Ротарь О.В. 1 , Искрижицкая Д. В. 2 , Искрижицкий А. А. 3

1 Кандидат химических наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2 Магистрант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 3 Главный специалист, Томский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ

Аннотация

Исследован механизм проникновения и распределения нефти по горизонтам почвы, проведена идентификация продуктов разложения нефти в почве. Определена эффективность рекультивационных работ с использованием промышленного биопрепарата «Микрозим».

Ключевые слова : нефть, биологический препарат «Микрозим», идентификация

Rotar O.V. 1 , Iskizhitskaya D.W. 2 , Iskrizhitsky A.A. 3

1 PhD in Chemise associate professor National Research Tomsk Polytechnic University, 2 Undergraduate, National Research Tomsk Polytechnic University, 3 Senior Specialist, Tomsk Scientific Research and Design Institute of Oil and Gas

BIOLOGICAL REVEGETATION THE PETROPOLLUTED GROUNDS

Abstract

The purpose of the given work is research of the mechanism of penetration and distribution of oil on horizons of the ground; identification the products of decomposition oil in the ground. Definition of efficiency revegetation works with use of the industrial biological product “Microzim”.

Keywords : oil, biological product “Microzim”, Identification

Добыча, транспортировка, хранение и переработка нефти и нефтепродуктов очень часто становятся источниками загрязнения окружающей среды. Нефтяное загрязнение отличается от многих других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. Рекультивация – это ускорение процесса самоочищения, при котором используются природные резервы экосистемы: климатические, микробиологические, ландшафтно-геохимические. Важную роль играют и состав нефти, наличие сопутствующих солей, начальная концентрация загрязняющих веществ.

С целью увеличения скорости ремедиации почвенных экосистем и, как следствие, уменьшения негативного воздействия ни них применяют различные технологии восстановления нефтезагрязненных почв. Так, технологии классифицируются по категориям in situ и ex situ.

Технологии ex situ используются для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Этот метод позволяет применять сложные приемы обработки, которые могут быть эффективными и быстродействующими, более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира.

Технологии in situ имеют преимущества вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. В результате снижается риск воздействия загрязняющих веществ на человека и окружающую среду во время извлечения, транспортировки и восстановления загрязненных участков почв, что, в свою очередь, обеспечивает экономию средств. К биологическим методам рекультивации относят сельскохозяйственную обработку почвы, биоремедиацию, фитомелиорацию и естественное разложение токсикантов в почве. Метод биоремедиация основан как на стимулирующем действии аборигенных почвенных микроорганизмов, так и на действии предварительно культивированной биомассы бактерий в виде биологических препаратов.

Наиболее эффективным методом обезвреживания попавших в сточную воду и почву нефтепродуктов являются биотехнологии, которые основаны на окислении нефтепродуктов микроорганизмами, способными использовать нефтепродукты как источник энергии. Традиционные методы рекультивации, такие как землевание, выжигание или сгребание и вывоз загрязненного слоя, в настоящее время устарели и являются неэффективными . При сжигании нефти происходит накопление токсичных и канцерогенных веществ; при землевании – замедление процессов разложения нефти, образование внутрипочвенных потоков нефти и пластовой жидкости, загрязнение грунтовых вод. Таким образом, механические и физические методы не всегда могут обеспечить полное удаление нефти и нефтепродуктов из почвы, а процесс естественного разложения загрязнения в почвах чрезвычайно длителен.

Разложение нефти и нефтепродуктов в почве в естественных условиях – процесс биогеохимический, в котором главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов до углекислого газа и воды. Так как углеводородокисляющие микроорганизмы являются постоянными компонентами почвенных биоценозов, естественно возникло стремление использовать их катаболическую активность для восстановления загрязненных нефтью почв.

Биологическая рекультивация – это рекультивация, проводимая после механической очистки земель от основной массы нефти, основанная на интенсификации микробиологической деградации остаточных углеводородов.

Цель данного исследования состоит в изучение механизма проникновения и распределения нефти и продуктов ее разложения в почве, а также определение эффективности очистки загрязненных нефтью земель с использованием биопрепарата «Микрозим».

Биологические препараты представляют собой активную биомассу микроорганизмов, использующих нефтяные углеводороды в качестве источника энергии и трансформирующих их в органическое вещество собственной биомассы. Исследование проводилось на модельных системах, имитирующих почвенное загрязнение разной степени. В задачу исследования входило проведение отбора проб почв для определения остаточного количества нефти и идентификация продуктов деградации.

Необходимым условием эксперимента являлось соблюдение факторов, присущих природным условиям. Рыхление загрязненных почв увеличивает диффузию кислорода в почвенные агрегаты, снижает концентрацию углеводородов и способствует равномерному распределению компонентов нефти и нефтепродуктов в почве.

Идентификацию продуктов деградации определяли методами газо-жидкостной хроматографии, ультрафиолетовой спектроскопии .

Основные результаты

Оптимальной температурой для разложения нефти и нефтепродуктов в почве является 20°-37°С. Благоприятный водный режим достигался путем полива. Улучшение водного режима обусловливает улучшение агрохимических свойств почв, в частности влияет на активное движение питательных веществ, микробиологическую деятельность и активность биологических процессов. Установлена большая неоднородность распределения нефтяных компонентов, что зависит от физических и химических свойств конкретных почв, качества и состава разлитой нефти.

Как показали исследования, распределение нефти в почве происходит согласно профилю горизонтов. В зависимости от состава и структуры почвы, ее пористости, водопроницаемости, влагоемкости нефть, как смесь химических соединений, распределяется на различную глубину. Битумозные фракции были зафиксированы на глубине 7 см, смолистые фракции – 12 см, легкие -24 см, водорастворимые соединения были обнаружены на глубине 39 см. Содержание нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения – на 40 – 50%. В дальнейшем это снижение идет очень медленно. Окисление углеводородов до CО 2 и Н 2 О происходит по стадиям через образование ряда промежуточных продуктов. Методом газожидкостной хроматографии установлено, что такими продуктами являются кислородные соединения: спирты, органические кислоты, альдегиды.

Смолистые вещества, соединения с атомами серы, азота, полученные в результате трансформации углеводородного сырья, не мигрируют и надолго остаются в почве.

Состав и соотношение продуктов метаболизма зависят от состава исходной нефти и почвенно-климатических условий . В опыте изучения процессов деструкции углеводородов препаратами нефтеокисляющих микроорганизмов, учитывалось влияние на эти процессы климатических условий района, которые характеризуются суровой и продолжительной зимой, коротким, но порой жарким летом и коротким весенне-осенним периодом. Поэтому для приближения исследуемых условий к реальным условиям использовали климатическую камеру, холодильную установку и естественные условия. Препарат добавлялся к пробам грунта с остаточным содержанием нефтепродуктов 20%. Пробы выдерживались при температуре 18°-20°С в течение 10 дней, а затем помещались в морозильную камеру и при температуре -20°С выдерживались с целью имитации зимних условий 60 суток. Как показали наблюдения, после пребывания препарата в камере эффективность его работы снизилась незначительно (8-11 %). Таким образом, можно сделать вывод о возможности внесения препаратов поздней осенью, которые могут включиться в работу весной при наступлении благоприятных условий для их жизнедеятельности.

Кислая среда отрицательно влияет на ферментативный аппарат клеток, а это может замедлить процессы разложения нефтепродуктов. Предварительно определяли кислотность почвы и корректировали ее путем внесения в почву расчетное количество извести.

Для стимулирования почвенной микрофлоры на агротехническом этапе рекультивации использовали комплексные минеральные удобрения (нитроаммофоска, нитрофоска) в дозе 100-120 кг азота на 1 га.

В качестве бактериального препарата использовали «Микрозим», который является биологическим деструктором углеводородов нефти нового поколения, и представляет собой концентрированный биопрепарат уникальных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, комплекса минеральных солей и ферментов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы активно синтезируют собственные ферменты и биологические поверхностно – активные вещества, ускоряющие разложение загрязнителя и облегчающие его микробиологическое усвоение. Происходит активное биохимическое разложение нефти и нефтепродуктов на СО 2 , Н 2 О и, безвредные для окружающей среды, продукты микробного метаболизма.

