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) .

В.И.Вавер Межрайонный комитет охраны природы и природных ресурсов, г. Нижневартовск

Причины и следствия нефтяных разливов

На протяжении трех последних десятилетий в Нижневартовском районе было добыто 2,5 миллиарда тонн нефти.

В соответствии с принятым в шестидесятых годах подходом к разработке нефтяных месторождений Западной Сибири, предполагавшим их освоение, преимущественно, вахтовым методом и интенсивную разработку, обустройство месторождений нефти производилось с минимальными затратами, в расчете на непродолжительную эксплуатацию. При этом на экологическую безопасность строящихся объектов никто и не рассчитывал, а попытки проектировщиков и руководителей нефтегазодобывающих управлений повысить технологическую надежность трубопроводов за счет их удорожания пресекались экспертизой Миннефтепрома.

Первые порывы внутрипромысловых нефтепроводов, сопровождавшиеся разливами значительных объемов нефти, не заставили себя ждать, а вследствие ускоренного роста обводненности нефти, через 5-6 лет эксплуатации начались массовые порывы труб нефтесборных сетей.

Часть нефти, разлитой в доступных местах, откачивалась, разливы нефти в непосредственной близости от промысловых объектов просто засыпались песком. Большая часть разливов оставалась брошенной или выжигалась. И каждый случай выжигания разлитой нефти сопровождался выбросом в атмосферу значительного количества сажи, содержащей канцерогенные вещества типа 2,4-бенз(а)пирена. Легкие фракции нефти, в том числе канцерогенные ароматические углеводороды, испаряясь в летнее время с поверхности разливов, интенсивно загрязняют атмосферный воздух. Выбросы сажи при выжигании нефти и испаряющиеся с разливов углеводороды загрязняют воздух не только на территории месторождений нефти, но и вносят существенный вклад в загрязнение воздуха населенных пунктов.

Остаточная нефть, оставаясь на месте разлива, постоянно просачивается в почвенные воды и создает угрозу загрязнения нефтепродуктами подземных водоносных горизонтов, являющихся источником водоснабжения населенных пунктов Нижневартовского района. На территории Самотлорского месторождения уже отмечены признаки нефтяного загрязнения водоносных горизонтов . Постепенно мигрируя, нефтяное загрязнение распространяется на территориях, иногда значительно превышающих площадь первичного загрязнения.

Значительная часть разлитой нефти с паводковыми и ливневыми водами скатывается в водотоки, загрязняя воду нефтепродуктами. По данным Нижневартовской специнспекции государственного экологического контроля, содержание нефтепродуктов в водах рек Обь и Вах в 1996 г. колебалась от 1,7 до 2,3 ПДК . Попавшая в водоемы нефть, теряя легкие фракции вследствие выветривания, поступает на дно, где в условиях дефицита кислорода остается на длительное время, подвергаясь чрезвычайно медленному биоразложению. Таким образом, затонувшая и погребенная в насыпях грунта нефть становится постоянным источником загрязнения грунтовых вод и поверхностных водоемов.

Общая токсичность нефти, как правило, невысока. В то же время, отдельные компоненты нефти и продуктов ее биоразложения, преимущественно, полиароматические и полициклические соединения, отличаются мутагенностью, канцерогенными свойствами и тератогенностью. А последствия их воздействия на живые организмы, в том числе и на человека, могут проявляться через многие годы и в последующих поколениях. Проявления этого воздействия весьма многообразны и могут выражаться в снижении иммунитета, развитии аллергий и раковых опухолей, повышении частоты появления врожденных уродств и т.п. Наибольшую опасность при этом составляют генетические нарушения.

Зеленые растения, грибы и микроорганизмы, развивающиеся в грунтах и донных отложениях водоемов, содержащих даже следы нефти, накапливают и концентрируют в своих тканях тяжелые металлы, радионуклиды, канцерогенные вещества и генетические яды и передают их по пищевой цепи высшим организмам с соответствующими последствиями.

Таким образом, нефтяное загрязнение природных сред надолго создает угрозу здоровью населения региона. И не случайно у жителей Нижневартовска, по данным государственной системы «Среда-здоровье», зафиксировано превышение среднероссийских показателей заболеваемости злокачественными новообразованиями в 2-3 раза. В целом, состояние здоровья населения г. Нижневартовска оценивается как критическое .

Масштабы бедствия

С начала девяностых годов начались массовые работы по ликвидации нефтяного загрязнения земель. Впрочем, прирост площадей залитых нефтью земель из-за возрастающей аварийности труб превышал и превышает площади хотя бы частично рекультивированных земель. На начало 1997 г. накопленный фонд загрязненных нефтью земель, по явно заниженным данным отчетности нефтедобывающих предприятий, составил 2314 га .

Сегодня разливы нефти на территории нефтяных месторождений Западной Сибири приняли характер бедствия. Из 20,2 тыс. км внутрипромысловых трубопроводов, построенных в Нижневартовском районе, 3,4 тыс. км (16,6%) практически полностью изношены и требуют немедленной замены . Из-за отсутствия у предприятий средств на реконструкцию трубопроводов фонд изношенных труб увеличивается, что неизбежно приводит к прогрессирующему росту количества аварий и, соответственно, к ежегодному приросту площадей залитых нефтью земель.

По данным отчетности нефтедобывающих предприятий, только в 1996 г. на территории Нижневартовского района зарегистрировано 1543 аварии на внутрипромысловых трубопроводах, в результате которых было разлито 424,3 тонн нефти и 607,0 тонн сильно минерализованных пластовых вод. При этом, было загрязнено нефтью 42,43 га земель .

По минимальным экспертным оценкам , только при авариях 1996 г. на территории района площади земель, загрязненных нефтью, должны составлять не менее 300 га, а объем разлитой на рельеф нефти - 30 тыс. т, из которой технически могло быть собрано не более 18-25 тыс. т. По сведениям лесхозов, в результате только двух аварий 1996 г. было загрязнено нефтью и высокоминерализованной пластовой водой 6,2 га лесов .

В этих условиях ликвидация последствий многочисленных аварий, рекультивация обширного накопленного и постоянно образующегося фонда загрязненных нефтью земель становится первостепенной задачей.

Цели и реальные возможности рекультивации

В обычной практике под рекультивацией подразумевают восстановление первоначального плодородия ранее нарушенных земель. Это является конечной целью любых рекультивационных работ.

Рекультивация земель, загрязненных нефтью и тяжелыми нефтепродуктами, предполагает снижение их содержания в почве и воде до биологически безопасных концентраций. Однако, величина этих концентраций до настоящего времени не установлена из-за сложного и непостоянного химического состава нефти и вряд ли будет установлена однозначно. Нефти различных месторождений и даже разных пластов одного месторождения существенно различаются по химическому составу. А поскольку основную опасность представляют канцерогенные и мутагенные вещества, содержащиеся в нефти в непостоянных и очень малых концентрациях, практически не влияющие на продуктивность первых поколений зеленых растений, по которой и оценивается обычно плодородие земель, задача установления биологически безопасного уровня нефтяного загрязнения крайне затрудняется.

Рост и размножение многих видов зеленых растений возможны при содержании нефти в почве до нескольких процентов (в зависимости от типа почв). А для некоторых нефтестойких растений, например, рогоза широколистного, нефть является стимулятором роста, что можно наблюдать на некоторых старых разливах нефти. Но накопление в растениях мутагенов и канцерогенов делает эти растения опасными для высших форм жизни.

Поэтому становится очевидным, что рост зеленых растений не может служить истинным критерием реабилитации загрязненных нефтью земель и свидетельствует лишь о снижении концентрации нефти в почве ниже пределов фитотоксичности, различных для разных видов растений и типов почв.

В случае нефтяного загрязнения земель мы должны четко понимать, что быстрое достижение истинной цели рекультивации - обеспечение биологической безопасности загрязненных земель и развивающейся на них биомассы - в приемлемые для производственников сроки возможно только при полном изъятии загрязненного грунта с места разлива и замене его чистым плодородным грунтом.

В реальных производственных условиях фактической целью проведения рекультивационных работ является лишь снижение содержания в почве нефти и нефтепродуктов до условного предела , при котором возможно развитие, рост и размножение зеленых растений, и достижение близкого к первоначальному общепроективного покрытия растениями «рекультивированной» земли (см. табл.).

Достижение этой цели вполне реально за 1-5 лет. На самом деле это всего лишь начальный этап рекультивации, при котором возможно дальнейшее самоочищение почвы до биологически безопасного уровня с участием зеленых растений и почвенной микрофлоры. И на это потребуются уже не годы, а десятилетия.

Именно поэтому, даже после восстановления плодородия рекультивируемых земель, они не должны использоваться для выращивания пищевых и кормовых растений. На этих землях нельзя косить сено и выпасать скот, нельзя собирать грибы и ягоды. Не следует и ловить рыбу в загрязненных нефтью водоемах. Единственным критерием для снятия этих ограничений могут быть результаты специальных физико-химических и токсикологических исследований почвы, произрастающих на ней растений и обитателей рекультивированных нефтезагрязненных водоемов.

К сожалению, практически все действующие нормативные документы, регламентирующие рекультивационные работы и приемку рекультивированных земель, не учитывают опасность накопления в почве и воспроизводящейся в ней биомассе токсических продуктов окисления и биоразложения разлитой нефти. В соответствии с современной практикой рекультивационных работ, грунты и отходы бурения с содержанием нефтепродуктов, приведенным в таблице, считаются в достаточной степени безопасными. И, хотя требования наиболее жесткого из нормативных документов предусматривают запрещение использования рекультивированных после нефтяного загрязнения земель для сбора ягод, грибов, сенокошения, выращивания продуктов питания и кормов для животных до снижения концентрации опасных веществ ниже уровня ПДК, на практике это положение никем и никогда не реализуется.

Как рекультивируют земли, загрязненные нефтью

Подготовительные работы. На первых этапах ликвидации разлива нефти основной задачей является локализация загрязненного участка для предотвращения распространения нефтяного пятна и сбор максимально возможного количества разлитой нефти. Эти работы должны выполняться немедленно после аварии. И чем тщательней они выполнены, тем благоприятнее прогноз результатов рекультивации.

Поскольку основное количество разливов нефти и нефтепродуктов, допущенных в мировой практике, происходило при авариях нефтеналивных судов, наиболее полно отработаны методы локализации и сбора разлитой нефти на водных поверхностях.

Для локализации нефтяных пятен на водной поверхности применяют различные типы боновых заграждений, выпускаемые многими зарубежными фирмами. К сожалению, перечень боновых заграждений, выпускаемых в России, ограничен быстроустанавливаемыми резинотканевыми заграждениями «Уж» , и заграждениями типа «Анаконда». Некоторыми малыми предприятиями изготавливаются простейшие, но надежные боновые заграждения серии «БН» и др. При установке боновых заграждений следует немедленно организовать откачку нефти, скапливающейся перед заграждением, не допуская ее накопления в значительном количестве.

Поскольку откачку разлитой нефти легче всего осуществить с поверхности воды, на суходолах в пределах локализованных участков земель устраивают дренажные (нефтесборные) канавы, направленные к естественным либо специально отрытым углублениям (ловчим ямам), частично заполняемым водой. В этих углублениях устанавливают устройства для откачки собирающейся в них нефти.

Для повышения полноты очистки земли, после откачки основного объема разлитой нефти целесообразно использовать прием отмывки почвы от остаточной нефти струями воды, сгоняя разлитую нефть в дренажную канаву или непосредственно в понижения рельефа. Эффективность отмывки существенно повышается при добавлении в воду разлагаемых почвенной микрофлорой поверхностно-активных веществ (ПАВ) в концентрациях 0,02-0,5%. Особенно полезно использование приема отмывки с применением ПАВ для очистки от нефти травы или кустарников.

