Асонов А. М. профессор кафедры «Техносферная безопасность» Ургупс, д б. н

«Техносферная безопасность» УрГУПС, д.б.н.

Быстрова О.П., магистрант УрГУПС
Экология и утилизация замазученного балласта
Одной из острых экологических проблем современной цивилизации является стремительное накопление в окружающей среде отходов хозяйственной деятельности человека. Основная масса отходов, в первую очередь твердых, формируется в процессе добычи минерального сырья. По некоторым данным, к началу 21 века, его извлекалось и перемещалось около 300 млрд. т в год. В эту цифру входят и отходы, образующиеся в ходе вскрышных работ и при строительстве.

Объем отходов производственной деятельности не может не поражать воображение. Сегодня в расчете на одного жителя Земли из ее недр ежегодно извлекается и перемещается 50 т сырого вещества и только 2 т из них превращаются в конечный продукт.

Следовательно, проведя эту гигантскую работу, человечество получает в итоге почти столько же (48 т) отходов, из которых 0,1 т опасных, а в развитых странах 0,5 т на душу населения [Данилов-Данильян, Лосев, 2000]. Однако с точки зрения эколога практически все создаваемое человеком в материальной сфере рано или поздно становится отходом. С экологических позиций даже египетские пирамиды или археологические культурные слои представляют собой род долгоживущих отходов, позволяющих человечеству познавать свою историю.

Разумеется, все отходы вносят далеко не одинаковый вклад в загрязнение окружающей среды. Потенциальным отходом следует признать и балласт, используемый при строительстве автомобильных и железнодорожных дорог.

С учетом нынешней программы Правительства по развитию сети автомобильных и железных дорог потребность в гравии, щебне и песке для балласта возрастает в разы. В свою очередь это потребует дополнительного освоения месторождений минерального сырья, его переработки в готовый продукт, что связанно с образованием значительного количества отходов.

Некоторого смягчения влияния технологического процесса на экологию окружающей среды можно добиться на путях создания ресурсосберегающих технологий путем рециклирования, то есть использования отходов в качестве сырья на другом производстве, либо повторного использования сырья в том же производстве после придания ему товарных и технологических свойств.

Железная дорога является крупным потребителем гравия, щебня и песка, которые используются в качестве балласта железнодорожного полотна. В результате интенсивной эксплуатации балласт загрязняется в основном нефтепродуктами (топливо и масла) и периодически требуется замена его верхнего слоя.

Замена замазученного балласта проводится не только по изменению его технологических параметров, но и по санитарно-экологическим соображениям. Во время дождей и таяния снега нефтепродукты с замазученного гравия смываются и вместе с дождевой или талой водой попадают в подземные и поверхностные водные объекты. В результате качество воды в них резко падает. Это приводит к образованию на поверхности нефтяных пленок, негативно влияющих на кислородный режим водоема, а следовательно на его флору и фауну.

Значительная часть нефтепродуктов смытых с замазученного балласта вместе с поверхностным стоком попадает и сорбируется почвой прижелезнодорожных пространств.

Общей особенностью всех нефтезагрязненных почво-грунто является изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной микрофауны и микрофлоры). Происходит массовая гибель почвенной мезофауны. Наиболее токсичными для них оказываются легкие фракции нефти.

Негативное влияние легких фракций нефтепродуктов сказывается и на дорожных рабочих и пассажирах в теплое время года. Легкие фракции нефти, испаряясь с балласта, способствуют возникновению риска заболевания их дыхательной системы.

Мониторинговые исследования почво-грунтов, отобранных с железнодорожных путей территории локомотивного и вагонного депо станции Свердловск-Сортировочный показали значительное накопление нефтепродуктов как в верхнем слое (глубина отбора проб – 5см) так и в более глубоком (15см).

В среднем концентрация нефтепродуктов в слое балласта с железнодорожного полотна на глубине 5 см – 38 мг/кг, а глубине 15 см – 36 мг/кг. На территории возле локомотивного и вагонного депо концентрация нефтепродуктов в верхнем слое 53 мг/кг, а нижнем – 45 мг/кг.

Следует отметить, что нефтепродукты имеют достаточно прочную связь с составляющими балласта и достаточно медленно смываются дождевым и талым стоком. Выполненные нами исследования показали, что за недельный срок с балласта смывается около 0,5% от общего содержания нефтепродуктов.

Столь медленное смывание нефтепродуктов с балласта железнодорожных путей не означает, что проблемы загрязнения окружающей среды не существует. Нефть, хотя и медленно, проникает в почву и водные объекты, оказывает крайне негативное воздействие на экологию окружающей среды.