По критерию максимального потребления углеводородов эффективность очистки составляет 50% нефти за 14 суток после первой обработки почвы биопрепаратом, до 85% в течение первого месяца и до 98% в течение месяца после повторной обработки. Скорость биологического разложения углеводородов в реальных условиях зависит от регулярности и интенсивности доступа кислорода. Потребление 99% углеводородов в реальных условиях достигается в сроки от 2 месяцев при низких и до 4 месяцев – при высоких концентрациях нефтепродукта. Через 24 часа после внесения препарата в почву достигается уровень микробиологической активности, характеризующийся активным выделением СО 2. .

Обработка почвы биопрепаратом значительно активизирует процессы самоочищения почвы, восстанавливает норматив кислородного режима почвы и интенсифицирует активность гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов уже в течение первых 10-14 суток (табл.1).

Таблица 1- Эффективность препарата «Микрозим» в пробах с разным уровнем первоначального загрязнения

	Уровень загрязнения, %	Время воздействия препарата, сутки
1	Низкий
2	Средний
3	Высокий

На опытных площадках с высоким уровнем загрязнения отмечалось различие в результатах по биодеградации нефти. Проведение только агротехнических мероприятий (фрезеровка, внесение минеральных удобрений) эффективно лишь на участках старых разливов или на объектах с невысоким уровнем нефтяного загрязнения.

Таблица 2 – Эффективность рекультивационных мероприятий на участке с высоким уровнем загрязнения

Проведение только агротехнических мероприятий дают эффект снижения уровня загрязнения на 15-20 % в течение одного сезона, только препарата «Микрозим» – до 40 %, а комплексная рекультивация (агротехнические мероприятия и использование биопрепарата) способствует очистке почв на 60-80 % в течение одного сезона работ. Эффективность рекультивационных мероприятий представлена в табл. 2.

Таким образом, осуществляется биологический круговорот: расщепление углеводородов, загрязняющих почву, микроорганизмами, то есть их минерализация с последующей гумификацией.

Литература

1. Врагов А.В., Князева Е. В., Нуртдинова Л. А. Проведение рекультивации земель. НГУ, Новосибирск, 2000. 67 с.

2. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Справочник инженера-эколога нефтегазодобывающей промышленности по методам анализа загрязнителей окружающей среды: В 3ч. – М:ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999.-Ч.2: Почва.- 634 с.

3. Ротарь О.В., Искрижицкий А.А. Некоторые аспекты биологической рекультивации Экологическое сопровождение нефтегазовых месторождений. РАН СО Новосибирск: 2005.С. 83-96.

4. Сметанин В.И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. -М: Колос, 2000. 96 с.

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ "рекультивация" - весь комплекс работ, проводимый на нарушенной территории и включающий в себя: сбор и нейтрализацию нефтяной органики, восстановление плодородия почвы и создание стабильного растительного покрова.

три основных этапа естественного разрушения нефти на земной поверхности: I этап - длится в среднем 1, 5 года. Преобладают физико-химические процессы, включающие проникновение нефти вглубь почвы, испарение легких фракций, вымывание, окисление атмосферным кислородом и фотохимическое разложение нефтяных углеводородов. Концентрация нефти в почве за этот период снижается на 40 -50%. II этап - длится 3 -4 года после окончания первого. Разложение нефти происходит под воздействием почвенных углеводородокисляющих микроорганизмов, численность которых при этом увеличивается в 25 раз. Происходит разрушение метано-нафтеновых фракций, являющихся самыми токсичными компонентами нефти для растений и почвенных животных. III этап - начинается через 4, 5 -5 лет после разлива нефти и длится до ее полного разрушения. Этап характеризуется микробиологическим разложением остальной менее токсичной части углеводородов и смолистоасфальтеновых компонентов, которые образуют на загрязненной поверхности сплошные жесткие корочки - так называемые киры. В самом начале этапа возможно возобновление некоторых видов растений, устойчивых к повышенному содержанию нефти в грунте. Но их появлению препятствуют киры, которые не позволяют воздуху проникать в корнеобитаемый слой торфа, вызывая своеобразное удушье растений и почвенных животных. С химической точки зрения, полностью процесс естественного разрушения нефти заканчивается не менее чем через 25 лет, однако токсические свойства нефти исчезают уже через 10 -12 лет, продукты ее разложения частично включаются в почвенный гумус, частично растворяются и удаляются из почвенного профиля.

Рекультивация как совокупность химических, биологических и физических методов очистки почв РЕМЕДИАЦИЯ (от латинского remedium «лекарственное средство») – совокупность биологических и химических технологий очистки почв от антропогенного загрязнения. Биоремедиация - способ ремедиации почв с использованием биологических средств. Одним из важнейших направлений ремедиации является очистка почв от нефтяного загрязнения. К физическим методам рекультивации загрязнённых земель относится механическое снятие замазученных и битуминизированных грунтов, содержащих свыше 5 % углерода нефтепродуктов, либо удаление плёнки нефтепродуктов при помощи гидронасоса с последующим покрытием очищенной территории известью, металлолитейным песком, керамзитом. К химическим методам рекультивации земель относятся обработка почвы высокоактивными адсорбентами, гипсование с промыванием, внесение органических и минеральных удобрений. В настоящее время наиболее эффективным методом рекультивации (ремедиации) нефтезагрязненных почв является биологический, резко сокращающий (в 3 -4 раза) время восстановления земель. К биологическим методам рекультивации относятся внесение микробных препаратов, разлагающих нефть, направленная активизация почвенной микрофлоры, а также фитомелиорация – высев многолетних трав.

эколого-экономический эффект: 1. сокращение периода очищения и восстановления нарушенных участков до исходных состояний; 2. снижения общих материальных затрат на рекультивацию. типичные ошибки, допускаемые при проведении рекультивационных работ на нефтезагрязненных участках болот. При ликвидации свежих разливов нефти в первые два года применяются следующие мероприятия: 1) засыпка загрязненных участков песком и торфом, 2) перепахивание или рыхление поверхности сельхозорудиями (бороны, плуги и т. д.) и гусеницами вездеходов, 3) внесение нефтеокисляющих микроорганизмов (НОМ).

ЛОКАЛИЗАЦИЯ РАЗЛИВА НЕФТИ И ЕЁ СБОР Торфяная обваловка по периметру разлива (используются болотоходы типа "КАРТ"). Проходка направляющих траншей и борозд к общему приемному зумпфу. Установка мобильных боновых заграждений. Сбор нефти производится с использованием обычной откачивающей техники и специализированных нефтесборщиков. Для сбора нефти из межкочковых углублений - ранцевые вакуумные насосы. Основное условие сбора нефти - минимальное перемещение техники и людей по рекультивируемой поверхности, по сохранившимся участкам растительности. Сбор остаточной нефти - метод принудительной отмывки почв и растительного покрова от нефти водой (заводнение загрязненного участка на непродолжительный период, либо его периодическим дождеванием поливальными установками). Использование сорбентов, в частности торфяных матов (удерживающая способность 1 м 2 составляет от 10 до 40 кг нефти при 1215 -тикратном использовании). Уникальные сорбционные свойства имеет и природный минерал - вермикулит. Использование биопрепаратов, содержащих готовые ферменты, разрушающие нефтяные углеводороды (Белвитамин). Мульчирование загрязненной поверхности, с помощью лесопожарных грунтометов, тонким слоем (3 -5 см) высушенной торфяной (сфагновой) крошкой.

Восстановление нефтезагрязненных участков верховых болот возможно сократить с двух-трех десятков лет, которые потребовались бы в случае естественного протекания процессов их самовосстановления, до 1 -3 лет. Это зависит от соблюдения следующих основных условий: учета природной этапности разложения нефти; правильности выбора рекультивационных технологий для каждого конкретного нарушенного участка и их осуществление в полном объеме; максимального использования естественных механизмов самоочищения природы; минимально возможной технической нагрузки на рекультивируемую поверхность болот.

Нанесение на рекультивируемую поверхность методом дождевания минеральных удобрений и раскислителя для роста имеющихся в торфе нефтеокисляющих микроорганизмов, а также аэрации верхних горизонтов аэрации торфа падающей водой. Рекомендуемые дозировки минеральных элементов: Рекомендуемые дозировки минеральных элементов азота (N) - 14 -35 кг/га, фосфора (Р) - 5 -12 кг/га, калия (К) - 11 -27 кг/га. При применении комплексного удобрения "Нитроаммофоска 17 -17 -17", содержащего все указанные компоненты, норма внесения составляет 80 -200 кг/га. Количество раскислителя Д = 0, 05 Н · d · h, где Д - норма внесения карбоната кальция, т/га; Н - гидролитическая кислотность почв, мг-экв/100 г; d - плотность почвы, г/см 3 ; h - глубина известкуемого слоя почвы, см.

