зменшення вмісту палива по всій глибині забруднення ще на 30 %.

Фіторемідіація, або очищення ґрунтів за допомогою рослин, запатентована в США. Виявлено, що рослини сімейства Brassicaceae здатні адсорбувати важкі метали в кореневій системі і потім переводити їх в стеблових частинах, витягуючи таким чином забруднювачі з ґрунту. Наземна частина рослин забирається звичайними способами.

Грибкові технології передбачають заселення забруднених ґрунтів різними грибковими культурами. Розроблені способи придатні для руйнування стійких до розкладання токсичних речовин, у тому числі поліароматичних вуглеводнів. У разі випадків для сапування забруднених земель використовують комбінації розглянутих вище способів.

Кількість забруднення і співвідношення компонентів нафти визначає швидкість їх розкладання і реадімації ґрунтів. Велике значення має їх мікробіологічна трансформація, в результаті якої можливе розкладання вихідних речовин до низькомолекулярних і включення їх у макромолекули природних органічних речовин.

С. І. Веремеєнко (2010) виділяє три групи методів очищення ґрунтів від нафти і нафтопродуктів, які можуть застосовуватись в залежності від характеру забруднення та місцевих умов:

1.                Механічні:

Обвалування виливів, відкачка нафти насосами та вакуумними збирачами. Потім зняття забрудненого шару ґрунту і його вивіз в місця складування для природного розкладу.

2.                Фізико-хімічні:

Спалювання (екстрений захід при загрозі прориву нафти в водні джерела). В залежності від типу нафти і нафтопродуктів таким шляхом можна знищити 1/2 до 2/3 розливу, решта просочується в ґрунт. Забруднений верхній шар ґрунту після спалювання необхідно вивозити в місця складування.

Промивка ґрунту або екстракція розчинниками. Проводиться в промивних барабанах із застосуванням поверхнево-активних речовин або леткими розчинниками, промивні води відстоюють і очищають в спеціальних ставках або ємностях.

Дренування ґрунту. Різновид промивки ґрунту на місці за допомогою дренажних систем; може поєднуватись з біологічними методами при яких використовують бактерії, що розкладають нафту та нафтопродукти.

Сорбція. Сорбентами засипають розливи нафтопродуктів на порівняно твердій поверхні(асфальті, бетоні, утрамбованому ґрунті) для поглинання нафто- продуктів і зниження небезпеки пожежі.

Термічна десорбція (крекінг). Застосовується при наявності відповідного обладнання, але дозволяє отримувати корисні продукти включаючи мазутні фракції.

Хімічне капсулювання. Новий метод, який полягає в переводі вуглеводнів в нерухомому нетоксичну форму.

3.                Біологічні:

Біоремідація. Застосування нафто розкладаючих бактерій; з їх заробленням в ґрунт у поєднанні їз внесенням добрив, меліорантів та інших заходів, які забезпечують активне функціонування мікроорганізмів; процес може тривати 2-3 роки.

Фітомеліорація. Ліквідація решток нафти шляхом висіву культур стійких до забруднень (конюшина повзуча, щавель, осока та інші), що активізують ґрунтову мікрофлору і забезпечує кінцеву стадію очищення забруднених ґрунтів.

Самоочищення ґрунту від нафти залежить від кліматичних умов (опади, температура), властивостей ґрунтів (вміст гумусу, рН, гранулометричний склад, водно-фізичні властивості). Важко розкладаються і вважаються найбільш небезпечними групи поліароматичних вуглеводнів (ПАВ), які можуть міститися також і в пестицидах. Небезпека їх обумовлена високою стійкістю до дії як абіотичних факторів, так і до мікробіологічної деструкції, а також їх високою токсичністю. Надходження в навколишнє середовище одного з найбільш небезпечних з ПАВ - бензопірену в основному відбувається з вихлопними газами автомобілів. На накопичення радіонуклідів сільськогосподарськими рослинами впливають фізико-хімічні показники радіонуклідів, властивості ґрунтів, біологічні особливості рослин і агротехніка вирощування культур.

Серед польових культур бобові більше, ніж злакові накопичують кальцію і, відповідно, стронцію, а коренеплоди, поряд з стронцієм, можуть мати багато цезію, який є аналогом калію.

Серед агротехнічних заходів до числа найбільш едективних прийомів, що знижують надходження радіонуклідів у рослину, слід віднести глибоку оранку, внесення підвищених норм добрив, вапнування кислих ґрунтів та ін. В системах удобрення культур необхідно підвищувати норми фосфорних і калійних добрив у співвідношеннях N:P:K – 1:2:2, що сприяє зниженню надходження стронцію і цезію в сільськогосподарські культури в 2-3 рази. Ефективним заходом зниження радіонуклідів на природних кормових угіддях є переорювання луків і їх докорінна меліорація (табл. 1).

Таблиця 1 ‒ Ефективність заходів, пов’язаних із системою «ґрунт - рослина» щодо реабілітації сільськогосподарських угідь, забруднених 90Sr і 137Cs

За здатністю нагромаджувати радіонукліди сільськогосподарські рослини можна розмістити в такій послідовності:

·       зернові і зернобобові сільськогосподарські культури: кукурудза → просо→ ячмінь → пшениця → жито → овес → гречка → горох → люпин;

·       кормові і технічні культури: кукурудза на силос → стоколос безостий → тимофіївка лучна → кормовий буряк → конюшина → соняшник → вика;

·       овочеві культури: цибуля → перець → гарбуз → огірки → томати → часник → кабачки → петрушка → редис → кріп → капуста.

Найбільше накопичують радіонукліди щавель, капуста кольрабі, буряк столовий, тобто кальціє- і калієлюбиві культури.