Ротарь О.В. 1 , Искрижицкая Д. В. 2 , Искрижицкий А. А. 3
1 Кандидат химических наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2 Магистрант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 3 Главный специалист, Томский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ
Аннотация
Исследован механизм проникновения и распределения нефти по горизонтам почвы, проведена идентификация продуктов разложения нефти в почве. Определена эффективность рекультивационных работ с использованием промышленного биопрепарата «Микрозим».
Ключевые слова : нефть, биологический препарат «Микрозим», идентификация
Rotar O.V. 1 , Iskizhitskaya D.W. 2 , Iskrizhitsky A.A. 3
1 PhD in Chemise associate professor National Research Tomsk Polytechnic University, 2 Undergraduate, National Research Tomsk Polytechnic University, 3 Senior Specialist, Tomsk Scientific Research and Design Institute of Oil and Gas
BIOLOGICAL REVEGETATION THE PETROPOLLUTED GROUNDS
Abstract
The purpose of the given work is research of the mechanism of penetration and distribution of oil on horizons of the ground; identification the products of decomposition oil in the ground. Definition of efficiency revegetation works with use of the industrial biological product “Microzim”.
Keywords : oil, biological product “Microzim”, Identification
Добыча, транспортировка, хранение и переработка нефти и нефтепродуктов очень часто становятся источниками загрязнения окружающей среды. Нефтяное загрязнение отличается от многих других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию. Рекультивация – это ускорение процесса самоочищения, при котором используются природные резервы экосистемы: климатические, микробиологические, ландшафтно-геохимические. Важную роль играют и состав нефти, наличие сопутствующих солей, начальная концентрация загрязняющих веществ.
С целью увеличения скорости ремедиации почвенных экосистем и, как следствие, уменьшения негативного воздействия ни них применяют различные технологии восстановления нефтезагрязненных почв. Так, технологии классифицируются по категориям in situ и ex situ.
Технологии ex situ используются для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Этот метод позволяет применять сложные приемы обработки, которые могут быть эффективными и быстродействующими, более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира.
Технологии in situ имеют преимущества вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. В результате снижается риск воздействия загрязняющих веществ на человека и окружающую среду во время извлечения, транспортировки и восстановления загрязненных участков почв, что, в свою очередь, обеспечивает экономию средств. К биологическим методам рекультивации относят сельскохозяйственную обработку почвы, биоремедиацию, фитомелиорацию и естественное разложение токсикантов в почве. Метод биоремедиация основан как на стимулирующем действии аборигенных почвенных микроорганизмов, так и на действии предварительно культивированной биомассы бактерий в виде биологических препаратов.
Наиболее эффективным методом обезвреживания попавших в сточную воду и почву нефтепродуктов являются биотехнологии, которые основаны на окислении нефтепродуктов микроорганизмами, способными использовать нефтепродукты как источник энергии. Традиционные методы рекультивации, такие как землевание, выжигание или сгребание и вывоз загрязненного слоя, в настоящее время устарели и являются неэффективными . При сжигании нефти происходит накопление токсичных и канцерогенных веществ; при землевании – замедление процессов разложения нефти, образование внутрипочвенных потоков нефти и пластовой жидкости, загрязнение грунтовых вод. Таким образом, механические и физические методы не всегда могут обеспечить полное удаление нефти и нефтепродуктов из почвы, а процесс естественного разложения загрязнения в почвах чрезвычайно длителен.
Разложение нефти и нефтепродуктов в почве в естественных условиях – процесс биогеохимический, в котором главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов до углекислого газа и воды. Так как углеводородокисляющие микроорганизмы являются постоянными компонентами почвенных биоценозов, естественно возникло стремление использовать их катаболическую активность для восстановления загрязненных нефтью почв.
Биологическая рекультивация – это рекультивация, проводимая после механической очистки земель от основной массы нефти, основанная на интенсификации микробиологической деградации остаточных углеводородов.
Цель данного исследования состоит в изучение механизма проникновения и распределения нефти и продуктов ее разложения в почве, а также определение эффективности очистки загрязненных нефтью земель с использованием биопрепарата «Микрозим».
Биологические препараты представляют собой активную биомассу микроорганизмов, использующих нефтяные углеводороды в качестве источника энергии и трансформирующих их в органическое вещество собственной биомассы. Исследование проводилось на модельных системах, имитирующих почвенное загрязнение разной степени. В задачу исследования входило проведение отбора проб почв для определения остаточного количества нефти и идентификация продуктов деградации.
Необходимым условием эксперимента являлось соблюдение факторов, присущих природным условиям. Рыхление загрязненных почв увеличивает диффузию кислорода в почвенные агрегаты, снижает концентрацию углеводородов и способствует равномерному распределению компонентов нефти и нефтепродуктов в почве.
