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 глубокую 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-lьrgen (1987) предлагает использовать водно-воздушную струю высокого давления. Weston Roy F. (1998), Matig J., Тrьbenbach 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, кометаболизируемых 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 фитомелиоративных 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.

рекультивация почва нефтезагрязненный углеводород

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 ограничиться 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%.

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

* санитарный норматив ?0,1%

Технологическая карта составляется в соответствии с таблицей 2.

Выводы

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

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 Башкортостана [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. Голованов [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 химическом загрязнении [Текст] : учеб. пособие / Л. К. Садовникова, Д. С. Орлов, И. Н. Лозановская. -- 3-е изд., перераб. -- М.: Высш. шк., 2006. -- 334 с.

6. Система ведения агропромышленного производства в Республике Башкортостан [Текст]. -- Уфа, Гилем, 1997. -- 612 с.

7. Сметанин, В.И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель [Текст]: учебное пособие / В.И. Сметанин. -- М.: Колос, 2000. -- 96 с.

Размещено на Allbest.ru