Пермские ученые предложили новый способ очистить землю от нефти — с помощью растений

❋ 4.8

Ученые Пермского Политеха разработали экологичный метод очистки сильно загрязненных нефтедобычей почв (буровых шламов) с помощью специально подобранных растений. Такие культуры, как фацелия и злаковые травы, показали высокую эффективность, адаптировались к токсичной среде и обеспечили снижение концентрации вредных веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей) до 40%. Этот природный способ, в отличие от традиционных физико-химических методов, не создает вторичного загрязнения и перспективен для восстановления поврежденных промышленных земель.

ПНИПУ

# буровой шлам

# загрязнение

# нефтедобыча

# нефть

# почва

# растения

В ПНИПУ узнали, какие растения могут очистить почву от нефти с эффективностью до 40% / © engin akyurt, Unsplash

По данным Минэнерго, Россия занимает второе место в мире по объемам нефтедобычи, однако развитие отрасли сопровождается значительным экологическим ущербом: разливы нефти разрушают экосистемы, а токсичные отходы требуют сложной утилизации. Существующие методы рекультивации промышленных земель — физические и химические — часто лишь маскируют проблему или создают вторичное загрязнение. Перспективной альтернативой является биологическое восстановление, использующее способности микроорганизмов и растений разрушать загрязняющие вещества. Ранее для обезвреживания буровых шламов фиторемедиация (метод очистки почвы с помощью специальных растений) не применялась из-за высокой токсичности среды. Однако ученые Пермского Политеха подобрали растения, позволяющие осуществлять экологичную нейтрализацию загрязнений с эффективностью до 40%.

Нефть является универсальным сырьем, лежащим в основе современной цивилизации. В процессе многоступенчатой химической переработки, она дает жизнь огромному спектру продуктов: от традиционных видов топлива и моторных масел до различных видов полимеров для пластиков, синтетических тканей, косметических средств и даже фармацевтических препаратов.

В нефтяной отрасли Россия играет ключевую роль. Занимая второе место в мире, она ежегодно добывает порядка 500-550 миллионов тонн нефти. Основные месторождения сосредоточены в Западной Сибири (Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий округа), Поволжье и на шельфе Арктики. Однако интенсивное развитие данного направления имеет и обратную сторону, сопровождаясь масштабным экологическим ущербом.

Одной из наиболее сложных и недооцененных проблем нефтедобычи являются буровые шламы — промышленные отходы, образующиеся в процессе бурения скважин. В отличие от заметных разливов нефти, эти загрязнения часто остаются «невидимой угрозой», накапливаясь на территории месторождений. Представляя собой плотную смесь измельченной горной породы, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов (цинк, хром, свинец), минеральных солей и химических реагентов (для вязкости, стабилизации бурового раствора), шламы способны десятилетиями оказывать негативное воздействие на объекты окружающей среды, нарушая функционирование экоситем.

По данным ООН, около 33% земель в мире уже истощены и повреждены из-за эрозии, засоления и химического загрязнения. Эта экологическая катастрофа затрагивает все живые организмы: животные страдают от отравления, потери кормовой базы и вымирания, а человечество сталкивается с продовольственным кризисом, нехваткой чистой воды и ростом заболеваний, вызванных различного рода загрязняющими веществами.

Современные методы утилизации отходов, физические и химические, обладают фундаментальными ограничениями. Например, захоронение лишь перемещает опасные вещества, создавая долгосрочные экологические риски. Термические способы, такие как сжигание, генерируют вторичные загрязнители: токсичную золу и опасные газообразные выбросы. Химическая обработка сопряжена с высокими затратами на реагенты, нарушает естественную микробиоту почвы и снижает ее плодородие. Кроме того, большинство этих методов отличаются высокой энергоемкостью и создают новые потоки отходов, требующие дальнейшей утилизации.

В настоящее время все большее распространение получает биологическая очистка — метод, использующий способности микроорганизмов и растений к разрушению загрязняющих веществ. Он включает активацию природных микроорганизмов (биостимуляцию), внесение специализированных бактерий (биоаугментацию) и использование растений (фиторемедиацию). Ранее для утилизации буровых шламов растения практически не применялись — высокое солесодержание, наличие ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов подавляли развитие культур. Однако ученые Пермского Политеха подобрали растения, позволяющие осуществлять эффективную и экологичную очистку загрязненных территорий, преобразуя опасные отходы в почвогрунты. В отличие от традиционных методов, эта технология исключает риски для окружающей среды и не создает вторичного загрязнения.

Фиторемедиация — это очистка почвы и воды с помощью специальных растений. Они работают как природные фильтры: поглощают опасные вещества (например, тяжелые металлы или нефтепродукты), накапливают их в своих стеблях и листьях, включают в природные круговороты.

— Исследование проводилось в несколько этапов. Сначала мы выполнили лабораторный анализ образцов бурового шлама, отобранных на месторождениях, чтобы определить характер и степень загрязнения. Результаты выявили существенное превышение экологических нормативов: содержание нефтепродуктов достигло 2170 мг/кг при допустимых 1000 мг/кг, а концентрация хлорид-ионов составила 3800 мг/кг, а в некоторых образцах солесодержание было еще выше, — рассказал Александр Сурков, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», кандидат технических наук.

На следующем этапе исследователи подготовили семь экспериментальных образцов. В каждой емкости создали двухслойную структуру: нижний слой толщиной два сантиметра состоял из бурового шлама, верхний слой толщиной три сантиметра представлял собой чистую песчаную почву. Дополнительно была создана контрольная емкость только с чистой почвой для сравнения результатов. В каждую пробу высадили различные виды растений-ремедиантов: белую горчицу, способную поглощать тяжелые металлы; луговой клевер, обогащающий почву азотом; фацелию рязанскую и специальную травосмесь злаковых трав, используемых в том числе на этапе биологической рекультивации.

— В течение 2,5 недель мы проводили наблюдения, фиксируя всхожесть семян, скорость роста и общее состояние растений. Первые всходы появились уже на 3-4 день исследования. Наибольшую эффективность показали фацелия и травосмесь, которые демонстрировали быстрый и активный рост без признаков токсичного воздействия, — пояснил Александр Сурков.

Данные культуры являются наиболее перспективными для реабилитации нефтезагрязненных территорий, что делает их подходящим вариантом для экологичных и экономичных технологий восстановления почв.

Результаты эксперимента показали эффективность фиторемедиации для обезвреживания буровых шламов: растения не только успешно адаптировались к загрязненному субстрату, но и обеспечили активное поглощение токсичных компонентов, инициируя начальную стадию почвообразования. Предварительные данные подтверждают 40%-ное снижение концентрации хлорид-ионов, а также значительное уменьшение содержания нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов, включая хром, цинк, никель, кадмий, кобальт и свинец.

— В дальнейшем мы планируем продолжить исследования в этом направлении. Особый интерес представляет механизм не просто поглощения, но и полного усвоения растениями токсичных элементов из буровых шламов, что позволит объективно оценить эффективность технологии и адаптировать ее для практического использования, — поделился Александр Сурков.

Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.