При рекультивации торфяных почв наиболее предпочтительным является применение способов стимулирования метаболической активности собственной аборигенной микрофлоры почвы - углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) Посредством комплекса агротехнических мероприятий и внесения алюмосиликатных минералов можно добиться 70 -80 % - й степени очистки почвы за один вегетационный сезон. Вид участка до (а) и после (б) рекультивации Загрязнение почв обедненной азотом нефтью приводит к установлению в почве режима резкого дефицита азота для микроорганизмов, что является одним из основных лимитирующих факторов быстрого самовосстановления почвы. Применение азотных минеральных удобрений в оптимальных количествах позволяет устранить данное лимитирование.

СТАДИИ ДЕЙСТВИЯ СОРБЕНТА НА НЕФТЬ Вылито 250 грамм отработки Процесс сорбции практически завершен Введен сорбент Возможность экстренного сжигания Начинается процесс сорбции нефтепродуктов

Боны сорбирующие (БСС, БС, МБС) предназначены для сорбционной чистки водной поверхности от нефти (нефтепродуктов), создания сорбционных барьеров (рубежей удерживания) на воде или вокруг технологического оборудования на твердых поверхностях, а также изоляции от загрязнений нефтью (нефтепродуктами) береговой полосы рек, водоемов, портовых и др. сооружений.

ПОДПОРНЫЕ СТЕНКИ Применяется в качестве миниплотин для отвода стока нефти к месту сбора, создания берегового барьера. Состоит из жёстко соединяемых секций с опорными устройствами и защитного полога из полимерно - тканевого материала. ПС-0, 5/30 З - Зимнее надлёдное заграждение, для создания механического барьера при розливе нефти и н/п на лёд и мёрзлые почвогрунты с использованием винтовых анкеров.

Автономный распылитель сорбента "РАС" предназначен для механизации работ по нанесению сорбента на поверхности (вода, суша), загрязненные нефтью и нефтепродуктами.

Скиммер пороговый Скиммер СП-1 порогового типа предназначен для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды в условиях с ограниченным доступом: котлованах, узких и мелких протоках рек со скоростью течения до 1 м/с. СП-1 наиболее эффективен для уборки небольших локальных разливов. Осадка (100 мм) позволяет работать на мелководье. Скиммер подключается к вакуумным установкам ВАУ-1, ВАУ-2 или мотомпомам. При подключении к вакуумным установкам скиммер снимает верхний слой нефти и нефтепродуктов до 15 мм. При подключении к мотопомпам толщина откачивающего слоя меняется от 3 до 15 мм.

Скиммер пороговый СП-3 M n Скиммер с самонастраивающимся порогом предназначен для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды в водоемах: реках, озерах, болотах и т. д. Главной особенностью конструкции является наличие. n В зависимости от производительности насоса величина откачиваемого слоя меняется от 3 до 50 мм. Это позволяет устанавливать такой режим работы, когда на слив поступает нефть с минимальным количеством воды. n Скиммер может устанавливаться в боновое заграждение, так и отдельно. Осадка (50 мм) позволяет работать на мелководье. С берегом скиммер соединяется гибким рукавом. Заградительная сетка служит для предотвращения попадания механических примесей в заборную часть скиммера.

Разборные резервуары (РР- 4, 7, 10) предназначены для сбора и временного хранения нефти и нефтепродуктов при ликвидации аварийных разливов, а также плановых работ по очистке нефтяных амбаров, нефтехранилищ, прудов-отстойников и т. п. Могут использоваться для хранения запаса воды. Резервуар представляет собой цилиндрическую обечайку, собираемую из алюминиевых секций, внутри которой устанавливается герметичный чехол из прочной нефтестойкой полимерной ткани. Для слива собранной жидкости предусмотрена сливная горловина с вентилем "Ду-50". Жидкость можно откачивать с использованием любого насосного оборудования.

Насосы вакуумные ВАУ Назначение ВАУ-1 М/н 300 Э, ВАУ-1 М/н 300 А. : ВАУ-1 М/н 300 Э, ВАУ-1 М/н 300 А. Комплект оборудования для механизации работ по вакуумному сбору разлившейся нефти и нефтепродуктов, а также отработанного сорбента с твердой и водной поверхности. Установка ВАУ-1 предназначается для ликвидации небольших разливов нефти и нефтепродуктов.

Установка ФАКЕЛ для сжигания нефтесодержащих продуктов Факел-Э -С электроприводом, Факел-А с приводом от ДВС Установка ФАКЕЛ предназначена для сжигания нефтесодержащих продуктов, образующихся при проведении работ, связанных с устранением аварийных разливов нефти: отработанных сорбентов, нефтевпитывающих матов и бонов, обтирочных и других материалов разрешенных к утилизации термическим способом.

Болотоход ПХ-1 Высокопроходимая машина предназначена для выполнения транспортных (перевоз людей и грузов на монтируемых и прицепных платформах с ограждением) и технологических (рекультивация грунта, канавокопание, разбрасывание удобрений) операций на переувлажненных торфоминеральных грунтах и неосушенных болотах, с влажностью 90%, толщиной мерзлого грунта не более 0, 05 м. При температуре воздуха от -10°С до +40°С, в светлое время суток на болотах, по ямам, буграм с уклоном до 15°, канавам шириной до 1, 5 м.

Торфяной канавокопатель МТП-37 С Комплект механизмов и машин для выполнения всего комплекса работ по ликвидации аварийных разливов нефти на торфяных залежах (от откачки и сбора нефти на месте аварии до отбора проб при проведении ежегодного мониторинга пораженных участков) разработан на базе торфяного канавокопателя МТП-37 С для выполнения различных работ в условиях незамерзающих болот, как в летний, так и в зимний период.

Очистка загрязненных нефтью почв с использованием химических реагентов серии n-clean 10 Реагент n-clean 10 - комплекс неионогенных поверхностно-активных веществ, специально разработанный для очистки загрязненных нефтью почв, удаления нефтешламов и разливов нефти. Реагент n-clean 10 полностью биоразлагаемый и неопасный для окружающей среды. Технология очистка загрязненных нефтью почв при помощи реагента n-clean 10 не уступает биологической очистке по эффективности, экономичности и простоте и отличается универсальностью и быстротой достижения результата. Раствор реагента обволакивает частицы нефти, отделяет их от почвы и суспензирует их в воде. После нескольких часов отстаивания суспензия под действием реагента расслаивается на нефть, воду и твердый неорганические частицы.

Универсальная Мобильная Система для Очистки Почв (УМСОП) Загрязненная почва загружается в УМСОП, которая может обрабатывать до 200 т загрязненной почвы в час. УМСОП - комплексная система, которая размельчает загрязненную почву, и, обеспечивая требуемую влажность и доступ воздуха, взбрызгивает в почву химреагент(ы) и/или биопрепарат(ы) в требуемых количествах/пропорциях. УМСОП обеспечивается моментальный доступ химреагентов/биопрепаратов к мельчайшим частицам почвы, в результате чего эффективность и быстрота воздействия химреагентов/биопрепаратов на почву повышается во много раз.

канадский способ рекультивации Метод «парниковой гряды» - микробиологическое окисление с естественным повышением температуры («горит» как навозная куча). На грунтовую подушку шириной 3 м укладываются змейкой перфорированные пластиковые трубы, которые затем засыпаются слоем гравия, щебня или керамзита, или материала типа «дорнит» . На эту пористую подушку сэндвичем укладываются чередующиеся слои нефтезагрязненного грунта и удобрений. В качестве последнего используется навоз, торф, опил, солома и минеральные удобрения, можно добавлять микробиологические препараты. Гряда укрывается полиэтиленовой пленкой, в трубы подается воздух от компрессора соответствующей мощности. Компрессор может работать или на топливе, или на электричестве – если есть подключение. Воздух распыляется в пористой подушке и способствует быстрому окислению. Трубы можно использовать многократно. Пленка предотвращает охлаждение; если подавать нагретый воздух и дополнительно утеплить гряду торфом или «дорнитом» , то способ будет эффективен и зимой. Нефть окисляется практически полностью за 2 недели, остаток нетоксичен и на нем прекрасно растут растения.