Для сбора нефти с поверхности воды в водоемах, понижениях рельефа, в ловчих ямах, используются плавающие нефтезаборные отсасывающие устройства - скиммеры, барабанные и дисковые нефтесборщики, выпускаемые серийно, преимущественно зарубежными фирмами. Для сбора нефти с поверхности воды перспективно применение динамических нефтесборщиков-накопителей серии «НД» , работающих в автоматическом режиме и обеспечивающих отсутствие проскока нефти под боновыми заграждениями. В настоящее время эти нефтесборщики изготавливаются в единичных экземплярах ТОО «ТТЦ «Сибирьнефть» (г. Нижневартовск).

Рядом отечественных и зарубежных предприятий разработаны и предлагаются потребителям впитывающие маты для сбора нефти с поверхности воды и грунтов. Лучшие образцы таких матов могут впитывать до 40 кг нефти на 1 м2 и, после отжима из них собранной нефти, могут быть повторно использованы 12-15 раз. Их рационально использовать для сбора небольших пятен разлитой нефти и для «чистовой уборки» нефти после откачки основного ее количества другими методами. При этом достигается максимально возможная полнота сбора нефти. В России такие маты с поглощающей способностью до 15 кг нефти на 1 кг мата (при плотности около 1 кг/м 2) предлагаются предприятием «Экосервис» (г.Томск) и «Эчтех» (г.Томск).

Некоторые фирмы предлагают порошкообразные и гранулированные сорбенты различных типов, впитывающие разлитую нефть. Но пока не созданы и не выпускаются в промышленном масштабе механические устройства для сбора и утилизации нефтенасыщенных сорбентов, и их массовое применение на обширных разливах, характерных для промыслов Западной Сибири, малоперспективно.

Рекультивационные работы. После сбора разлитой нефти часть ее остается сорбированной на почве и остатках растительности. Она частично выветривается, а при более длительных сроках - частично или полностью битуминизируется, покрывая почву плотной коркой. Нефть, разлитая на поверхности водоемов, через год оказывается на дне водоема вследствие сорбции на твердых частицах, а так же из-за увеличения плотности.

Первым этапом рекультивации нефтезагрязненных земель является очистка почв и грунтов от нефти и нефтепродуктов.

Достаточно подробное описание рекомендуемых методов и приемов очистки и утилизации нефтесодержащих грунтов и отходов приведено в отчете рабочей группы международной ассоциации нефтяных компаний и предприятий нефтяной промышленности «Е & Р Forum» . Для ликвидации нефтяного загрязнения земель рекомендуется полное удаление загрязненного грунта с последующей его очисткой. Для очистки рекомендована экстракция нефти жидкой СO 2 или органические растворители, а при наличии благоприятных условий - биохимическое разложение углеводородов нефти почвенной микрофлорой. В качестве биохимических методов очистки собранного с разливов грунта предлагается устройство орошения полей, компостирование либо просто разбрасывание на почве нефтесодержащих отходов с последующим их самоочищением.

Самый простой из перечисленных методов заключается в разбрасывании загрязненных отходов по почве тонким слоем с последующими периодическими перепашками для перемешивания и аэрации. Разложение углеводородов происходит под воздействием естественной почвенной микрофлоры. Для интенсификации разложения и предотвращения выщелачивания и миграции загрязнений, в перемешанный с отходами грунт могут добавляться вода и вспомогательные вещества - удобрения, сорбенты и т.д. На одном участке разбрасывание осуществляется один раз во избежание накопления в почве органических веществ и тяжелых металлов. Этот метод рекомендуется для удаления отработанных буровых растворов с малым содержанием углеводородов и солей.

Устройство полей орошения отличается от предыдущего метода только тем, что на одном и том же участке разбрасывание с последующими перепашками производится многократно. В засушливое время производится полив.

Участки для разбрасывания и устройства полей орошения выбираются таким образом, чтобы исключить возможность распространения загрязнения за пределы отведенного для этой цели участка.

Компостирование нефтесодержащих отходов может применяться при относительно высоких концентрациях углеводородов и других биоразлагаемых веществ. Подлежащие уничтожению отходы для увеличения пористости перемешивают с наполнителем - древесной щепой, соломой и т.п.,- после чего их перемешивают с почвой, содержащей микроорганизмы. В смесь могут быть добавлены сельскохозяйственные отходы для повышения водоудерживающей способности, а также минеральные удобрения и микроэлементы. Смесь укладывают на лотки или в поддоны с сетчатым дном или в кучи высотой до 1 м, периодически перемешивают и увлажняют. При использовании этого метода содержание углеводородов в компосте может быть понижено с 10% до долей процента за 4-8 недель.

Для предварительной очистки от нефти больших количеств собранного грунта и нефтешламов широко используются разного рода центробежные аппараты, позволяющие выделить из грунта и шламов товарную нефть и достичь остаточного содержания нефти в грунтах не более 8%.

К сожалению, при масштабах разливов нефти, допущенных в Западной Сибири, эти методы в большинстве случаев практически неприменимы из-за высокой стоимости работ или применимы в весьма ограниченных объемах. Тем не менее, подобные методы могут оказаться полезными при ликвидации шламовых амбаров, загрязненных нефтью, и небольших участков с высокой интенсивностью загрязнения.

Микробиологическая очистка земель. При значительных площадях загрязнения земель и водоемов наиболее приемлемым методом очистки земель и вод является повсеместно применяемый в мировой и отечественной практике метод, использующий микробиологическое разложение нефти на месте разлива с последующим самозарастанием очищенных земель или высевом многолетних трав.

Этот метод достаточно прост в реализации и заключается в проведении на загрязненных землях ряда агротехнических мероприятий, направленных на активизацию почвенных нефтеокисляющих микроорганизмов, обладающих способностью использовать в качестве единственного источника питания углеводороды нефти, в конечном счете, окисляя их до СО 2 и воды. Первичное окисление нефти до органических кислот, спиртов, кетонов и альдегидов обеспечивается именно углеводоро-докисляющими микроорганизмами, достаточно полно описанными в обзоре . На последующих этапах разрушения продуктов первичного окисления нефти в процесс вовлекаются и другие физиологические группы почвенных микроорганизмов, простейшие и водоросли, обычно обитающие в почве и водоемах. Учитывая сложный состав нефтей и неодинаковую способность разных групп углеводородокисляющих микроорганизмов к усвоению различных компонентов нефти, необходимо обеспечить воздействие на нефть возможно более сложного сообщества микроорганизмов.

К счастью, в составе микробных сообществ, сложившихся в почвах, и поверхностных водах на территориях.месторождений нефти, присутствуют все необходимые микроорганизмы. Особенно активны эти сообщества на участках, постоянно, но не обильно загрязняемых нефтепродуктами, и на старых, но не особенно массированных разливах нефти. На Самотлорском месторождении нами было обследовано более 20 участков, загрязненных нефтью. На всех участках были обнаружены весьма активные многовидовые сообщества нефтеокисляющих микроорганизмов.

Исключение могут составлять только участки, никогда ранее не подвергавшиеся загрязнению нефтью и нефтепродуктами. Но и в этих случаях в пробах почвы и воды обнаруживались до 103 кл/г углеводородокисляющих бактерий. Правда, их видовой состав не отличался разнообразием и был представлен, в основном, представителями рода Pseudomonas. Соответственно, их активность оказалась сравнительно невысокой. Однако, и в этом случае при создании благоприятных условий со временем развиваются весьма активные микробиоценозы. Таким образом, в подавляющем большинстве случаев, характерных для западносибирских месторождений нефти, необходимые для быстрого разрушения разлитой нефти микроорганизмы уже содержатся в почве и водоемах. Их численность, может быть, и невысока, но в результате проведенных рекультивационных мероприятий - внесения удобрений и т.д. - в течение нескольких суток она возрастает от единичных клеток в грамме почвы или воды до величин порядка 10 12 - 10 15 кл/г. И только в отдельных случаях, в условиях короткого сибирского лета для ускорения процесса очищения почвы от нефти оправдано внесение на рекультивируемые участки бактерийных препаратов на основе культур высокоактивных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, выпускаемых рядом предприятий.

Из отечественных широкую известность приобрели препараты «Путидойл» на основе выделенных из загрязненных нефтью грунтов Самотлорского месторождения бактерий Pseudomonas putida, «Деворойл» на основе дрожжей Candida, «Биоприн», а также препараты группы «Биодеструктор»: «Лидер» на основе Rhodococcus sp. S-1213 и «Валентис» на основе Acinetobacter valentis, рекомендуемые для очистки почвы и воды от нефти, парафинов C 8 -C 40 , дизельного топлива, рафинатов, масел, ароматических углеводородов (фенол, бензол, толуол), котельного топлива. В последние годы ассортимент микробиологических препаратов, разрешенных к применению Госсанэпиднадзором и предлагаемых к продаже, увеличивается.

Весьма перспективным направлением является разработка микробных препаратов углеводородокисляющих микроорганизмов, иммобилизованных на твердых субстратах, способных сорбировать нефть.

При необходимости быстрой ликвидации загрязнения нефтью ограниченных участков земель целесообразно применение ферментных препаратов, не содержащих живых клеток, но сохранивших неповрежденные фрагменты ферментных систем углеводородокисляющих микроорганизмов, быстро разрушающих углеводороды нефти. Как правило, эти препараты содержат многочисленные добавки - витамины, микроэлементы и т.д., стимулирующие ускоренное развитие почвенной микрофлоры, разрушающей продукты первичного окисления нефтепродуктов ферментными добавками. В качестве примеров таких препаратов может быть назван предлагаемый НПФ «МИТЭК» (г.Уфа) отечественный препарат «Белвитамил» на основе активного ила биохимического производства, содержащий ферментные системы дрожжей Candida, витамины и микроэлементы, необходимые для ускорения развития аборигенной микрофлоры. Разработаны, но пока не нашли широкого применения отечественные препараты, содержащие ферментные системы углеводородокисляющих бактерий, иммобилизованные на поверхности твердого сорбента. К сожалению, эти препараты весьма дороги.

В любом случае, при использовании аборигенных микробных сообществ или при внесении микробных препаратов, необходимо создать в очищаемой среде оптимальные условия для развития и активной жизнедеятельности углеводородокисляющей микрофлоры:

• поступление кислорода к зоне жизнедеятельности микроорганизмов;
• наличие в очищаемой среде легко усваиваемых водорастворимых минеральных веществ, в первую очередь, - калия, азота и фосфора;
• поддержание кислотности и влажности очищаемой среды в пределах, обеспечивающих жизнедеятельность микроорганизмов и достаточную активность ферментных систем.

На обеспечение этих условий и должны быть направлены основные усилия при проведении рекультивационных работ. И, как правило, для этого достаточно проведения обычных для сельскохозяйственной практики, агрохимических и агротехнических мероприятий.

При выборе конкретных форм минеральных азотных удобрений следует учитывать, что микроорганизмы, содержащиеся в препаратах серии «Биодеструктор», при внесении нитратного азота резко снижают углеводородо-окисляющую активность. Учитывая, что микроорганизмы родов Acinetobacter и Rhodococcus широко представлены в естественных микробных сообществах и играют значительную роль в процессах очищения почв от нефтепродуктов в природных условиях, к вопросу о применении нитратных форм азотных удобрений следует подходить с осторожностью. Предпочтение целесообразно отдавать безнитратным формам минеральных удобрений.