В настоящее время для борьбы с нефтезагрязнением разработаны механические, химические, физико-химические и биологические методы. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется источником и характером загрязнения, площадью загрязнения, количеством нефтепродуктов и т.д.

Среди методов очистки грунтов от нефти наиболее эффективным и экологичным признан биологический. Данный метод не подвергает природную среду разрушению и вторичному загрязнению. Биологический метод основан на использовании микроогранизмов, которые разрушают нефтепродукты и питаются углеводородами.

Бурное развитие в последние десятилетия биотехнологии открывает новые подходы к решению проблемы очистки почво-грунтов от нефтепродуктов. Используемые при этом методы объединяются под общим названием «биоремедиация», означающей активное заселение загрязненной территории микроорганизмами, использующими нефть и нефтепродукты в качестве пищи и разлагающих последние до простых, безвредных веществ.

К эффективным препаратам по очистке воды и почвы от нефти относятся биологические препараты – «Деворойл», «Олеоворин», «Путидойл», «Сойлекс», «Фаерзан», суперкомпост «Пикса», «Ленойл», «Дестройл». Эти препараты предназначены для биодеградации нефтепродуктов при загрязнении почв, природных водоемов, акваторий, сточных вод промышленных предприятия и реабилитации загрязненных территорий.

Биопрепараты содержат в своем составе удобрения и микроорганизмы, выделенные из природных биоценозов, обладающие повышенной окислительной способностью по отношению к нефти, прошедшие адаптацию в естественных условиях.

Используют либо один штамм, либо смесь штаммов углеводородокисляющих бактерий, в основном аэробов. Эти бактерии эффективны при температуре 15-28С и требуют минеральной подкормки (азот, фосфор), увлажнения и рыхления. Достаточно сложная технология приготовления биопрепаратов, ограниченный срок их хранения и относительно высокая цена препятствуют повсеместному широкому использованию.

Рассматривая проблему совершенствования очистки замазученного балласта с железнодорожных путей, нами была признана целесообразность его биорегенерации в биореакторах, использующих адаптированную к нефтепродуктам микрофлору. При этом учитывалось, что нефтепродукты, находящиеся на различных фракциях балласта, уже претерпели значительные изменения по сравнению с первоначальным составом под воздействием ультрафиолетового излучения, температуры воздуха, влажности, воздействия осадков. При смыве водой из нефти удаляются углекислоты, кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), оставляя на балласте твердые трудно растворимые продукты метаболизма и твердые продукты высокоминеральных компонентов нефти и нефтепродуктов. Для эффективного контакта бактериальной массы с продуктами полимеризации нефти, требуется их размягчение и диспергирование. Это возможно при относительно длительном пребывании балласта в сооружении типа «аэротенк» и использовании в качестве биологического агента «активного» ила с городских станций аэрации.

Рабочая гипотеза основывалась на возможности вырастить адаптированную к нефтепродуктам культуру из «аборигенных» нефтеразрушающих микроорганизмов, всегда присутствующих в «активном» иле городских аэрационных сооружений. При этом учитывалась наличие в «активном» иле биогенных веществ (азот, фосфор, калий) и возможность быстрого размножения нефтеразрушающих бактерий в случае замены состава загрязнений городских сточных вод на загрязнения с преобладанием нефтепродуктов. В качестве источника нефтепродуктов может быть использован замазученный балласт с железнодорожного полотна.

Реализация технологии очистки балласта от нефтепродуктов с помощью адаптированной «аборигенной» микрофлоры позволит отказаться от дорогих биопрепаратов типа «Деворойл» и «Путидойл». Биорегенерация замазученного балласта непосредственно на местах его сбора (ж.д. станции и депо) резко снижает затраты на его утилизацию или захоронение, закупку и доставку свежего балласта.

Для проверки выдвинутой гипотезы была сконструирована лабораторная установка, представляющая собой четыре биореактора с загрузками в виде замазученного балласта. Для быстрого запуска в работу в биореакторы был залит «активный» ил с городской станции аэрации. Во все в биореакторы подавался сжатый воздух, что обеспечивало концентрацию кислорода в иловой смеси 3-5 мг/дм3.

Годовые исследовании, выполненные на лабораторных биореакторах показали правильность рабочей гипотезы. Быстрый рост нефтеразрушающей «аборигенной» микрофлоры подтверждается резким снижением концентрации нефтепродуктов как в иловой смеси (Рис.1), так и непосредственно на балласте (Табл.1).

Рисунок 1 - Динамика изменения концентрации НП в иловой смеси биореакторов.

Таблица 1 - Эффект биорегенерации замазученного балласта.