1.7 Мероприятия по рекультивации нефтезагрязненных почв

Рекультивацию земель в зависимости от объемов нарушения в геосистеме и ее ранга можно ограничивать локальными мероприятиями или крупномасштабными проектами восстановления компонентов, свойств и нарушенных связей в ландшафте.

Комплекс рекультивационных работ представляет собой сложную многокомпонентную систему взаимоувязанных мероприятий, структурированных по уровню решаемых задач и технологическому исполнению.

Выделяют следующие этапы рекультивации:

подготовительный -- предпроектные и проектные работы, которые содержат концепцию, схему, обоснования инвестиций, инженерные изыскания, стадии проектирования (проект и рабочую документацию);

технический -- инженерно-техническая часть проекта, направленная на ликвидацию последствий антропогенной деятельности, создание техногенной составляющей, обеспечивающей восстановление и функционирование нарушенной геосистемы;

биологический -- завершающая часть проекта рекультивации, которая включает систему земледелия, озеленение, лесное строительство, биологическую очистку почв, агромелиоративные и фиторекультивационные мероприятия, направленные на восстановление процессов почвообразования и завершение формирования техноприродного (культурного) ландшафта.

Продолжительность выполнения этих этапов условно определяют как рекультивационный период, срок окончания которого обосновывается проектом на основе эколого-экономических расчетов. Рекультивационный период в зависимости от состояния нарушенных земель и их целевого использования может длиться от одного до нескольких лет. Однако рекультивация не заканчивается сроком окончания строительства, на сильно нарушенных землях необходимо длительное управление физико-химическими и биологическими процессами с использованием инженерно-экологических систем. Ориентировочно этот период может быть определен сроками восстановления компонентов природы, которые обеспечат устойчивость геосистемы и ее функционирования.

При проведении военных учений, геолого-разведочных, поисковых, изыскательских и других работ, не связанных с изъятием земель, сроки рекультивации определяются по согласованию с собственниками земли, землевладельцами, землепользователями, арендаторами .

Процесс рекультивации нефтезагрязненных земель, включает:

удаление из состава почвы нефти и нефтепродуктов;

рекультивацию земель (технический и биологический этап).

Рекультивация загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель проводится в несколько стадий, сроки проведения которых должны быть указаны в проекте. Сроки и стадии рекультивации намечаются в соответствии с уровнем (степенью) и временем загрязнения (дата разлива), почвенно-климатическими условиями данной природной зоны, ландшафтно-геохимической характеристикой загрязненных земель и состоянием биоценоза.

Выделяются два уровня загрязнения:

умеренное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем активизации процессов самоочищения техническими (агротехническими) приемами (внесением удобрений, поверхностной обработкой и глубоким рыхлением и т.д.);

сильное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем проведения специальных мероприятий, способствующих созданию аэробных условий и активизации углеводородоокисляющих процессов.

Нарушенные земли должны быть рекультивированы преимущественно под пашню и другие сельскохозяйственные угодья. В этом случае, рекультивация земель должна включать получение заключения агрохимической и санитарно-эпидемиологической служб об отсутствии опасности выноса растениями веществ, токсичных для человека и животных [ГОСТ 17.5.3.04-83] .

Если рекультивация земель в сельскохозяйственных целях нецелесообразна, создаются лесонасаждения с целью увеличения лесного фонда, оздоровления окружающей среды или защиты земель от эрозии; при необходимости создаются рекреационные зоны и заповедники.

Требования к рекультивации земель при рекреационном направлении должны включать: вертикальное планирование территории с минимальным объемом земляных работ, сохранение существующих или образованных в результате производства работ форм рельефа на стадии технического этапа.

Рельеф и форма рекультивированных участков должны обеспечивать их эффективное хозяйственное использование.

Рекультивируемые земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт.

При умеренном загрязнении достаточно проводить только технический этап рекультивации в расчете на самоочищение почвы .

Технический этап рекультивации

Технический этап включает в себя проведение работ создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап). Меры технической рекультивации - это ускорение процессов физического очищения почвы.

На техническом этапе происходит выветривание нефти, испарение и частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности почвы, восстановление микробиологических сообществ, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов, частичное восстановление сообщества почвенных животных. Часть компонентов превращается в твердые продукты, что улучшает водно-воздушный режим почвы. Аэрация и увлажнение почвы в значительной мере способствуют интенсификации этих процессов, снижению концентрации нефти и более равномерному ее рассеиванию.

При проведении технического этапа рекультивации земель в зависимости от направления рекультивируемых земель должны быть выполнены следующие основные работы:

грубая и чистовая планировка поверхности отвалов, засыпка нагорных, водоподводящих, водоотводных каналов; выполаживание или террасирование откосов; засыпка и планировка шахтных провалов;

освобождение рекультивируемой поверхности от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций и строительного мусора с последующим их захоронением или организованным складированием;

строительство подъездных путей к рекультивированным участкам, устройство въездов и дорог на них с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники;

устройство, при необходимости, дренажной, водоотводящей оросительной сети и строительство других гидротехнических сооружений;

устройство дна и бортов карьеров, оформление остаточных траншей, укрепление откосов;

ликвидация или использование плотин, дамб, насыпей, засыпка техногенных озер и протоков, благоустройство русел рек;

создание и улучшение структуры рекультивационного слоя, мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородных пород;

создание, при необходимости, экранирующего слоя;

покрытие поверхности потенциально плодородными и (или) плодородными слоями почвы;

противоэрозионная организация территории.

Корчевка погибшей древесной растительности проводится корчевателями-собирателями. Перед началом работ участок разлива нефти разбивают на загоны шириной 10-15 м, которые должны иметь направление с востока на запад с тем, чтобы валы древесины были расположены с севера на юг, для улучшения условий сушки выкорчеванной древесины. Выбор схем движения агрегатов при расчистке площадей от замазученной древесно-кустарниковой растительности определяется характером местности.

При производстве горнопланировочных работ чистовая планировка земель должна проводиться машинами с низким удельным давлением на грунт, чтобы уменьшить переуплотнение поверхности рекультивируемого слоя. Для выполнения работ на переувлажненных торфяных грунтах применяются бульдозеры-болотоходы. При дальнейшей подготовке участка должно быть проведено глубокое безотвальное рыхление уплотненного горизонта для создания благоприятных условий развития корневых систем растений.

На тяжелых суглинистых почвах (особенно в южнотаежнолесной и лесостепной зонах) для которых опасность ветровой эрозии невелика, необходимо проводить рыхление, преимущественно отвальную обработку на глубину до 20 см. Эти участки остаются в течение технического этапа рекультивации в виде пара (пахотный участок без посева). Там, где рыхление может привести к появлению эрозии, на загрязненных нефтью участках проводится поверхностная обработка на глубину 8-10 см с оставлением необработанных полос шириной 2-3 м поперек склонов или направлений господствующих ветров. В зонах распространения пород подверженных ветровой эрозии необходимо выполнять мероприятия предотвращающие дефляцию почв. Приемы закрепления перевеиваемых грунтов предусматривают:

увеличение расчлененности рельефа путем устройства канав, валиков, валов, уменьшающих энергию ветропесчаного потока и способствующих аккумуляции переносимого ветром потока песка;

устройство механических заграждений из местных материалов (кустарники, кустарнички, злаки), полимерных материалов (полиэтиленовая пленка), цементно-песчаных блоков;

уменьшение подверженности песчаных грунтов выдуванию путем локального изменения их механического состава внесением тонкодисперсных (глинистых и суглинистых) грунтов или вяжущих веществ.

Сроки проведения технического этапа рекультивации определяются органами, предоставившими землю и давшими разрешение на проведение работ, связанных с нарушением почвенного покрова, на основе соответствующих проектных материалов и календарных планов. Время окончания технического этапа зависит от времени загрязнения, ориентировочно его можно прогнозировать по таблице .

Таблица 1

Сроки технического этапа рекультивации

Биологический этап рекультивации

Биологический этап включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы. Биорекультивация - это оптимизация физико-химического и биологического факторов очищения почвы.

Биологический этап выполняется после завершения технического этапа и заключается в подготовке почвы, внесении удобрений, биопрепаратов, подборе трав и травосмесей, посеве, уходе за посевами и направлен на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях.