Реальные дозировки удобрений (в пересчете на К, Р и N), рекомендуемые нами для внесения на рекультивируемые участки при их первичной обработке, составляют: азота от 14 до 35 кг/га, калия от 11 до 27 кг/га и фосфора от 5 до 12 кг/га на каждые 5 см глубины перепашки грунта. При внесении удобрений в залитые водой углубления, амбары и загрязненные нефтью озерки, на каждые 1000 м 3 воды целесообразно внесение не менее 28 кг азота, 22 кг калия и 10 кг фосфора. Эти дозировки обеспечивают концентрации К, N и Р в почвенном растворе в 5 раз ниже применяемых при составлении минеральных питательных сред для выделения и накопления углеводородокисляющих бактерий (УОБ) . Но, учитывая, что высокие темпы развития УОБ обеспечиваются и при десятикратном разбавлении питательных сред, применение таких дозировок вполне оправдано. Как показывает наша практика, лучшие результаты достигаются при внесении расчетного количества минеральных удобрений дробными дозами, в 2 - 3 приема с интервалами 3 - 7 суток. При первом внесении доза удобрений должна составлять 10-20% от расчетного количества. Этим достигается мягкая адаптация аборигенной почвенной микрофлоры к повышению содержания в среде усваиваемых минеральных веществ.

Значения рН почв и воды, оптимальные для развития углеводородокисляющих микроорганизмов, лежат в пределах 6,5-7,5 . В реальных условиях нефтеокисляющие микроорганизмы хорошо развиваются и сохраняют достаточную активность при снижении значений рН среды до 5,0. Некоторые виды нефтеокисляющих микроорганизмов (например, дрожжи) устойчивы к снижению рН до 3,5 и ниже. Но скорость и полнота использования микрофлорой углеводородов нефти при этом резко снижаются.

При микробиологическом окислении нефти в условиях дефицита кислорода происходит накопление органических кислот, сопровождающееся снижением рН.

Необходим предварительный контроль кислотности грунтов и вод на каждом участке, подлежащем рекультивации. При рН почвенной воды или грунта ниже 5,0 - 5,5 рекомендуется вносить раскислители - известняковую или доломитовую муку, либо мел. Нормы внесения раскислителей принимают в соответствии с обычной агротехнической практикой . Передозировка карбонатных материалов не приводит к нежелательным последствиям. А избыточный, на момент внесения, раскис-литель расходуется по мере распада нефти и образования карбоновых кислот, предотвращая последующее закис-ление почвы. Образующиеся при этом кальциевые соли карбоновых кислот усваиваются почвенными микроорганизмами легче, чем свободные кислоты. Следует учитывать и то, что при поверхностном загрязнении нефтью переувлажненных грунтов цеолит, доломитовая и известняковая мука хорошо сорбируют разлитую нефть и одновременно играют роль коллекторов, на поверхности которых микроорганизмы развиваются более интенсивно.

Совершенно необходимым условием для обеспечения процесса микробиологического очищения почв и воды от нефти и нефтепродуктов является аэрация зон активной деятельности микроорганизмов любым доступным способом.

В природных условиях зона, в которой протекают процессы ускоренной биодеградации нефти, ограничивается поверхностным слоем грунта, доступным для проникновения кислорода и аэрированных поверхностных вод. Наличие сплошных слоев нефти на поверхности грунта и воды сильно ограничивает зону аэрации и тем сильнее, чем больше толщина слоя, вязкость и степень выветренности нефти, разлитой на поверхности загрязненного участка. В случае наличия на поверхности сплошных слоев или корки нефти толщиной более 2-3 мм она с более-менее заметной скоростью разрушается только в поверхностном слое и лишь при его периодическом увлажнении атмосферными осадками. Именно поэтому предварительный сбор нефти с поверхности разлива может стать решающим фактором, определяющим эффективность всего комплекса рекультивационных работ. А в случае проникновения разлитой нефти в толщу грунта следует принимать дополнительные меры для обеспечения аэрирования всей его толщи.

Наиболее распространенным способом аэрации загрязненного нефтью грунта является его рыхление фрезерованием или перепашка на всю глубину проникновения нефти. При этом достигается эффект снижения концентрации нефти в грунте за счет смешения нефтезагрязнённого грунта с незагрязненным или менее загрязненным из нижележащих его слоев .

При поверхностном загрязнении нефтью переувлажненных грунтов или водной поверхности болот, мочажин, маленьких болотных озерков и т.п., для ускорения разрушения нефти может быть использован прием орошения поверхности рекультивируемого участка аэрированной водой. В этом случае, на периферии участка в направлении естественного стока выбирают углубление в грунте или вырывают экскаватором небольшой котлован, глубиной 1,5-2 м, затапливаемый грунтовой водой. При необходимости устраивают неглубокие коллекторные канавки (борозды), обеспечивающие сток воды и нефти с поверхности участка в эту выемку. На участке устанавливают форсуночные или струйные садовые разбрызгиватели воды, применяемые для поливки парковых газонов. Разбрызгиватели располагают таким образом, чтобы вся территория рекультивируемого участка орошалась водой, и соединяют их системой гибких шлангов из маслостой-кого материала с водяным насосом, отбирающим воду из выемки. Устроенная таким образом система обеспечивает непрерывное или периодическое орошение всей поверхности участка аэрированной водой, что значительно ускоряет микробиологическое окисление нефти. Минеральные удобрения в этом случае можно не распределять по всему участку, а внести в это углубление, что значительно упрощает работу и обеспечивает равномерное распределение удобрений.

Плотный слой выветренной нефти можно разрушить накануне проведения рекультивационных работ траками гусениц болотоходов или (после промерзания грунта) гусеницами тяжелого трактора. На небольших участках корочки нефти можно разрушить вручную, с использованием мотоблоков или ручного инвентаря - грабель, мотыг и т.п.

На небольших замкнутых водоемах, покрытых слоем нефти, аэрация воды может быть обеспечена установкой в водоеме плавающих аэраторов типа АП-24, выпускаемых фирмой «Новые технологии» (г.Нижневартовск), представляющих собой небольшие по габаритам турбинные мешалки с электроприводом, смонтированные на поплавках, обеспечивающие захват атмосферного воздуха и интенсивное его диспергирование в воде водоема.

В случаях обнаружения нефти в донных отложениях, кроме принудительной аэрации воды, рекомендуется периодически производить рыхление донных отложений в водоеме путем многократного протаскивания по дну водоема с помощью канатов обычных зубчатых борон.

Фиторекулътивация. После снижения содержания нефтепродуктов в почве на рекультивируемых участках до значений, обеспечивающих возможность роста и размножения наиболее нефтестойких зеленых растений, приступают к фиторекультивации загрязненных земель.

В естественных условиях, после предварительного сбора разлитой нефти при низкой степени остаточного загрязнения грунтов, самопроизвольное заселение пионерных видов растений, наиболее устойчивых к нефтяному загрязнению, начинается уже к окончанию первого года рекультивации, даже без предварительного рыхления почв. При средней степени загрязнения зарастание участка травами происходит обычно в течение 3-7 лет. А весь процесс самоочищения почвы с возобновлением естественных растительных сообществ продолжается в течение 80 - 100 лет .

Для ускорения процесса развития травостоя и, соответственно, сдачи рекультивированного участка заказчику, прибегают к посеву трав. На сильнозагрязненных участках, с полностью погибшей к началу рекультивационных работ растительностью, посев трав на 3 - 5 лет сокращает сроки заселения участков зелеными растениями.

Разумеется, видовой состав травосмесей будет сильно отличаться от видового состава растительности на соседних участках. Но в дальнейшем по мере самоочищения почвы, травосмесь будет замещаться сообществом растений, характерных для данного ландшафта. Однако, этот процесс длителен и не всегда возможен, поскольку изменения структуры и состава почвы, происходящие при рекультивации сильно загрязненных почв, могут носить необратимый характер.

Для фиторекультивации нефтезагрязненных земель используют наиболее доступные семена однолетних и многолетних трав, предпочтительно злаков, обладающих развитой корневой системой и повышенной устойчивостью к нефтяному загрязнению почвы. При этом следует предпочесть семена трав, характерных для местных болотных и лесоболотных экосистем и хорошо адаптированных к местным почвенно-климатическим условиям. Выбор семян конкретных растений зависит от особенностей ландшафта рекультивируемых земель . Обычно используются смеси семян, содержащие не менее 3 видов трав. На суходольных участках в состав семенной смеси обязательно включается клевер ползучий, а на обводненных болотах - рогоз широколистный. Семена этих трав (кроме рогоза и вейника Лангсдорфа) производятся рядом семеноводческих хозяйств. Заготовку семян рогоза придется вести самостоятельно. Правда, в условиях лесоболотных комплексов Западной Сибири это не составляет проблемы.

Следует отметить, что нередки случаи, когда даже после максимально полной ликвидации нефтяного загрязнения, восстановление травяного покрова на участке невозможно из-за засоления земель разливающейся вместе с нефтью пластовой высокоминерализованной водой (обычно хлоридно-натриевого типа с общей минерализацией 13 - 25 г/л). При содержании в почве хлоридов более 0,2% наблюдается выраженное угнетение роста большинства трав. При 0,3-0,35% - общепроективное покрытие травостоем снижается в 1,5-2 раза. При повышении содержания хлоридов в почвенном растворе до 1% и более развитие большинства видов трав невозможно. В таких случаях участок должен быть мелиорирован и многократно промыт проточной водой до снижения концентрации солей в почве. Пример технологии рассоления таких земель приведен в . Выполнение специальных мероприятий по мелиорации и рассолению земель необходимо выполнять только после устранения нефтяного загрязнения участка.

После посева на участке должны вестись длительные наблюдения за ростом трав. По достижении устойчивого (в течение года) нормативного общепроективного покрытия участка, его рекультивация считается завершенной, а участок может быть представлен к сдаче. Дальнейшее самоочищение почвы на участке будет происходить самопроизвольно на протяжении многих лет. При этом рекультивированный участок должен быть обозначен вешками и аншлагами, запрещающими сбор ягод, грибов, сенокошение, выращивание продуктов питания и корма для животных. Снятие этих ограничений возможно только после проведения специальных исследований, подтверждающих экологическую безопасность почв и растительности на участке, что и является достижением конечной цели рекультивации загрязненных нефтью земель.

Заключение

В последнее время на территории месторождений нефти разворачиваются крупномасштабные работы по ликвидации нефтяных разливов и рекультивации загрязненных нефтью земель. Только в Нижневартовском районе в 1995 г. было рекультивировано 251,2 га, а в 1996 г. - З66 га загрязненных земель . Однако, темпы и качество рекультивации явно недостаточны.

Как показали обследования рекультивированных земель в Нефтеюганском и Нижневартовском районах, проведенные по заказу Нижневартовского межрайонного и Ханты-Мансийского окружного комитетов по охране окружающей среды специалистами Тюменской лесной опытной станции, качество рекультивации земель неудовлетворительное .

Основной причиной сложившегося положения является низкая технологическая дисциплина и многочисленные ошибки, а также намеренные упрощения технологии рекультивационных работ.

Наиболее грубой и опасной ошибкой, допускаемой при рекультивации земель, является засыпка разлитой нефти привозным грунтом - песком или торфом. При этом, разлитая нефть выводится из процесса микробиологического окисления, а «рекультивированный» таким образом участок на многия десятилетия становится источником постоянного загрязнения грунтовых и подземных вод.

