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.

Нasler Anders (1989) рассматривает возможность применения методов очистки путем нагрева почвы до температуры 700°С или с помощью струи воды под высоким давлением. Heimhard Hans-lürgen (1987) предлагает использовать водно-воздушную струю высокого давления. Weston Roy F. (1998), Matig J., Тrübenbach 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).

Биологический 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].

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» [2000], 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» [2002, 2003].

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.

2. 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.

4. 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.

5. В зимний период необходимо снегозадержание, а весной — регулирование снеготаяния.

6. Внесение комплексных минеральных удобрений (N, Р, К), не менее 90 кг действующего на 1 га.

7. 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.

8. На агротехническом этапе проводится контроль за возможным загрязнением грунтовых вод нефтью.

9. 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.

2. Перед пробным посевом почву перепахивают (рыхлят, дискуют). Сеют преимущественно бобовые культуры (горох, люцерна, донник и др.).

3. 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.

4. Перед посевом многолетних трав проводится рыхление почв, внесение органических удобрений и биостимуляторов. Минеральные удобрения лучше вносить в виде подкормок 2-3 раза.

5. 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.

6. Многолетние травы выращиваются не менее 2-х лет. Зеленую массу не рекомендуется использовать в кормовых целях, лучше запахивать в почву в качестве сидератов.

7. 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%.