Биологический этап осуществляется после полного завершения технического этапа по восстановлению плодородного слоя почвы в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85 и комплексе с механическими методами. При проведении данного этапа рекультивации должны быть учтены требования к рекультивации земель по направлениям их использования.

На сильно загрязненных нефтью и нефтепродуктами участках для ускорения процесса биодеградации нефти и нефтепродуктов могут вноситься биологические препараты, имеющие разрешение государственных служб. Использовать препараты следует согласно инструкции по их применению и по технологии, согласованной с местными органами Федерального агентства кадастра объектов недвижимости. Необходимым условием для успешной переработки нефти и нефтепродуктов нефтеокисляющими бактериями является величина активной реакции (рН) почвы, она должна быть не менее 6.5.

Внесение рабочих растворов биопрепарата на обрабатываемую поверхность осуществляется с помощью насоса и распылителя. При этом обеспечивается интенсивное рыхление очищаемого почвенного слоя .

Дня внесения рабочей суспензии на небольших площадях загрязнений используются пожарные машины, мотопомпы, опрыскиватели, дождевальные аппараты и машины, на более крупных - агрегаты с большим объемом резервуара.

При проведении биорекультивации необходимо учитывать, что органические вещества и микроэлементы, содержащиеся в составе нефти, при определенной трансформации и снижении концентрации до 300 мг нефти на 1 кг почвы могут быть стимуляторами роста растений и пищевыми компонентами для почвенного биоценоза.

Биологический этап включает две стадии - пробный посев трав и фитомелиоративный с внесением минеральных удобрений и посевом устойчивых к загрязнению многолетних трав. При посадке растений следует избегать посадки деревьев хвойных пород, деревьев, кустарников и трав, выделяющих волокнистые вещества или опушенные семена.

Цель пробного посева трав - оценить остаточную фитотоксичность почвы, интенсифицировать процессы биодеградации нефти и нефтепродуктов и улучшения агрофизических свойств почвы, уточнить сроки перехода к заключительной стадии рекультивации.

Перед пробным посевом трав бобовых культур проводится вспашка (на глубину загрязнения), рыхление и дискование. Посев и уход за посевами осуществляются по нормам и технологиям, принятым в почвенно-климатической зоны. Высеваемые травы должны обладать способностью быстро создавать сомкнутый травостой и прочную дернину, устойчивую к смыву и выпасу скота, быстро отрастать после скашивания. Семена трав, предназначенные для посева, должны соответствовать требованиям стандарта и по посевным качествам быть не ниже II класса.

Семена бобовых трав следует по возможности скарифицировать. Перед посевом семена бобовых желательно подвергнуть инокуляции обработке бактериальными удобрениями (нитрагин) .

Слежавшиеся минеральные удобрения перед внесением в почву необходимо измельчить и просеять через сито. В случае припосевного внесения удобрений смешивание их с семенами производится непосредственно перед посевом. Сульфат аммония, аммиачную селитру нельзя смешивать, рассеивать и заделывать в почву одновременно с известью. Суперфосфат и калийные удобрения целесообразно вносить вместе с известью.

Перед проведением биорекультивации нарушенных земель на кислых почвах предварительно проводят мелиоративные мероприятия, в том числе известкование почв. Дозы извести устанавливаются по справочным и нормативным документам, действующим в почвенно-климатической зоне.

В зависимости от дозы извести определяют способ ее заделки в почву. При внесении извести необходимо равномерно распределить ее по полю, лучше перемешать со всем пахотным слоем почвы. Это может быть достигнуто при заделке извести под культивацию.

При поверхностном внесении извести, дозы должны быть уменьшены до 1/2-1/5 от полной дозы. Малые дозы извести действуют на процесс нормализации кислотности почвы более эффективно в первый год после внесения .

На второй стадии биологического этапа спустя 1.5-2.5 года после загрязнения проводится посев многолетних трав. Он начинается, если пробный посев трав дал всходы не менее чем на 75% площади. Перед посевом многолетних трав проводится боронование, внесение минеральных удобрений, культивация почвы. Внесение удобрений проводится с целью интенсификации жизнедеятельности микробных сообществ в почве и увеличения биомассы растений, что, в свою очередь, способствует усилению процессов восстановления плодородия земель.

Для контроля за восстановлением земель и качеством выращенной биомассы одновременно проводится посев тех же культур по аналогичной технологии на контрольном (незагрязненном) участке на буферной площади между нефтезагрязненным участком и землями, используемыми для хозяйственных целей. Если зарастание на загрязненном участке составляет не менее 75% площади земель по сравнению с зарастанием на контрольном участке, то рекультивационные работы считаются законченными и участок следует передать землевладельцу.

Зеленую массу возделываемых трав по окончании рекультивации использовать в кормовых целях не рекомендуется. Ее оставляют на рекультивируемом участке и используют в качестве сидерального удобрения (после обработки дисковыми лощильщиками зеленую массу запахивают). Использование рекультивируемых земель в качестве сельскохозяйственные угодий возможно только после получения заключения агрохимической и санитарно-эпидемиологической служб об отсутствии опасности выноса растениями веществ, токсичных для человека и животных [ГОСТ 17.5.3.04-83].

Выбор видов трав проводится исходя из местных почвенно-климатических условий и рекомендаций зональной системы земледелия субъектов Российской Федерации .

При рекультивации нефтезагрязненных земель нужно учитывать модифицирующее действие нефти на основные свойства почвы и динамику естественной биодеградации нефти. Комплекс мероприятий по очистке почвы от нефтяного загрязнения включают два момента: 1)активизация абиотических физико-химических процессов деградации свежей нефти; 2)стимуляция почвенной углеводоокисляющей микрофлоры и фитомелиорация. Причём изменённые свойства загрязнённой почвы позволяют предположить направление необходимых воздействий, а поэтапность процесса естественной деградации нефти в почве указывает на наиболее рациональную последовательность отдельных мероприятий .

Биоремедиация нефтезагрязненных почв

Основы экологии

Почвенные ресурсы являются одной из самых необходимых предпосылок обеспечения жизни на Земле. Почва как элемент биосферы призвана обеспечить биохимическую среду для человека, животных и растений...

Очистка почв от нефтяных загрязнений с использованием углеводородокисляющих микроорганизмов

Рекультивация закрытых полигонов - комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности восстанавливаемых территорий, а также на улучшение окружающей среды. Кроме полигонов...

Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов

Полного восстановления продуктивности и хозяйственной ценности территории закрытого полигона рациональными в технико-экономическом отношении средствами добиться невозможно и здесь необходимо говорить о направлениях рекультивации...

Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов

Рекультивация полигона выполняется в два этапа: 1. Технический 2. Биологический Технический этап рекультивации включает исследования состояния свалочного тела и его воздействия на окружающую природную среду...

Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов

Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов

Технологическая схема рекультивации закрытых свалок без переработки свалочного грунта приведена на рис. 1. По данной схеме производится выполаживание откосов (1) бульдозером (2)...

Рекультивация территорий закрытых полигонов твердых бытовых отходов

По окончании технического этапа участок передается для проведения биологического этапа рекультивации закрытых полигонов. Биологический этап рекультивации продолжается 4 года и включает следующие работы: подбор ассортимента многолетних трав...

Нефтяное загрязнение отличается от многих других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию...

Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с упором на подходы биоремедиации

Рекультивация земель - это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель...

Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с упором на подходы биоремедиации

Существующие механические, термические и физико-химические методы очистки почв от нефтяных загрязнений дорогостоящи и эффективны только при определенном уровне загрязнения (как правило, не менее 1% нефти в почве)...

Технология охраны и воспроизводства природных ресурсов

Рекультивация земель - комплекс работ по восстановлению продуктивности земель, улучшению условий окружающей среды. Нарушение земель идет при разработке месторождений полезных ископаемых, выполнение геологоразведочных...

Технология рекультивации загрязненных земель нефтяного комплекса Октябрьского района

Комплекс мероприятий по очистке почвы от нефтяного загрязнения включают два момента: первый - активизация абиотических физико-химических процессов деградации свежей нефти; второй - стимуляция почвенной углеводоокисляющей микрофлоры и...

Экологические проблемы Кузбасса

Проблема рекультивации техногенных земель, возвращение их во вторичное народохозяйственное использование стала важной экономической задачей. Особенно в Кузбассе, где площади нарушенных территорий превысили 70 тыс.га...