Второй по значимости серьезной ошибкой является применение бактериальных препаратов без агротехнической обработки земли. Распыленные по поверхности загрязненных участков препараты углеводородокисляющих бактерий с минеральными удобрениями при относительно слабом поверхностном загрязнении действительно очищают от нефти поверхность почв и способствуют самозарастанию травами обработанных участков. Однако нефть, проникшая вглубь почвы, остается не разложенной. И при явном косметическом эффекте в первые месяцы после «рекультивации», через 1-2 года, вследствие гидрофобизации плодородного слоя грунта мигрирующей к поверхности нефтью, первоначально развившаяся растительность полностью или частично гибнет. А участок, фактически, остается нерекультивированным, несмотря на понесенные затраты. Такие методы «рекультивации» Нижневартовским комитетом по охране окружающей среды запрещены.

Наиболее распространенным заблуждением, нашедшим отражение в практике рекультивации нефтезагрязненных земель, является убеждение, что однажды внесенные, даже большие дозы минеральных удобрений обеспечивают высокую активность нефтеокисляющей микрофлоры в течение всего периода рекультивационных работ.

Существенной ошибкой является и оценка эффективности рекультивационных работ по интенсивности роста на них трав в течение первого года, так как оставление значительных количеств нефти в подповерхностных слоях грунта на глубинах 15-50 см, неизбежно приведут к гибели растительности (кроме рогоза и некоторых других трав) через 1-2 года. А загрязнение компонентами нефти почвенных и подземных вод будет продолжаться. Таким образом, ни одна из целей рекультивационных работ не будет достигнута при явном внешнем благополучии на момент завершения работ.

В заключение следует отметить, что назрела необходимость создания на территории Нижневартовского района экспериментального полигона для апробации предлагаемых к внедрению техники и технологии рекультивационных работ. Только апробированные технологии могут быть рекомендованы для широкомасштабных работ по рекультивации земель на месторождениях нефти.

Реализация этой идеи позволит значительно улучшить состояние дел с рекультивацией нефтезагрязненных земель в специфических климатогеографических и ландшафтных условиях месторождений нефти Западной Сибири.

Литература

1. Состояние окружающей среды и природных ресурсов в Нижневартовском районе // Ежегодник 1996 г. / Под ред. В.И.Вавера. Нижневартовск, 1997. Вып. 1.
2. Современное состояние территории в зоне деятельности ПО «Нижневартовскнефтегаз»: Отчет о работе / Л.В.Михайлова и др. Тюмень, 1993.
3. В.И.Вавер. О проблемах оценки ущерба окружающей среде при авариях нефтепромысловых трубопроводов // Материалы окружного совещания

Естественный процесс минерализации нефти достаточно длителен, поэтому необходимо мероприятия, которые могли бы ускорить данный процесс.

Агрохимическими методами рекультивации следует комплекс мероприятий, который включают вспашку и рыхление нефтезагрязненной почвы, внесение минеральных удобрений и проведение мелиоративных работ на загрязненной территории, а также посевов сидеральных культур. В случае необходимости возможна замена загрязненного верхнего слоя грунта плодородным субстратом. Весь комплекс агротехнических мероприятий -- рыхление почвенных слоев, создание нормального соотношения между углеродом и азотом, известкование и гипсование, внесение необходимых макро- и микроэлементов -- направлен на активизацию естественных процессов, происходящих в почве, оптимизацию условий жизнедеятельности почвенной микробиоты. Биологическая очистка почвы и грунтовых вод, загрязненных различными органическими веществами, имеет значительное преимущество по сравнению с обычно применяемыми методами, поскольку при биологическом разложении вредных веществ до С0 2 , Н 2 0 и неорганических солей сохраняется биологическая активность почвы.

Поддержание почвы во влажном состоянии -- один из агротехнических приемов управления биологической активностью, который оказывает эффективное воздействие на темпы разложения нефти и нефтепродуктов. Благоприятный водный режим почвы достигается путем полива. Улучшение водного режима, в частности, влияет на подвижность питательных веществ, микробную жизнедеятельность и активность биологических процессов. Наблюдения показали, что недостаток влаги замедляет зарастание рекультивированных участков. Воздействие на микробиологическую и ферментативную активность почвы усиливается при одновременном использовании агрохимических приемов, например внесения удобрений и рыхления.

При обработке нефтезагрязненной почвы рекомендуется использовать сельскохозяйственные орудия для ротационной подготовки. Таким инструментом может быть, например, ротационный плуг марки ПР-2,7 или комбинированный лемешный плуг ПВН-3-35. На кафедре эксплуатации машинно-тракторного парка Пермской сельскохозяйственной академии рассчитан, сконструирован и изготовлен экспериментальный плуг ПЛН-3-35 с активными рабочими органами и вертикальными роторами. Безусловно, вид агротехнической обработки каждой конкретной загрязненной почвы должен определяться специалистами, в противном случае эффект от такой обработки будет значительно снижен (Кузнецов Ф. М., 2003).

В качестве эффективных приемов рекультивации загрязненных нефтью почв предлагаются (Гайнутдинов, 1988) многократное рыхление почвы для улучшения аэрации, внесение органических и минеральных азотно-фосфорных удобрений, посев сидеральных культур, замена загрязненного верхнего слоя грунта плодородным субстратом. Детоксикацию слабозагрязненных нефтепродуктами почв рекомендуется производить с помощью заделки в почву ротационной бороной БИГ-3 мелиорантов следующего состава: клиноптилоллит -- 80--100 т/га, диспергированный мел -- 2,5 т/га, аммиачная селитра -- 0,01--0,02 т/га, а также отдельно приготовленный и внесенный в данную смесь перед обработкой загрязненной почвы силикон -- 0,005--0,01 т/га.

Созданию оптимальных условий размножения и роста микробных клеток, в том числе и углеводородокисляющих, способствует внесение на загрязненные участки таких минеральных удобрений -- источников азота и фосфора, как калиевая или натриевая селитра, нитроаммофоска, аммиачная вода и суперфосфат в количествах, зависящих от уровня загрязненности, но с таким расчетом, чтобы начальное соотношение между элементами углерод: азот: фосфор поддерживалось на уровне 100:10:1, что является оптимальным для роста бактериальных клеток. Очень часто на практике применяют такие широко распространенные мелиоранты, как навоз и солома. Навоз ускоряет процесс эмульгирования и микробиологического разложения токсических компонентов отработанных буровых растворов. Добавление соломы способствует аэрации почвы и развитию почвенных микроорганизмов. С соломой вносится значительное количество лигнина, представляющего собой резерв для адсорбции углеводородсодержащих веществ (Хазиев, Фахтиев, 1981).

Для восстановления плодородия земель сельскохозяйственного назначения в период биологической рекультивации вносят навоз и известь. Рекультивацию нефтезагрязненных земель, нарушенных при бурении нефтяных скважин пластовыми водами со слабой минерализацией, проводили путем внесения мелиоранта (фосфогипса) и навоза. Очистку осуществляли в течение трех лет.

Период самовосстановления земель, нарушенных при строительстве скважин, составляет не менее 20 лет. Внесение разработанных многокомпонентных добавок сокращает срок мелиоративного периода до 5 лет. После окончания строительства нефтяных и газовых скважин для восстановления плодородия нарушенных земель могут быть использованы навоз и солома, ускоряющие биологическое разложение жидких отходов бурения. На территории буровых скважин закладывают дренажные траншеи глубиной 2,5 -- 3 м, ширина которых составляет примерно 0,6 м. Траншеи выполняют параллельными рядами длиной 100 -- 150 м с расстоянием между ними 4 -- 5 м. Их заполняют на одну треть объема навозом, предварительно обработанным фосфогипсом и смешанным с измельченной соломой, и пропускают затем буровой раствор, который пропитывает эту смесь. Компоненты компоста и жидкие отходы бурения вносят в траншею в следующем соотношении: навоз -- 10 -- 15 %, фосфогипс -- 2--3 %, солома -- 20 -- 30 % и жидкие отходы бурения -- до 100 %.

Оригинальный метод разработан для предотвращения загрязнения посевного материала и ускорения разложения нефтепродуктов. На загрязненную поверхность наносят слой сухого мохового очеса, предварительно перемешанного с раскислителем и фосфорно-калийными удобрениями, на него вносят семена и укрывают их также слоем сухого мохового очеса с раскислителем и фосфорно-калийными удобрениями, при этом азотные удобрения вносят с семенами. Моховой очес болот представляет собой продукт низкой степени разложения, состоящий из отмерших растений мхов и лишайников. Очес послойно сгребают в бурты для просушки. Перед сгребанием на сухой очес наносят разбрасывателем минеральные удобрения (известь, доломит или мел) из расчета 20 кг на 1 м 3 очеса и фосфорно-калийные удобрения из расчета 600 -- 900 г хлористого калия и 500 г суперфосфата. Подготовленная таким образом смесь очеса с минеральными удобрениями и известью готова к употреблению и может храниться в течение нескольких лет. На загрязненную поверхность может быть нанесена как в виде сухой россыпи, так и в виде ковра.

Механические, агротехнические и химические способы рекультивации нефтезагрязненных земель зависят от степени загрязнения.

При малой степени загрязнения 10 л на 1 м 2 почвы для восстановления земель было достаточно многократной механической обработки почвообрабатывающими машинами: плугами, культиваторами, оборудованными пассивной или активной рабочей частью. Полная рекультивация достигалась в течение года.

Если степень загрязнения достигала 24 л на 1 м 2 , рекультивацию проводили в течение двух лет. К механическим мерам воздействия добавляли агротехнические: проводили известкование, гипсование, вносили минеральные и органические удобрения, применяли эмульгаторы.

При высокой степени загрязнения для восстановления почв применяют комплекс механических, агротехнических и химических мер. Наряду с механической обработкой почвы и внесением удобрений, загрязненную почву обрабатывают химическими веществами, которые, вступая в реакцию с вредными элементами нефтепродуктов, образовывают соединения, удаляемые из почвы под воздействием солнца, дождя, снега. Полная рекультивация достигается в течение трех лет. Таким образом, с помощью агротехнических приемов можно ускорить процесс самоочищения нефтезагрязненных почв путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной катаболитической активности углеводородокисляющих микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Экотоксикологическая характеристика компонентов нефти

2. Естественное восстановление плодородия

3. Методы рекультивации нефтезагрязненных почв

3.1 Механические методы

3.2 Физико-химические методы

3.3 Биологические методы

3.4 Агротехнические методы

3.5 Фитомелиоративные методы

Библиографический список

Введение

Интенсивно протекающие процессы добычи нефти приводят к увеличению масштабов загрязнения земель. Углеводороды являются одним из опаснейших, быстро распространяющихся и медленно деградирующих в естественных условиях загрязнителей. В общем объеме источников загрязнения природной среды на первое место выходят прорывы нефтяных транспортных систем. Сейчас в эксплуатации находится около 350 тыс. трубопроводов с неудовлетворительным состоянием, на которых ежегодно происходит до 24 000 прорывов, «свищей» и других некатегорированных аварий. Так, потери нефти составляют примерно 3 % ее годовой добычи.