PAGE \* MERGEFORMAT 12

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра кадастра недвижимости и геод е зии

ОПД.В.04 РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическому занятию № 4 по теме:

«Рекультивация земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами»

Специальность 120301 Землеустройство

Уфа 2012

УДК 631.4

ББК 40.3

М 54

Рассмотрены и обсуждены на заседании кафедры кадастра недвижимости и геодезии (протокол № от 2012 года)

Составитель: доцент, к.с.-х.н. Минниахметов И.С.

Рецензент: к.с.-х.н., доцент кафедры земледелия и почвоведения

Га й син В.Ф.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой кадастра недвижимости и геодезии, к.с.-х.н., доцент Ишбулатов М.Г.

г. Уфа, БГАУ, кафедра кадастра недвижимости и геодезии

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Цель занятия — научиться разрабатывать системы мероприятий по рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В условиях возросшей в XX веке антропогенной нагрузки на биосферу планеты, почва являясь элементом природной системы и находясь в динамическом равновесии со всеми другими компонентами, подвергается деградационным процессам. Одной из наиболее типичных проблем современности является загрязнение нефтью и нефтепродуктами почвенного покрова территорий в результате аварийных ситуаций при добыче, транспортировке и переработке нефти.

В настоящее время отдельные нефтедобывающие территории по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Возникает угроза устойчивой, а часто необратимой трансформации условий функционирования природных систем и изменений качества жизни на значительных площадях в разных природных зонах — от Крайнего Севера до юга страны. Происходят глубокие изменения практически всех компонентов окружающей среды: почв и структуры почвенного покрова, грунтов и недр, поверхностных и подземных вод, биоты и воздуха.

Нефтяная промышленность по опасности воздействия на окружающую среду занимает третье место в числе 130 отраслей современного производства (Панов и др., 1986).

Поскольку на современном уровне развития нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности не представляется возможным исключить ее воздействие на окружающую среду, возникает необходимость рекультивации земель, загрязненных нефтью, нефтепродуктами и высокоминиралезованными нефтепромысловыми сточными водами (НСВ).

Загрязнение почвы нефтью и НСВ отличается от многих других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постоянную, а, как правило, "залповую" нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. При оценке последствий такого загрязнения не всегда можно сказать, вернется ли экономика к устойчивому состоянию или будет необратимо деградировать. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экономике большой вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении.

Концепция восстановления экономики опирается на этот принцип. Е e суть м аксимальная мобилизация вн утренних ре су рсов на восст ановление своих первоначальных ф ункций.

В настоящее время рекультивация нефтезагрязненных земель в Башкортостане проводится, как правило, без достаточного научного обоснования. Ликвидация последствий разливов нефти проводится часто таким способом, что происходит необратимое уничтожение плодородного слоя почвы, например, при сжигании нефти, засыпке загрязненных участков грунтом, вывозе загрязненной почвы в отвалы.

1 Методические положения

1.1 Методы рекультивации

Методы рекультивации, применяемые в зарубежной и отечественной практике, можно условно разделить на четыре группы: физические, физико- химические, химические и биологические.

К физическим методам относятся механическое снятие замазученных и битумизированных слоев почвы, содержащих свыше 5 % углерода нефтепродуктов (Якубов, 1989), сбор нефтепродуктов с поверхности с помощью гидронасоса ( Hinchel и др., 1988), смешивание загрязненных почв с чистой почвой для уменьшения содержания нефти и нефтепродуктов (Абдуев, Аскеров, 1979; Ахмедов и др., 1988; Исмаилов, Пиковский, 1988).

Рядом авторов предлагается интенсивно аэрировать нефтезагрязненные почвы, используя при этом глубокою вспашку, рыхление, дискование, боронование (Самосова и др., 1979; Андерсон, Пропадущая, 1979, Аскеров, 1982; Оборин и др., 1988).

Balch Thomas (1993) предлагает интенсивно собирать загрязненную почву в покрытые кучи высотой 4—5 м и шириной до 40 м, в основании которых располагается сеть перфорированных труб для подачи горячего воздуха. В результате диффундирования нагретый воздух захватывает углеводороды и летучие органические соединения.

Н asler Anders (1989) рассматривает возможность применения методов очистки путем нагрева почвы до температуры 700°С или с помощью струи воды под высоким давлением. Heimhard Hans - l ü rgen (1987) предлагает использовать водно-воздушную струю высокого давления. Weston Roy F . (1998), Matig J ., Т r ü benbach G . (1991), Joseph E . Musul (1993) используют технологию нагрева почвы, при этом происходит испарение влаги и органического вещества. Jorgenson Torre М., Krizan Larry W et . al . (1991) разработали поэтапную технологию очистки нефтезагрязненных земель на Аляске. Перед замерзанием почвы нефть удалялась механически и с помощью промывания, летом следующего года почву удобрили, аэрировали, создали определенную влажность, что способствовало благоприятным условиям для разложения нефти. В результате этих мероприятий произошло снижение содержания углеводородов нефти на 94 % от начального.

Физико-химические методы предполагают применение специально подобранных поверхностно-активных веществ (диспергаторов, дезмульгаторов и т.д.) вспомогательных веществ, влияющих на изменение состояния и коллоидно-дисперсной структуры взвешенных частиц в нефтяной и водной фазах.

Для очистки больших территорий, загрязненных вредными техногенными соединениями, предлагается использовать широко распространенные природные сорбенты органического происхождения (торф, мох, чернозем, уголь), глины и глинистые материалы с высокой емкостью поглощения по отношению к загрязнителям.

Hasler Anders (1989) предлагает обжиг загрязненных почв с одновременным добавлением в них вяжущих веществ, после термообработки образующийся конгломерат используется как строительный материал, a Rez D . H . (1993) использует для обезвреживания жидких и твердых углеводородов портландцемент, при этом углеводород изолируется от соприкосновения с окружающей средой.

Punt и др. (1991) предлагают экстракцию загрязняющих почву нефтепродуктов перегнанной фракцией природного конденсата и гексана, а Bulman и др. (1993) и Greiner D (1994) — химическое насыщение почвы кислородом для восстановления ее биологической активности. Hinchel R . E ., Downey D . C . и др. (1998) показали возможность использования закачки воды, обогащенной кислородом или содержащей перекись водорода.

Большая роль в ускорении разложения нефти и нефтепродуктов в почве принадлежит минеральным и органическим удобрениям (Самосова и др., 1979; Демиденко и др., 1983; Абзалов и др., 1988; Гайнутдинов и др., 1988, Тишкина, 1990).

Особенно важно применение азотных удобрений, т.к. в почве при нефтяном загрязнении вносится большое количество С, резко изменяя соотношение C : N . Для нормального развития микроорганизмов требуется на 1 часть азота 10 частей углерода, в грязных до 400—420 ( Odu , 1978).

Биологичес кий метод — является наиболее эффективным и экологическим методом рекультивации нефгезатрязненных почв. Они включают в себя использование биопрепаратов и биостимуляторов для деградации нефти и нефтепродуктов.

В разложении нефти в почве главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов до углекислого газа и воды. Основной вклад в этот процесс вносят микроорганизмы, способные использовать углеводороды в качестве единственного источника органического вещества и энергии. Тип почвы, ее минеральный и органический состав, влажность, аэрированность, температура также влияют на скорость деградации углеводородов нефти. На основании способности микроорганизмов использовать углеводороды нефти и других ксенобиотиков предложен метод биокоррекции загрязнений, который включает следующие подходы:

1. активацию деградирующей способности микрофлоры, естественно содержащийся в загрязненной почве, путем внесения биогенных элементов, ко- метаболизируемых субстратов, кислорода — биостимуляция;
2. интродукцию в загрязненную почву специализированных микроорганизмов, предварительно выделенных из различных загрязненных источников или генетически модифицированных — биодополнение.

С помощью биологического метода, основанного па применении природных штаммов микроорганизмов, за 3 года рекультивации можно полностью восстановить плодородие нефтезагрязненных почв при уровне загрязнения, не превышающем 10—15% сырой нефти к массе почвы. В случае более высоких концентраций загрязняющих веществ биовосстановление целесообразно комбинировать с физическими и физико-химическими методами очистки.

Видовое разнообразие нефтеокисляющих бактерий велико. На основе штаммов различных бактерии и их ассоциаций созданы весьма эффективные биопрепараты — Родотрин, Экойл, Путидойл и т.д.