По данным экспертов голландской независимой консалдинговой компании IWACO, в настоящее время в Западной Сибири нефтью загрязнено от 700 до 840 тыс. га земель, что составляет более чем семь территорий города Москвы. В Ханты-Мансийском национальном округе ежегодно на землю выливается до 2 млн. т. нефти (Иларионов С. А., 2004). Экологическая опасность предприятий заключается в большом количестве неорганизованных источников выбросов. Отрасль насчитывает 2064 источника загрязнения, в том числе 834 организованных. В Пермском крае основными предприятиями-загрязнителями среды являются: ОАО «ЛУКойл - Пермнефть», ЗАО «ЛУКойл - Пермь» (Ф. М. Кузнецов, 2003). Интенсивность процессов естественного самоочищения природных объектов от нефтяного загрязнения зависит от природных условий региона, наличия влаги, тепла и активности жизнедеятельности почвенного биоценоза. В связи с постоянно увеличивающимися объемами используемых человеком территорий, ростом техногенных ландшафтов, отрицательно влияющих на экологическую обстановку окружающих участков, восстановление земель, подвергшихся разрушающему воздействию, является наиболее актуальной проблемой. Широкое распространение получило такое направление ее решения, как рекультивация.

Рекультивация -- это комплекс работ, направленный на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.

К сожалению, до настоящего времени не существует достаточно фундаментального научного обоснования рекультивации нефтезагрязненных земель. Поэтому ликвидация последствий нефтяных разливов в большинстве случаев проводится совершенно неприемлимыми устаревшими методами - выжиганием нефтезагрязненной земли, землеванием песком, транспортировкой зягрязненной земли в отвалы, что способствует вторичному загрязнению окружающей среды (Кузнецов Ф. М.,2003).

Цель данной работы: изучение рекультивации нефтезагрязненных почв.

1. Изучить экотоксикологическую характеристику компонентов нефти;

2. Рассмотреть процесс естественного восстановления плодородия почв;

3. Рассмотреть иоценить используемые методы для рекультивации нефтезагрязненных почв.

1. Экотоксикологическая характеристика компонентов нефти

Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий из большого числа углеводородов разнообразного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Нефти всех месторождений мира отличает, с одной стороны, огромное разнообразие видов (нет двух совершенно тождественных нефтей из разных пластовых залежей), с другой - единство ее состава и структуры, сходство по некоторым параметрам. Элементный состав десятков тысяч разнообразных индивидуальных представителей нефти во всем мире изменяется в пределах 3 - 4 % по каждому элементу. Главные нефтеобразующие элементы: углерод (83 - 87 %), водород (12 - 14 %), азот, сера, кислород (1 - 2 %, реже 3 - 6 %за счет серы). Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков (Пиковский Ю. И., 1988).

Легкая фракция нефти с температурой кипения ниже 200 С состоит из низкомолекулярных алканов, циклопарафинов (нафтенов) и ароматических углеводородов. Основу этой фракции составляют алканы с числом углеродных атомов С5--С11. В среднюю фракцию с температурой кипения выше 200 С входят алканы с числом углеродных атомов С12--С20 (твердые парафины), циклические углеводороды (циклоалканы и арены). Тяжелая фракция нефти представлена высокомолекулярньтми гетероатомными компонентами нефти -- смолами и асфальтенами (Иларионов С.А., 2004).

Легкая фракция, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды, - наиболее подвижная часть нефти.

Компоненты легкой фракции, находясь в почвах, водной или воздушной средах оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью, содержащиеся в основном в легких фракциях нефти. Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, не ассимилируются, хотя и могут быть окислены. Токсичность нормальных алканов ослабляется в присутствии нетоксичного углеводорода, который уменьшает общую растворимость алканов. Вследствие летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных нормальных алканов их действие обычно не бывает долговременным. Если их концентрация не была летальной для организма, то со временем нормальная жизнедеятельность организма восстанавливается (при отсутствии других токсинов).

Многие исследователи отмечают сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, расширяя, иногда значительно, ареал первоначального загрязнения. На поверхности эта фракция в первую очередь подвергается физико-химическим процессам разложения, входящие в ее состав углеводороды наиболее быстро перерабатываются микроорганизмами. Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками.

Компоненты средней фракции, с числом углеродных атомов С12--С20, практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у более низкомолекулярных структур.

Содержание твердых метановых углеводородов (парафина) в нефти (от очень малых величин до 15 - 20 %) - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин нетоксичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания (+18 о С и выше) и растворимости в нефти (+40 о С) в условиях земной поверхности он переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Твердые парафины, выделенные из нефти и очищенные, с успехом используются в медицине.

Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он надолго может «запечатать» все поры почвенного покрова, лишив почву свободного влагообмена и дыхания. Это в первую очередь приводит к полной деградации биоценоза.

К циклическим углеводородам в составе нефти относятся нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Общее содержание нафтеновых углеводородов в нефти изменяется от 35 до 60 %.

О токсичности нафтеновых сведений почти не имеется. Вместе с тем имеются данные о нафтенах как стимулирующих веществах при действии на живой организм. Примером может служить лечебная нефть.

Циклические углеводороды с насыщенными связями окисляются очень трудно. Биодеградацию циклоалканов затрудняют их малая растворимость и отсутствие функциональных групп.

Основные продукты окисления нафтеновых углеводородов - кислоты и оксикислоты. В ходе процесса уплотнения кислых продуктов частично могут образовываться продукты окислительной конденсации - вторичные смолы незначительное количество асфальтенов.

Ароматические углеводороды (арены) имеют большое значение в экологической геохимии. К этому классу можно отнести как собственно ароматические структуры, так и «гибридные» структуры, состоящие из ароматических и нафтеновых колец.

Содержание ароматических углеводородов в нефти изменяется от5 до 55%, чаще всего от 20 до 40 %. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), т. е. углеводороды, состоящие из двух и более ароматических колец, содержатся в нефти в количестве от 1 до 4 %. Как и нафтенах, в этих молекулах вместо атома водорода в одном или нескольких радикалах присоединена алкановая цепочка, что позволяет рассматривать эти молекулы как замещенные гомологи соответствующих голоядерных углеводородов. В нефти наиболее распространены гомологи нафталина, всегда имеются также гомологи фенантренов, бензфлуоренов, хризанов, пирена, 3,4-бензпирена и др. Незамещенные ароматические углеводороды в сырой нефти встречаются редко и в незначительных количествах.

Среди голоядерных ПАУ большое внимание обычно уделяется 3,4-бензпирену как наиболее распространенному представителю канцерогенных веществ. Данные о содержании 3,4-бензпирена в нефти всегда неоднозначны.

Ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего 1 % в воде они убивают все водные растения; нефть, содержащая 38 % ароматических углеводородов, значительно угнетает рост высших растений. С увеличением ароматичности нефтей увеличивается их гербицидная активность. Моноядерные углеводороды - бензол и его гомологи - оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы, чем ПАУ. ПАУ медленнее проникают через мембраны, действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами.

Ароматические углеводороды трудно поддаются разрушению. Наиболее устойчивы к окислению голоядерные структуры, в частности 3,4-бензпирен, при обычных температурах окружающей среды они практически не окисляются. Содержание всех групп ПАУ при трансформации нефти в почве постепенно снижается.

Смолы и асфальтены относятся к высокомолекулярным неуглеводородным компонентам нефти. В составе нефти они играют исключительно важную роль, определяя во многом ее физические свойства и химическую активность. Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных углеводородах. Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти. С экологических позиций микроэлементы нефти можно разделить на две группы: нетоксичные и токсичные. Микроэлементы в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. Среди токсичных металлов, концентрирующихся в смолах и асфальтенах, наиболее распространенные ванадий и никель. Соединения никеля и особенно ванадия в повышенных концентрациях действуют как разнообразные яды, угнетая ферментативную активность, поражая органы дыхания, кровообращения, нервную систему, кожу человека и животных. Достаточных данных о токсичности органической части смол и асфальтенов не имеется. Высокая канцерогенность появляется только в высокотемпературных продуктах пиролиза, коксования и крекинга. В продуктах, получаемых в процессах каталитического гидрирования, канцерогенность резко снижается и исчезает.

Вредное экологическое влияние смолисто-асфальтеновых компонентов на почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в значительном изменении водно-физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения засыхают.

Из различных соединений серы в нефти наиболее часто обнаруживаются сероводород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены, тиофаны, свободная сера.

Сернистые соединения оказывают вредное влияние на живые организмы. Особенно сильным токсическим действием обладают сероводород и меркаптаны. Сероводород вызывает отравление и летальный исход у животных и человека при высоких концентрациях (Пиковский Ю. И., 1988).

В биогеохимическом воздействии нефти на экосистемы участвует множество углеводородных и неуглеводородных компонентов, в том числе минеральные соли и микроэлементы. Токсичные действия одних компонентов могут быть нейтрализованы присутствием других, поэтому токсичность нефти не определяется токсичностью отдельных соединений, входящих в ее состав. Необходимо оценивать последствия влияния комплекса соединений в целом. При нефтяном загрязнении тесно взаимодействуют три группы экологических факторов:

· Сложность, уникальная поликомпонентность состава нефти, находящегося в процессе постоянного изменения;

· Сложность, гетерогенность состава и структуры любой экосистемы, находящейся в процессе постоянного развития и изменения;

· Многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится экосистема: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и т. д.

Вполне очевидно, что оценивать последствия загрязнения экосистем нефтью и намечать пути ликвидации этих последствий необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех групп факторов (Кузнецов Ф. М., 2003).

2. Естественное восстановление плодородия

Н.М. Исмаилов и Ю.И. Пиковский (1988) определяют самовосстановление и самоочищение почвенных экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, как стадийный биогеохимический процесс трансформации загрязняющих веществ, сопряженный со стадийным процессом восстановления биоценоза. Для разных природных зон длительность отдельных стадий этих процессов различна, что связано в основном с природно-климатическими условиями. Важную роль играют также состав нефти, наличие сопутствующих солей и начальная концентрация загрязняющих веществ. Большинство исследователей выделяет в процессе самоочищения нефтезагрязненных почв три этапа: на первом происходят главным образом физико-химические процессы трансформации углеводородов нефти; на втором этапе они подвергаются активному процессу деградации под воздействием микроорганизмов; третий этап определяют как фитомелиоративный. Все нефтезагрязненные почвы проходят указанные этапы самовосстановления, хотя длительность отдельных этапов различна в зависимости от почвенно-климатической зоны.

Исследования нефтезагрязненных почв, проведенные Институтом экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН в различных ландшафтно-географических зонах, также свидетельствуют о том, что процесс их самоочищения является многостадийным и занимает от одного до нескольких десятилетий (Оборин А. А., 1988).

Первый этап процесса самоочищения почвы от нефти и нефтепродуктов длится примерно 1--1,5 года. На данном этапе нефть испытывает в основном физико-химические превращения, включающие распределение нефтяных углеводородов по почвенному профилю, их испарение и вымывание, изменение под действием ультрафиолетового облучения и некоторые другие.

Наибольшему физико-химическому воздействию подвергаются углеводороды нефти, попавшие в водоемы. В почве физико-химические процессы происходят значительно медленнее. По данным А.А. Оборина с соавт. (1988), в течение первых трех месяцев инкубации в почве остается не более 20 % нефти. Наиболее интенсивному воздействию подвергаются н-алканы с длиной цепи до С 16 , которые практически полностью исчезают к концу первого года инкубации нефти в почве. В результате первичного окисления в составе нефти появляются алифатические и ароматические, простые и сложные эфиры, а также карбонильные соединения типа кетонов, о чем свидетельствуют данные инфракрасной спектрометрии. Геохимические исследования остаточной нефти со сроком инкубации 1--3 месяца показали, что трансформация углеводородов, за исключением н-алканов С 12 --С 16 , не носит деструктивного характера, но окисленные продукты оказываются более подверженными минерализации микробиологическим путем.

При попадании углеводородов нефти в почву или воду происходит изменение их физико-химических свойств и, как следствие этого, нарушение естественных процессов развития живых организмов, обитающих в этих средах. Микробиологические исследования показали, что в первые дни после попадания нефти в почву почвенная биота значительно подавлена. В этот период почвенный биоценоз стремится адаптироваться к изменившимся, условиям среды. Однако после трех месяцев инкубации микробиологические процессы преобразовании нефти в почве становятся доминирующими, хотя доля химического окисления остается высокой и может достигать 50 % от всей совокупности окислительных процессов.

Второй этап процесса самоочищения длится 3 -- 4 года. К этому времени количество остаточной нефти в почве снижается до 8--10 % от исходного уровня. Этот период характеризуется возросшим количеством углеводородов метано-нафтеновой фракции и снижением доли нафтено-ароматических углеводородов и смол. Указанные изменения могут быть объяснены процессами частичной микробиологической деструкции сложных молекул смолисто-асфальтенового ряда, а также образованием новых алифатических соединений за счет перестройки моно- и бициклических соединений нафтено-ароматического ряда.

Второй этап деградации нефти в почве характеризуется главным образом микробиологическими процессами трансформации углеводородов. Особенностью второго этапа деградации нефти является разрушение ароматических С--С связей. К концу второго года инкубации происходит относительное увеличение доли ароматических углеводородов в составе хлороформенных экстрактов остаточной нефти, которое сопровождается изменением их состава: полностью исчезают моно- и бициклические углеводороды. После завершения первого периода разложения нефти в почве остается еще значительная фракция резистентных компонентов, в которой присутствуют наиболее устойчивые представители почти всех классов углеводородов нефти. Среди них преобладают полициклические ароматические углеводороды, стераны и тритерпаны, трициклические терпаны. Эти соединения являются индикаторами состояния нефти на ранней стадии второго этапа загрязнения. Однако главными компонентами остаточной нефти в почве являются полярные вещества -- смолы и асфальтены. Они сохраняются в почве в течение многих лет либо в виде подвижной фракции, либо в составе гумусового комплекса почвы. Для изучения процессов трансформации органического вещества и внесенных в почву углеводородов нефти, несомненно, одним из лучших методов следует считать метод радиоизотопного анализа.

Интенсивность разложения нефти в почве оценивают в основном по следующим показателям: количеству остаточного содержания углеводородов, скорости выделения микроорганизмами С0 2 , численности микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти и ферментативной активности почвы. На втором этапе в почвах зарегистрирована вспышка численности микроорганизмов, увеличение количества грибов, спорообразующих и неспоровых бактерий. Источником питания этих групп микроорганизмов являются метано-нафтеновые и ароматические углеводороды, причем активность и разнообразие состава микрофлоры стимулируются удлинением цепи алканов (Колесникова Н.М., 1990;). Второй этап процесса самоочищения нефтезагрязненных почв можно назвать соокислительным, т. е. органические соединения подвергаются тем или иным превращениям под воздействием микроорганизмов только при наличии в среде другого органического соединения (Скрябин Г. К., 1976).

Время начала третьего этапаопределяется по исчезновению в остаточной нефти исходных и вторично образованных парафиновых углеводородов. Под термином "вторично образованные углеводороды" подразумеваются структуры гомологического ряда метана, возникшие в процессе деградации более сложных соединений нефти. Третий этап в зоне южной тайги начинается через 58--62 мес. после внесения нефти в почву. Люминесцентно-битуминологические исследования, проведенные на шестой год инкубации нефти в почве, показали, что загрязненные дерново-подзолистые почвы отличаются от фоновых повышенным содержанием органических веществ, растворимых в хлороформе. Низкие фоновые показатели позволяют не учитывать исходную органику почв в составе выделенных битумоидов и классифицировать их как гумифицированные разновидности нефтяных углеводородов. По структурно-групповому составу выделенные битумоиды резко отличаются от исходной нефти низким содержанием метано-нафтеновой фракции и высоким -- смолистой. Существует гипотеза, что за счет биодеградации нефти микроорганизмы продуцируют углеводороды различного молекулярного веса и химической структуры.

Особое место в процессе деградации нефти занимают полициклические ароматические углеводороды, обладающие канцерогенным действием на живые организмы. Контроль за канцерогенностью почвы ведут по наличию в ней 3,4-бензпирена, который является одним из наиболее известных сильных канцерогенов. Сложность трансформации полициклических ароматических углеводородов объясняется их стойкостью к микробиологическому воздействию, особенно в неблагоприятных климатических условиях, а это способствует накоплению 3,4-бензпирена в нефтезагрязненных почвах. Помимо длительной аккумуляции, для него характерны и большие площади рассеивания в результате сжигания горючих полезных ископаемых. Как показали исследования такого промышленно развитого района, как Западный Урал, в результате этого границы фонового содержания 3,4-бензпирена смещаются к Северному полярному кругу.

Геоботанические описания площадок в зоне южной тайги с 15- и 25-летней инкубацией нефти в почве свидетельствуют об устойчивых изменениях в сформировавшихся после нефтяного разлива фитоценозах. Сильное нефтяное загрязнение приводит к полному выпадению травянистого покрова и древостоя, что подтверждается наличием сухостоя и гнило-сухих поваленных деревьев. Растительность на площадке с 15-летним сроком инкубации представлена кипреем узколистным, веиником наземным, хвощом полевым. Только к 25 годам на загрязненной площадке формируется разнотравно-злаковое сообщество.

Сроки естественного восстановления нефтезагрязненных почв значительно увеличиваются при сжигании пролитой нефти; на сожженных площадках обнаружено наличие канцерогенных веществ, образовавшихся при пиролитических процессах. Даже через 20 лет концентрация полициклических ароматических углеводородов на поверхности почвы превышает фоновый уровень (Иларионов С.А., 2004).

Итак, механизмы естественного очищения почвенных экосистем от нефти имеют этапный характер. Каждому из выделенных этапов соответствуют определенное количество и структурные особенности остаточной нефти, что обусловливает конкретную биогеохимическую обстановку в изучаемой системе. Самой природой подсказан биологический путь восстановления природных объектов, загрязненных углеводородами нефти; правда, в естественных условиях он протекает достаточно долго и зависит от климатических условий, вида почвы и тяжести загрязнения (Бирюков В., 1996).

Скорости восстановления компонентов экосистемы нефтезагрязненнных почв значительно ниже скорости трансформации самой нефти в почве. Наблюдается замкнутый по времени эффект последействия. Длительность естественного восстановления нарушенных почвенных экосистем объясняется тем, что действие такого гетерогенного фактора, как нефть, не может быть однозначным. Оно распространяется на все компоненты подвергнувшейся загрязнению окружающей среды.

Полученная информация по исследованию процессов естественного очищения почв от нефтяного загрязнения необходима для совершенствования методов, применяемых при мониторинге нефтезагрязненных почвенного экосистем. Механизм естественного очищения почвенных экосистем имеет этапный характер. Каждому из выделенных этапов соответствуют определенные количества и структурные особенности нефти, что определяет конкретную биогеохимическую обстановку в изучаемой системе. Скорости восстановления отдельных биокомпонентов нефтезагрязненных почв значительно ниже скорости трансформации самой нефти в почве. Наблюдается замкнутый по времени эффект последействия. Длительность естественного восстановления нарушенных почвенных экосистем объясняется тем, что действие такого антропогенного фактора, как нефть, не может быть однозначным, оно определенным образом распространяется на всю изучаемую систему (Иларионов С.А., 2004).

3. Методы рекультивации нефтезагрязненных почв

Под рекультивацией понимается комплекс мер, направленных на восстановление природных объектов, нарушенных в результате природнохозяйственной деятельности человека. Процесс удаления разлитой нефти и нефтепродуктов требует довольно сложной технологии как при подготовке загрязненного участка к рекультивации, так и при проведении самого процесса (Кузнецов Ф. М., 2003).

До недавнего времени, а порой и сейчас, многие предприятия, где не уделяют должного внимания вопросам борьбы с нефтяными загрязнениями, очистку почвы от нефти и нефтепродуктов проводят двумя методами -- сжиганием нефтяного пятна и землеванием (пескованием). Как первый, так и второй метод приводят к длительному вторичному загрязнению окружающей среды. На участках выжигания пролитой нефти даже через 4 - 6 лет общее проективное покрытие растениями редко превышает 5 - 10 % площади. Зарастание такого рода техногенных экотопов начинается по трещинам образовавшейся на поверхности почвы плотной битуминозной корки (Иларионов, 2004).

Метод ликвидации аварий сжиганием широко распространен на нефтепромыслах Западной Сибири, однако сроки естественного восстановления нефтезагрязненных почв при этом значительно увеличиваются. Обследование таких участков через 7 лет после сжигания аварийного разлива нефти показало повышенное содержание канцерогенных веществ, образовавшихся при пиролитических процессах; концентрация полиароматических углеводородов была почти в 3 раза выше, чем в свежезагрязненных образцах торфа. На участках, где до разлива произрастал низкорослый заболоченный лес, растительность практически отсутствовала, и через 7 лет зарастаемость не превышала 20 %. Фитоценоз был представлен пушицей, осокой, сусаком, на обваловке росли иван-чай и камыш озерный; древесная растительность отсутствовала. Следовательно, при сжигании нефтяного пятна не только увеличивается токсичность почв, но и затормаживается восстановление практически всех изученных блоков экосистемы (Шилова И. И., 1978).

При рекультивации почв применяют следующие методы:

Механические;

Физико-химические;

Агротехнические;

Микробиологические;

Фитомелиоративные.

3.1 Механические методы

Механическая очистка предусматривает сбор нефти и нефтепродуктов либо вручную, либо с помощью обычных, а также специальных машин и механизмов. Как правило, на первом этапе данного способа очистки производят локализацию пролитой нефти путем создания вокруг разлива с помощью бульдозера земляного вала около 1 м высотой. После этого, если позволяют местные условия, рядом с местом разлива нефти оборудуют котлован-отстойник, который устилают нефтенепроницаемой пленкой. Затем из места локализации нефть перекачивают в котлован (который, как правило, обустраивают ниже уровня места разлива), а из него ее отправляют на товарный склад для дальнейшей переработки. Согласно А. И. Булатову с соавт. (1997), степень механической очистки может достигать 80 %.

Для отделения нефти от загрязненной почвы могут быть использованы центрифуги, которые применяют для очистки буровых растворов от выбуренного шлама. В нашей стране для этих целей используют центрифуги ОГШ-132 и ОГШ-502 с частотой вращения ротора 600 и 2560 об/мин соответственно. Производительность центрифуги ОГШ-132 составляет 100 - 200 м 3 /ч. Этот способ позволяет производить экологически чистый сбор твердых отходов (Кузнецов Ф. М., 2003).

Одним из способов рекультивации почвы при ремонтно-восстановительных работах на нефтепроводе заключается в том, чтобы механически не допустить загрязнения плодородного слоя почвы. С этой целью перед началом вскрытия трассы его срезают на глубину 20 - 30 см и транспортируют бульдозерами в бурты временного хранения. После проведения ремонтно-восстановительных работ срезанная плодородная часть почвы возвращается на прежнее место (Светлов, 1996).