Рассмотренные ниже физико-химический и химический методы являются и определенной степени симулирующими. Биостимулирующими служат также различные пищевые добавки и поверхностно-активные вещества (ПАВ), отходы дрожжевого производства, рыбная мука, молочная сыворотка, отходы белково-витаминного комбината, активный ил, азот, фосфор и калий минеральных удобрений, традиционный навоз и даже, как показали исследования Н.А. Киреевой, жидкие стоки животноводческих комплексов и другие сточные воды, которые утилизируются на земледельческих полях орошения.

Известна роль дождевых червей в разложении нефти. Кибардиным и др. (1989) показано, что дождевые черви заглатывают нефть в почве и делают ее доступной для микроорганизмов.

Посев в нефтезагрязненную почву люцерны и других бобовых культур, трав с разветвленной корневой системой способствуют ускорению разложения углеводородов (Алиев и др., 1977; Gudin , Syratt , 1975; Lee Eusiand , 1993). Положительное воздействие посевов сельскохозяйственных растений, и в частности многолетних трав, объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают почву азотом и биологическими активными соединениями, выделяемыми корневой системой в почву в процессе жизнедеятельности растений. Все это стимулирует рост микроорганизмов и соответственно ускоряет разложение нефти и нефтепродуктов. В этой связи нельзя не учитывать также возможность самих растений подвергать разложению различные классы нефтяных углеводородов (Угрехелидзе, 1976) или адсорбировать их ( Cunningham Scott и др., 1995) .

1.2 Комплексная технология рекультивации земель,

Загрязненных нефтью

Технология рекультивации земель, загрязненных нефтью, зависит от многих факторов: концентрации нефти в почве, типа нефти, наличия средств рекультивации — биопрепаратов, химических мелиорантов, технических средств и т.д. На основании исследований и обобщения опыта по рекультивации земель, загрязненных нефтью, Институтом биологии УНЦ РАН совместно с БашНИПИнефть разработан руководящий документ «Проведение рекультивации техногенно нарушенных земель при добыче нефти» , который одобрен соответствующими государственными органами и предложен предприятиям АНК «Башнефти» для использования в восстановлении земель, загрязняемых нефтью и нефтепродуктами. Получены также патенты РФ на изобретение «Способ очистки почв от нефтяных загрязнений» .

Согласно предложенной схеме (рисунке 1) основных мероприятий по рекультивации нефтезагрязненных почв, сначала проводится мелиоративное обследование загрязненной территории, уточняются границы ареала и все те факторы, на основании которых выбираются способы рекультивации.

Рисунок 1 Схема основных мероприятий по рекультивации нефтезагрязненных земель

Основными средствами рекультивации нефтезагрязненных земель являются применение биологических препаратов и активизация аборигенной почвенной микрофлоры на фоне различных агротехнических и фитомелио- ративных мероприятий, направленных на оптимизацию трофических и физико-химических условий для жизнедеятельности микроорганизмов, потребляющих углеводороды нефти.

Эффективное использование биопрепаратов возможно при концентрации нефтепродуктов в почве не выше 10—15%. Поэтому на первом этапе рекультивации при содержании нефти выше нефтеемкости почвы производятся механический сбор разлитой нефти вместе с некоторой частью поверхностного слоя почвы и транспортировка их в земляные (нефтешламовые) амбары. После отделения нефти от почвы, используя и ПАВ, прежде чем приступить к биологической рекультивации на полигоне, необходимо провести ряд агротехнических мероприятий — интенсивное рыхление, увлажнение, внесение комплексных минеральных и органических удобрений. Можно также оставить почву на парование при периодическом рыхлении и в последующем проводить фитомелиорацию, используя в качестве сидератов преимущественно бобовые культуры. При содержании нефти в загрязненной почве в концентрации до 10—5% можно приступить сразу к агротехническим воздействиям (рыхление, внесение удобрений и биостимуляторов) с последующим внесением биопрепаратов. При содержании нефти в почве менее 5% можно приступить к фитомелиорации сразу или через этап парования.

Рекультивация считается завершенной при снижении содержания нефти в почве до 0,1%, формировании травостоя с проективным покрытием не менее 80%. При загрязнении почв сырой нефтью, в составе которой содержится значительное количество НСВ, в схему рекультивации включаются химические мелиоранты. На начальном этапе проводится, если это возможно, отмывка почвы от солей, затем гипсование, далее выполняются предусмотренные в системе мероприятий агротехнические и биологические способы рекультивации.

2 порядок выполнения задания

2.1 Основные мероприятия по рекультивации

нефтезагрязненных почв

Первый этап — агрогеохимический.

На этом этапе происходит процесс выветривания, испарения и частичного разрушения легких фракций, фотоокисление, частичное восстановление микробиологических сообществ и почвенных животных. Часть компонентов превращается в твердый продукт, что улучшает водно-воздушный режим.

1. Сбор нефти с поверхности (бульдозеры, экскаваторы), откачка насосами.
   1. Транспортировка и складирование в нефтешламовые амбары для последующей переработки.

3. Подготовка участка путем частичной или сплошной планировки (при необходимости) почва очищается от мусора, отходов ликвидации аварии и оставляется на самоочищение и естественную трансформацию нефти на 1,0—1,5 года.

1. Во время первого этапа при отсутствии опасности эрозии необходимо проводить рыхление почвы (перепашка на глубину 10—20 см) 2—3 раза после наступления физической спелости почвы весной.
   1. В зимний период необходимо снегозадержание, а весной — регулирование снеготаяния.
      1. Внесение комплексных минеральных удобрений (N , Р, К), не менее 90 кг действующего на 1 га.
      2. На этом этапе при загрязнении почвы менее 10% (весовые) используются биопрепараты — в том числе биостимуляторы и биодобавки. При слабом загрязнении почв внесение биопрепаратов экономически нецелесообразно. Следует ограничится агротехническими методами и биостимуляции.
      3. На агротехническом этапе проводится контроль за возможным загрязнением грунтовых вод нефтью.
      4. По окончании 1 этапа проводится анализ содержания остаточной нефти в почве. Определяется степень естественного зарастания.

Второй этап — биологический.

1. 1-я стадия биологического этапа — пробный посев трав. Цель этого мероприятия - оценить остаточную фитотоксичность почв, интенсифицировать процессы биодеградации нефти, уточнить сроки перехода к заключительному этапу.
   1. Перед пробным посевом почву перепахивают (рыхлят, дискуют). Сеют преимущественно бобовые культуры (горох, люцерна, донник и др.).
      1. 2-я стадия биологической рекультивации — посев многолетних трав проводится через 1—3 года после загрязнения. Этот этап начинается, если пробный посев дал всходы не менее чем на 75% площади.
         1. Перед посевом многолетних трав проводится рыхление почв, внесение органических удобрений и биостимуляторов. Минеральные удобрения лучше вносить в виде подкормок 2-3 раза.
         2. Рекомендуемые травы для лесостепной зоны — овсяница луговая, тимофеевка луговая, клевер красный, костер безостый, ежа сборная, люцерна синегибридная. Для стенной зоны — житняк гребнистый, люцерна желтогибридная, донник желтый, волоснец, регнерия волокнистая.
         3. Многолетние травы выращиваются не менее 2-х лет. Зеленую массу не рекомендуется использовать в кормовых целях, лучше запахивать в почву в качестве сидератов.
         4. Рекультивация считается завершенной, если рост трав и формирование травостоя проходит нормально с агрономической точки зрения и зарастает более 80 % площади. Содержание нефтепродукта не должно превышать 0,1%.

3 задания на самОстоятельную работу

Разработать систему мероприятий по рекультивации загрязненных земель, с учетом уровня загрязнения нефтью (см. таблицу 1).

Таблица 1 Классификация почв по степени загрязнения нефтью

Вариант	Степень загрязнения
	Очень слабое	до 1%
	Слабое	1—3%
	Среднее	3—5 %
	Сильное	5—10%
	Очень сильное	10—15 %
	Катастрофическое	>15%

* санитарный норматив ≤0,1%

Технологическая карта составляется в соответствии с таблицей 2:

Таблица 2 Технологическая карта

Вид работы	Основные агротехнические и технологические требования	Применяемые машины
технический этап
биологический этап

Выводы:

Форма контроля. Разработанная технологическая карта по рекультивации загрязненных нефтью земель с выводами предоставляются преподавателю и оцениваются с собеседованием.