3.2 Физико-химические методы

Физико-химические методы применяются для очистки от нефти как самостоятельно, так и в сочетании с другими способами. Широко используются сорбционные методы. В качестве сорбентов применяют природные и синтетические адсорбционные материалы органической и неорганической природы. Для сорбции нефти и нефтепродуктов могут применяться такие вещества, как торф, торфяной мох, бурый уголь, кокс, рисовая шелуха, кукурузная лузга, древесный опил, диатомовая земля, солома, сено, песок, резиновая крошка, активированный уголь, перлит, пемза, лигнин, тальк, снег (лед), меловой порошок, отходы текстильной промышленности, вермикулит, изопреновый каучук и некоторые другие материалы. Особый практический интерес представляют сорбенты растительного происхождения (торф, опилки, ДВП и другие) ввиду их невысокой стоимости и значительного объема запасов. Сорбционная способность гранулированного торфа составляет 1,3 - 1,7 г/г, степень очистки - 60 - 88 %. Для удаления нефтепродуктов с водной поверхности применяют соцветия тростника. Их сорбционная способность изменяется от 11 до г нефти на 1 г тростниковых соцветий (Кузнецов Ф. М., 2003).

В качестве сорбентов используют также разнообразные отходы промышленных предприятий, которые весьма эффективны при сборе нефти с поверхности воды и почвы. Они имеют низкую стоимость и высокую нефтепоглощающую способность.

Существуют различные способы очистки загрязненного нефтепродуктами грунта с использованием сорбционных материалов. Например, если в качестве адсорбента используют гидрофобизованные нефтепродуктами опилки, то методика очистки заключается в следующем: опилки смешивают с нефтезагрязненной почвой, затем в данную смесь подают воду и все перемешивают, опилки после данной процедуры всплывают и их удаляют с поверхности воды. При этом очистка грунта достигает 97 - 98 %. В качестве гидрофобизатора используется отработанное техническое масло (Абрашин Ю. Ф., 1992).

Для сбора пролитого масла или маслообразного продукта можно использовать рыхлую или крупчатую снежную массу: пролитое масло покрывают слоем снежной массы высотой 2 - 3 см, слегка его утрамбовывают, чтобы улучшить ее контакт с маслом, дают снежной массе некоторое время для пропитки маслом, после чего ее перемешивают. Обработку масла указанным способом ведут до тех пор, пока большая часть снежной массы не пропитается маслом, затем ее собирают в отдельную емкость, нагревают и отделяют выделившийся слой масла (Грибанов Г. А., 1990).

Наиболее широкое применение на практике получили торф и различные его модификации, древесный опил, перлит и различные марки активированного угля. Отечественная промышленность производит следующие марки активированных углей: БАУ, КАД-йодный, СКТ, АГ-3, МД, АСГ-4, АДБ, БКЗ, АР-3, АГН, АГ-5, АЛ-3 и некоторые другие, которые можно применять для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов.

Торф -- природное образование органической природы, возникшее в результате отмирания и неполного разложения болотной растительности в условиях повышенной влажности и недостатка кислорода. Это многокомпонентная система, содержащая как органические, так и минеральные вещества. В органическую часть входят битумы, извлекаемые из торфа различными органическими растворителями, они хорошо растворяются в воде и легко гидролизуются. Кроме того, в состав торфа входят гуминовые и фульвокислоты, хорошо растворимые в щелочах и кислотах соответственно, а также трудно поддающийся микробному разложению лигнин. Исследования хлороформенных экстрактов торфа, отобранного в районе Западно-Сургутского месторождения ОАО "Сургутнефтегаз", показали, что его органическая часть представляет систему, включающую различные структурно-групповые фракции: доля метанонафтеновых углеводородов составляет 29,2 %, нафтеноароматических -- 20,8 %, смол -- 28,5 %, асфальтенов -- 21,5 %. Сложная природа органического вещества торфа, его химический состав предопределяют его замечательное свойство -- сорбционную способность. Использование торфа в качестве сорбента техногенных выбросов обусловлена его микроструктурой и дисперсностью, пористостью, клетчатой структурой, высокой удельной поверхностью (до 200 м 2 /г). Для выяснения сорбционной специфики торфо-мохо-лишайниковых образований Среднего Приобья была проделана серия лабораторных и полевых экспериментов. В опытах использовалась нефть Западно-Сургутского месторождения. Анализ хлороформенных экстрактов сорбированной нефти свидетельствует о том, что при нагрузке нефти от 20 до 400 мл на 100 г торфа количество поглощенной нефти не превышает 25 % от исходной нагрузки. Расчет показал, что одна весовая часть влажного торфа сорбирует 0,7 весовой части нефти. Нефтепоглощающая способность мха при этой нагрузке составляет две весовые части нефти на одну весовую часть мха. Количественное определение сорбционной емкости воздушно-сухих образцов (Т = 20 °С) показало, что одна весовая часть их способна поглотить до четырех весовых частей нефти. Следовательно, гидрофильность торфа значительно снижает его нефтепоглощающую способность. Для сорбции 1 т нефти требуется около 1,5 т торфа естественной влажности, или 250 кг сухого. Сорбционная емкость торфа может быть увеличена различными приемами: тепловой обработкой, добавкой водоотталкивающих агентов и т. д. (Кузнецов Ф. М., 2003).

В Республике Коми для рекультивации нефтезагрязненных почв используют метод засыпки нефтяного разлива песком и торфом (Братцев А. П., 1988). Однако И. Б. Арчегова с коллегами (1997) против использования торфа для рекультивационных работ в условиях Крайнего Севера, так как считает, что разработки торфа на Севере нанесут дополнительный ущерб природе. Сорбция полициклических ароматических углеводородов типа 3,4-бензпирена была подтверждена полевыми исследованиями. При полной нефтенасыщенности торфа концентрация 3,4-бензпирена в нем может достигать 8,5--9 тыс. мкг/кг образца. Если учесть, что исходная нефть содержит порядка 16 тыс. мкг 3,4-бензпирена на 1 кг нефти, то о торфе можно говорить как о наиболее дешевом и эффективном материале, способном сорбировать канцерогенные вещества.

Для восстановления плодородия почв, загрязненных нефтепродуктами, и изменения направленности почвообразовательного процесса в сторону их окультуривания предлагается после бурения скважин обрабатывать почву и грунт комплексными реагентами, включающими высокоактивные дисперсные адсорбенты. Для детоксикации слабозагрязненных почв использовалась композиция следующего состава: клиноптилоллит из расчета 80--100 т/га, диспергированный мел -- 2,5 т/га, аммиачная селитра -- 0,01--0,02 т/га. Отдельно растворенный силикон (0,005--0,01 т/га) добавляется к подготовленной смеси, и все компоненты перемешиваются 8--10 мин. Приготовленную композицию вносили в загрязненные почвы на глубину 20--25 см из специально установленных навесных бачков с последующей заделкой ротационной бороной БИГ-3.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработка загрязненных нефтью почв предлагаемой композиции приводит к изменению дисперсности с образованием дополнительного кристаллического каркаса, что сопровождается изменением структурно-механических, адсорбционных свойств почв в широком диапазоне. Токсичность загрязненных почв, составлявшая до обработки 35 %, уменьшилась до 17 %. Это свидетельствует об интенсификации процессов сорбции нефтепродуктов, что влияет на изменение структурного типа почвы и улучшает ее агрономические свойства. После обработки почв содержание тяжелых фракций нефти составляет 0,3 %, что соответствует слабой степени загрязненности; интенсивно восстанавливается водный режим, о чем свидетельствуют содержание микрореагентов и изменение фильтрационной способности. Создаются нормальные условия для питания растений, и это обеспечивает их выживаемость до 95 %.(Иларионов С. А., 2004).

Одно из самых основных свойств, которым должен обладать сорбент, применяемый для очистки нефтезагрязненных объектов, -- его гидрофобность. Такие свойства присущи, например, древесному углю и пиролитическим отходам целлюлозно-бумажной промышленности. При пиролизе отходов древесины на лесокомбинате "Балыклес" г. Нефтеюганска производят пиролитический продукт с хорошими сорбционными свойствами в отношении углеводородов нефти. Подобный сорбционный материал, названный "Илокор", -- это продукт пиролиза отходов древесины, полученный по известной технологии и представляющий собой полидисперсный порошок с размерами частиц 0,3--0,7 мм. Его сорбционная емкость составляет 8Д--8,8 г нефти на 1 г сорбента. На основе данного препарата получены две его модификации: "Эколан" и "Илокор-био". Эти сорбенты обладают не только хорошими сорбционными свойствами; их применение способствует быстрому восстановлению любого типа нефтезагрязненных почв. Так, при внесении в нефтезагрязненную почву с нагрузкой нефти 50 л/м 2 препарата "Эколан" в количестве 20 кг/м 2 происходило практически полное восстановление ее плодородия. Для восстановления выщелоченных черноземов потребовалось 3--4 мес, а для серых лесостепных почв -- 7--8 лет. По мнению указанных выше авторов, при внесении в загрязненную почву данного препарата резко снижается токсичность почвы, что происходит, по-видимому, благодаря сорбции легких фракций нефти.

Дешевый и экологически чистый препарат "Эконафт" был разработан фирмой "Инство". Расход этого вещества для обезвреживания нефтемаслоотходов составляет 0,3--1,0 т на 1 т отходов в зависимости от степени загрязнения. После смешения препарата с загрязненной землей или другими нефтемаслоотходами процесс адсорбции завершается через 30 -- 40 мин. При этом утилизируемый материал приобретает вид гранул, прочный наружный слой которых герметизирует адсорбированные жидкие загрязнения и изолирует их тем самым от земли. Полученные гранулы не смачиваются водой, морозоустойчивы и стойки при хранении. Смешанные с землей гранулы могут быть использованы в качестве наполнителя в производстве строительных и дорожных материалов.

Разработаны методы обезвреживания нефти и нефтепродуктов путем их связывания и превращения в твердые образования. При введении в смесь жидких и твердых углеводородов портландцемента образуется состав, который затем подвергают сушке. При этом углеводороды оказываются как бы покрытыми слоем цемента, изолирующим данный состав от соприкосновения с окружающей средой. Далее происходит застывание цемента в виде формы, которая придается смеси на начальном этапе перемешивания (Булатов А. И., 1997).

В другом случае осуществляют смешивание нефти и нефтепродуктов с известковой вяжущей пастой на водной основе. Полученную смесь формируют в блоки удобных для последующей транспортировки или захоронения размеров и выдерживают до затвердения, в результате чего достигается капсулирование экологически вредных веществ в твердой цементирующей массе. Для ускорения процесса отверждения и снижения расхода отвердителя в композиционную смесь добавляют нетоксичную окись хрома, образующуюся при термическом разложении двухромовокислого аммония. Окись хрома, полученная при термическом разложении двухромовокислого аммония, рассыпается по поверхности отверждаемой жидкости. Благодаря сильно развитой структуре поверхности окись хрома поглощает нефть, нефтепродукты и растительные масла (Быков Ю. И., 1991).

. Среди обширного класса сорбентов наиболее эффективными для удаления с поверхности органических загрязнителей являются искусственные сорбенты многоразового пользования с высокоразвитой открытопористой структурой. К таким материалам относится, например, сорбент, созданный на основе карбамидного олигомера, специальным способом вспененного и превращенного в поропласт с высокоразвитой межфазной поверхностью. Он обладает отличными олеофильными свойствами и высокой сорбционной способностью: 1 г такого сорбента может поглощать до 60 г нефти и нефтепродуктов в зависимости от плотности сорбента; скорость сорбирования составляет от нескольких минут до 1--2 ч в зависимости от вязкости нефтепродукта. Сорбент позволяет осуществлять последующее простое извлечение собранного нефтепродукта (до 97%) методом отжима с целью его дальнейшей утилизации.

В Сибирском институте химии нефти СО РАН (г. Томск) разработана технология получения высокоэффективных адсорбентов на основе ультрадисперсных порошков металлов. Данные адсорбенты созданы на основе окиси алюминия и имеют неравновесную кристаллическую структуру, развитую поверхность и способны эффективно и быстро адсорбировать из воды органические вещества, нефтепродукты, тяжелые металлы, радионуклиды, галогены и другие загрязнители. Кроме того, эти адсорбенты обладают способностью коагулировать и осаждать коллоидные частицы железа, неорганических примесей и эмульсии органических веществ и нефтепродуктов в водной среде.