4 Вопросы для самоконтроля знаний

1 Какие методы используют при рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами?

2 Назовите основные биопрепараты применяемые при рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами?

3 Основные мероприятия по рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами?

4 Охарактеризуйте современные способы очистки земель от нефтепродуктов.

5 Какой из методов является наиболее эффективным при рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Габбасова, И.М. Деградация и рекультивация почв Ба ш кортостана [Текст] / И.М. Габбасова. — Уфа, Гилем, 2004. — 284 с.

2 Голованов, А. И. Рекультивация нарушенных земель [Текст]: учеб. пособие / А. И. Голованов, Ф. М. Зимин, В. И. Сметанин; под ред. А. И. Голованова. — М.: КолосС, 2009. — 325 с.

3 Основы природообустройства [Текст]: учебное пособие / А.И. Гол о ванов [и др.]. — М.:Колос, 2001. — 263 с.

4 Почвы Башкортостана [Текст]. Т.2. Уфа: Гилем, 1997. — 328 с.

5. Садовникова, Л. К. Экология и охрана окружающей среды при химич е ском загрязнении [Текст] : учеб. пособие / Л. К. Садовникова, Д. С. Орлов, И. Н. Лозановская. — 3-е изд., п е рераб. — М.: Высш. шк., 2006. — 334 с.

6 Система ведения агропромышленного производства в Республике Ба ш кортостан [Текст]. — Уфа, Гилем, 1997. — 612 с.

7 Сметанин, В.И. Рекультивация и обустройство нар у шенных земель [Текст]: учебное пособие / В.И. Сметанин. — М.: Колос, 2000. — 96 с.

Когда завершается сбор «видимой» нефти, тогда замеряется остаточная концентрация нефти в грунте, которая зависит, в частности, и от применяемых технологий.

После аварии власти часто ставят задачу полностью очистить территорию от нефтяного разлива. Но оказалось, чтобы выполнить такие жесткие нормативы, пришлось бы полностью уничтожить верхний слой не только на месте разлива. Ученые предложили отказаться от обязательного требования очистить почву до такой степени, чтобы на всей территории разлива содержание нефти было не более 1 г на 1 кг почвы, и поднять остаточное содержание нефти от 3 до 8 граммов - в зависимости от того, как используется земля. Во многих случаях не стоит даже пытаться восстановить полностью исходную экосистему. Во-первых, потому, что это практически невозможно, во-вторых, потому, что с определенными концентрациями нефти природа справляется сама.

Целесообразно привязать нормативы загрязненности к различным природным зонам - тундре, тайге, широколистным лесам, лесостепям и так далее. Разные по своему строению и биохимическому составу почвы тоже ведут себя по отношению к загрязнению по-разному. Хуже всего дело обстоит с торфяником, который практически сразу впитывает нефть и нефтепродукты, и их практически невозможно извлечь. Килограмм торфа может удерживать от 100 до 500 граммов нефтепродуктов. Песчаные и глинистые почвы впитывают примерно в 100 раз меньше, и в случае разлива нефтяное пятно почти полностью остается на поверхности.

Задача состоит в том, чтобы определить, при каком уровне загрязненности не наблюдается угнетение экосистемы, и выбрать вариант очистки почв до допустимого уровня без нанесения большого ущерба окружающей среде. Наиболее жестким должен быть подход в тех случаях, когда продукты нефтяного загрязнения могут попасть в открытые водоемы -реки, озера, море.

Под термином «рекультивация нефтезагрязненных земель» понимается комплекс мер, направленный на ликвидацию разлива нефти как источника вторичного загрязнения природной среды, нейтрализацию остаточной нефти в почве до уровня фитотоксичности и восстановление плодородия загрязненных почв до приемлемой хозяйственной значимости.

Но нет четких нормативов, до какой степени надо очищать почву от разливов нефти и нефтепродуктов. Сегодня эта задача передана на региональный уровень, поскольку нормативы по загрязнению зависят от большого числа сугубо местных факторов. Эта работа весьма актуальна. Определение допустимых параметров нефтяного загрязнения, во-первых, позволит снизить как прямой, так и побочный экологический ущерб, возникающий при проведении работ по рекультивации земель. Во-вторых, даст возможность нефтяным компаниям выработать оптимальные корпоративные природоохранные стратегии. И, наконец, в-третьих, позволит государственным контролирующим органам эффективнее воздействовать на нарушителей.

Для успешной борьбы с последствиями разливов нужно достоверно знать степень их воздействия на природу, а это до сих пор представляется даже специалистам весьма сложным. В определенных концентрациях нефть может и не наносить ущерба почве - иногда гораздо больший вред наносят действия человека по ее очистке.

В советское время не существовало никаких нормативов, которые бы определяли, до какой степени предприятия должны были очищать почву, которая загрязнялась в процессе выполнения тех или иных работ. Теоретически считалось, что почву надо было очищать до исходного природного состояния. Расчетные ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) нефти в грунтах после проведения восстановительных работ приведены в таблице 3.

Таблица 3. Ориентировочно допустимые концентрации нефти в грунтах после проведения восстановительных работ

Биологическая рекультивация - этап рекультивации земель, включающий мероприятия по восстановлению их плодородия, осуществляемый после технической рекультивации. Принято различать в биологическом этапе восстановления земель два направления. Первое - это активизация разложения нефти в почве (восстановление почвы), второе - восстановление растительного покрова. Выбор направления зависит от исходного состояния почвы после технической рекультивации.

Когда дальнейшее проведение технической уборки уже не дает должного эффекта и может стать причиной уничтожения легкоуязвимых почв, тогда активизация микробиологического разложения нефти в почве (биоремедиация) остается единственно возможной мерой для ее доочистки. Под термином биоремедиация принято понимать применение технологий и устройств, предназначенных для биологической очистки почв и водоемов, т.е. для удаления из почвы и воды уже находившихся в них загрязнителей.

К основным принципам технологий биоремедиации почв относятся:

биостимуляция in siti, биостимуляция in vitro и биоаугментация.

Биостимуляция in siti (биостимуляция на месте загрязнения). Этот подход основан на стимуляции роста природных микроорганизмов, естественно содержащихся в загрязненной почве и потенциально способных утилизировать загрязнитель, но не способных делать это эффективно из-за отсутствия полного набора пищевых компонентов (недостаток соединений азота, фосфора, калия и др.). В этом случае в ходе лабораторных испытаний с использованием образцов загрязненной почвы устанавливают, какие именно пищевые добавки и в каких количествах следует внести в загрязненную почву, чтобы стимулировать рост микроорганизмов, способных утилизировать загрязнитель.

Биостимуляция in vitro. Отличие этого подхода от вышеописанного в том, что биостимуляция образцов естественной микрофлоры загрязненной почвы или воды проводится сначала в лабораторных или промышленных условиях (в биореакторах или в ферментерах). При этом в биореакторах обеспечивается преимущественный и избирательный рост тех микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель.

Затем таким образом «стимулированную» (специально отселекционированную, обогащенную) микрофлору вносят в загрязненную почву. При этом одновременно со «стимулированными» микроорганизмами вносят и необходимые пищевые добавки, повышающие эффективность утилизации загрязнителя. Иногда бывает необходимо обеспечить принудительную аэрацию загрязненной почвы, чтобы повысить скорость микробного окисления загрязнителей.

Биоаугментация (биоулучшение). В этом случае в загрязненную почву вносят относительно большие количества специализированных микроорганизмов, которые заранее были выделены из различных загрязнений и/или генетически модифицированы.

Основная цель агробиологических методов - это активизация аборигенной микрофлоры путем изменения субстратных условий (усиление аэрации почвы рыхлением и внесением органических удобрений, создание необходимого водного режима грунтов мелиоративными методами, улучшение минерального баланса добавлением в почву минеральных удобрений).

Достаточно важное место в успешном решении проблемы восстановления растительного покрова на участках, подвергшихся загрязнению нефтью и нефтепродуктами, занимает подбор видов многолетних трав, способных успешно развиваться в жестких рамках климатических условий и загрязняющих факторов. При благоприятных условиях среды (оптимальная температура, соленость, рН, достаточная степень аэрации, обеспеченность элементами минерального питания) удачно подобранная культура или смесь штаммов способны за короткое время практически полностью утилизировать десятки тонн нефтяных углеводородов, трансформируя их в органическое вещество собственной биомассы, углекислый газ и безвредные для окружающей среды продукты.