Твердые синтетические полимерные сорбенты (пенополиуретан, различные смолы) состоят из частиц, содержащих открытые поверхностные поры, которые способны удерживать углеводороды, и закрытые внутренние поры, придающие частицам хорошую плавучесть. Такие сорбенты не поглощают воду, но способны поглотить 2--5-кратный объем углеводородов. На некоторых предприятиях США для удаления нефти с поверхности воды используют хлопья полиуретановой пены, которая в дальнейшем собирается и отжимается с помощью специального устройства.

Хорошими сорбционными свойствами обладают такие полимерные материалы, как вспененные полистирольные гранулы или фенолформальдегидная стружка. Одним из лучших материалов в сорбции нефти оказался "пламилод", который представляет собой специально изготовленную пластмассу. Данный материал может впитать в себя до 1 т нефти на 40--130 кг собственного веса (Кагарманов Н. Ф., 1978).

Для очистки нефтезагрязненной почвы используют также поверхностно-активные вещества. Они изменяют поверхностное натяжение нефтяной пленки, что способствует ее диспергированию и лучшему отделению сырой нефти и нефтепродуктов от частиц почвы. В настоящее время для данной цели используют детергенты искусственного и естественного происхождения.

Песчаная почва, загрязненная нефтепродуктами, может быть очищена с помощью подогретой воды, в которую введены поверхностно-активные вещества. Данная операция осуществляется следующим образом. Почву промывают подогретой до 20 -- 100 °С водой, из полученной жидкостной смеси путем отстаивания отделяют нефть и нефтепродукты, песок дополнительно промывают водным раствором, который содержит добавки ПАВ для отделения нефтяной пленки с поверхности частиц. Затем образующуюся водно-нефтяную эмульсию отделяют и обрабатывают деэмульгатором до образования отдельных слоев нефти и воды. После этого слои разделяют и путем отгонки отделяют деэмульгатор, который направляют для повторного использования. При этом степень очистки частиц песка составляет 98,0 - 99,9 %.

В Московском институте эколого-технологических проблем была создана установка для очистки грунта от нефти и нефтепродуктов. Принцип ее действия основан на использовании виброкавитационной экстракции загрязнений, содержащих нефть и нефтепродукты, с последующим разделением пульпы на чистый грунт и извлеченные нефтепродукты. В качестве экстрагентов разработчики предлагают использовать как пресную, так и соленую воду, пар, нефть и различные углеводороды. Установка снабжена специально сконструированным экстрактором, который обладает высокими производительностью и эффективностью, а также оригинальным узлом для последующего отделения грунта от нефти и нефтепродуктов. Масса установки не превышает 55 т, ее производительность составляет 1 т загрязненного грунта в час. Расход воды -- не более 200 кг на 1 т исходного грунта. Остаточная концентрация нефти и нефтепродуктов в грунте после его обработки не превышает 0,05 -- 0,1 % (по массе). В этом же институте созданы растворы комплексных препаратов на основе полиалкиленгуанидинов (ПАГ), которые разделяют водно-нефтяные эмульсии.

Предложен термический способ очистки почвы от легких и средних по молекулярному весу углеводородов, при котором в пробуренную скважину впускают горячую смесь инертного газа и воздуха, затем ее поджигают, а продукты сгорания углеводородов откачивают на поверхность почвы в куполообразное защитное устройство, в котором продукты сгорания обезвреживаются и выбрасываются в атмосферу. Другой термический способ обезвреживания почвы, загрязненной значительным количеством нефтепродуктов, заключается в удалении ее с загрязненного участка и обработке на специальной установке. После предварительного нагрева горячими газами почву пропускают через горелку обрабатывающей установки, где из нее отсасывают в виде паров около 95 % присутствующих в ней углеводородов, которые направляются в отделение конденсации для превращения в жидкий нефтепродукт. Из камеры горения почву перегружают в камеру дожигания, в которой она нагревается до 1200 °С, в результате чего разрушаются оставшиеся в почве токсичные вещества. После завершающей обработки почва становится пригодной для обычного использования (Иларионов С. А., 2003).

Методы поверхностной очистки от нефтяных загрязнений с помощью сорбентов весьма перспективны, так как эти методы просты в осуществлении, экологически безопасны и позволяют в дальнейшем легко утилизировать собранные нефтепродукты.

3.3 Микробиологические методы

Способность окислять углеводороды нефти обнаружена у многочисленных видов бактерий и грибов, принадлежащим к родам: Acinetobacter, Acremonium, Pseudomonas, Bacillus, Mycobacterium, Micrococcus, Achrobacter, Aeromonas, Proteus, Nocardia, Rhodococcus, Serarratia, Spirillium и другие, и грибы - Aspergillus, Candida, Penicillum, Trichoderma, Aureobasidium и некоторые другие. Микроорганизмы, использующие углеводороды нефти, являются главным образом аэробными, т. е. они минерализуют нефтяные углеводороды только в присутствии кислорода воздуха. Окисление углеводородов осуществляется оксигеназами. Промежуточными продуктами при распаде углеводородов являются спирты, альдегиды, жирные кислоты, которые затем окисляются до углекислого газа и воды.

Сразу после загрязнения почвы нефтью и/или нефтепродуктами основную роль играют физико-химические процессы. Их возможно интенсифицировать различными методами. После удаления из почвы наиболее токсичных легких фракций нефти существенную роль в очищении почв начинают играть микроорганизмы (Андерсон Р. К., 1980; Гусев, 1981). Для ускорения процессов микробной деструкции в почве углеводородов нефти в настоящее время применяют главным образом два подхода: стимуляцию аборигенной почвенной углеводородокисляющей микрофлоры и интродукцию в нефтезагрязненную почву угле-водородокисляющих микроорганизмов и их ассоциаций (бактериального препарата) (Иларионов С.А., 1997).

Стимуляция естественной нефтеокисляющей микрофлоры основана на создании в почве оптимальных условий для ее развития, в том числе нейтрализации изменений, вызванных попаданием в почву нефти (Пиковский Ю.И, Исмаилов, 1988). Так, для улучшения водно-воздушного режима нефтезагрязненной почвы рекомендуются ее рыхление, частая вспашка, дискование, добавление композиций, улучшающих промывной режим и порозность загрязненной почвы перемешивание с незагрязненной почвой.

Д.Г. Звягинцев (1987) на основании анализа поведения почвенных микробных популяций пришел к выводу о том, что в самой почве есть достаточное количество разнообразных микроорганизмов, которые способны разлагать различные вещества, в том числе и углеводороды нефти. Однако для их оптимального развития необходимо создать условия. При внесении в почву микроорганизмов их численность через определенное время стабилизируется на каком-то конкретном уровне: Очень большое значение имеет фаза роста микроорганизмов, в которой они вносятся в почву. По мнению многих авторов (Звягинцев, 1987), интродукция в загрязненную почву микроорганизмов, окисляющих углеводороды нефти, малоперспективна. К тому же интродукция штаммов и ассоциаций микроорганизмов в окружающую среду может привести к значительным изменениям микробоценоза и в конечном счете повлиять на всю экосистему (Звягинцев Д.Г., 1987).

Однако, согласно другой точке зрения, введение новых углеводородокисляющих микроорганизмов с бактериальными препаратами является оправданным при очистке нефтезагрязненных почв северных территорий, где микробиологическая активность почвы слаба из-за непродолжительного теплого сезона, сурового климата и специфических почвенных условий, особенно при техногенном воздействии (Маркарова Л.Е., 1999)

Для ускорения процесса деградации нефти в почве к естественной ассоциации микроорганизмов часто добавляют чистые культуры микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти, выделенные из вероятных ареалов их распространения -- загрязненных нефтепродуктами почв из различных климатических зон. Наиболее активные штаммы микроорганизмов-деструкторов нефти в дальнейшем служат основой для создания бактериального препарата. Его действующим началом является искусственно подобранная ассоциация живых микроорганизмов, относящихся порой к различным таксономическим группам и имеющих различные типы метаболизма. Препарат обычно включает также необходимые питательные вещества, стимуляторы ферментативной деятельности штаммов, а иногда сорбент, обладающий высокой сорбционной емкостью (Иларионов С.А., 2004). Первые бактериальные препараты, изготовленные на основе активных штаммов-деструкторов углеводородов нефти, состояли, как правило, из одного вида микроорганизмов. В дальнейшем было показано, что один микроорганизм не может использовать весь спектр углеводородов нефти, поэтому стали разрабатывать бактериальные препараты, состоящие из двух и более видов микроорганизмов-деструкторов. Ниже приведены результаты испытаний и примеры использования различных бактериальных препаратов.

...

Подобные документы

Характеристика методов и способов обезвреживания нефтезагрязненных субстратов. Анализ методов оценки нефтяного загрязнения почв и подходов к их восстановлению. Биоремедиация и трансформация нефти в почве микробиологическим препаратом и дождевыми червями.

дипломная работа , добавлен 01.04.2011


Влияние нефти и нефтепродуктов на окружающую природную среду. Компоненты нефти и их действие. Нефтяное загрязнение почв. Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с применением методов биоремедиации. Характеристика улучшенных методов.

курсовая работа , добавлен 21.05.2016


Компоненты нефти и их негативное влияние на окружающую природную среду. Виды микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов. Понятие и подходы биоремедиации, способы рекультивации нефтезагрязнённых почв и грунтов с применением методов биоремедиации.

реферат , добавлен 18.05.2015


Понятие и сущность биотехнологий; их использование для очистки углеводородов нефти. Биопрепараты-нефтедеструкторы: "Родер", "Суперкрмпост пикса", "Охромин", бактерии Pseudomonas - экологически безопасные методы восстановления нефтезагрязненных почв.

курсовая работа , добавлен 23.02.2011


Предупреждение последствий разливов нефтепродуктов. Использование аварийных огнеупорных, цилиндрических боновых заграждений постоянной плавучести. Механические, физико-химические, термические и биологические методы удаления нефти с водных поверхностей.

реферат , добавлен 27.02.2015


Основные понятия и этапы рекультивации земель. Рекультивация полигонов твердых бытовых отходов. Схема процесса очистки почвы от нефтепродуктов с внесением нефтеокисляющих микроорганизмов. Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами, отвалов.

контрольная работа , добавлен 31.10.2016


Проблема локальных загрязнений почвы, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов. Снижение количества микроорганизмов в почве как следствие загрязнения почвы нефтепродуктами. Пагубное влияние загрязнений на пищевые цепи. Способы рекультивации земель.

презентация , добавлен 16.05.2016


Нарушение равновесного состояния почвы: загрязнение и изменение ее состава. Рекультивация малоплодородных земель. Восстановление почв после промышленных разработок. Достоинства и недостатки различных способов утилизации отходов - опыт развитых стран.

реферат , добавлен 14.07.2009


Оценка негативного влияния разлива нефти на физико-химические и микробиологические свойства зараженных почв. Анализ данных оценки эффективности технологии Cleansoil ® по ремедиации земель, методика проведения экспериментов и формирование выводов.

статья , добавлен 17.02.2015


Аварийное загрязнение нефтью. Механические, физико-химические и биологические методы и стадии ликвидации аварийных разливов нефти. Катастрофа в Керченском проливе. Экологическая катастрофа в Желтом море. Удаление нефтяных пленок с водной поверхности.

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...