Идентификацию продуктов деградации определяли методами газо-жидкостной хроматографии, ультрафиолетовой спектроскопии .
Основные результаты
Оптимальной температурой для разложения нефти и нефтепродуктов в почве является 20°-37°С. Благоприятный водный режим достигался путем полива. Улучшение водного режима обусловливает улучшение агрохимических свойств почв, в частности влияет на активное движение питательных веществ, микробиологическую деятельность и активность биологических процессов. Установлена большая неоднородность распределения нефтяных компонентов, что зависит от физических и химических свойств конкретных почв, качества и состава разлитой нефти.
Как показали исследования, распределение нефти в почве происходит согласно профилю горизонтов. В зависимости от состава и структуры почвы, ее пористости, водопроницаемости, влагоемкости нефть, как смесь химических соединений, распределяется на различную глубину. Битумозные фракции были зафиксированы на глубине 7 см, смолистые фракции – 12 см, легкие -24 см, водорастворимые соединения были обнаружены на глубине 39 см. Содержание нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения – на 40 – 50%. В дальнейшем это снижение идет очень медленно. Окисление углеводородов до CО 2 и Н 2 О происходит по стадиям через образование ряда промежуточных продуктов. Методом газожидкостной хроматографии установлено, что такими продуктами являются кислородные соединения: спирты, органические кислоты, альдегиды.
Смолистые вещества, соединения с атомами серы, азота, полученные в результате трансформации углеводородного сырья, не мигрируют и надолго остаются в почве.
Состав и соотношение продуктов метаболизма зависят от состава исходной нефти и почвенно-климатических условий . В опыте изучения процессов деструкции углеводородов препаратами нефтеокисляющих микроорганизмов, учитывалось влияние на эти процессы климатических условий района, которые характеризуются суровой и продолжительной зимой, коротким, но порой жарким летом и коротким весенне-осенним периодом. Поэтому для приближения исследуемых условий к реальным условиям использовали климатическую камеру, холодильную установку и естественные условия. Препарат добавлялся к пробам грунта с остаточным содержанием нефтепродуктов 20%. Пробы выдерживались при температуре 18°-20°С в течение 10 дней, а затем помещались в морозильную камеру и при температуре -20°С выдерживались с целью имитации зимних условий 60 суток. Как показали наблюдения, после пребывания препарата в камере эффективность его работы снизилась незначительно (8-11 %). Таким образом, можно сделать вывод о возможности внесения препаратов поздней осенью, которые могут включиться в работу весной при наступлении благоприятных условий для их жизнедеятельности.
Кислая среда отрицательно влияет на ферментативный аппарат клеток, а это может замедлить процессы разложения нефтепродуктов. Предварительно определяли кислотность почвы и корректировали ее путем внесения в почву расчетное количество извести.
Для стимулирования почвенной микрофлоры на агротехническом этапе рекультивации использовали комплексные минеральные удобрения (нитроаммофоска, нитрофоска) в дозе 100-120 кг азота на 1 га.
В качестве бактериального препарата использовали «Микрозим», который является биологическим деструктором углеводородов нефти нового поколения, и представляет собой концентрированный биопрепарат уникальных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, комплекса минеральных солей и ферментов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы активно синтезируют собственные ферменты и биологические поверхностно – активные вещества, ускоряющие разложение загрязнителя и облегчающие его микробиологическое усвоение. Происходит активное биохимическое разложение нефти и нефтепродуктов на СО 2 , Н 2 О и, безвредные для окружающей среды, продукты микробного метаболизма.
По критерию максимального потребления углеводородов эффективность очистки составляет 50% нефти за 14 суток после первой обработки почвы биопрепаратом, до 85% в течение первого месяца и до 98% в течение месяца после повторной обработки. Скорость биологического разложения углеводородов в реальных условиях зависит от регулярности и интенсивности доступа кислорода. Потребление 99% углеводородов в реальных условиях достигается в сроки от 2 месяцев при низких и до 4 месяцев – при высоких концентрациях нефтепродукта. Через 24 часа после внесения препарата в почву достигается уровень микробиологической активности, характеризующийся активным выделением СО 2. .
Обработка почвы биопрепаратом значительно активизирует процессы самоочищения почвы, восстанавливает норматив кислородного режима почвы и интенсифицирует активность гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов уже в течение первых 10-14 суток (табл.1).
Таблица 1- Эффективность препарата «Микрозим» в пробах с разным уровнем первоначального загрязнения
| Уровень загрязнения, % |
Время воздействия препарата, сутки |
||||||||
| 1 | Низкий | ||||||||
| 2 | Средний | ||||||||
| 3 | Высокий | ||||||||
На опытных площадках с высоким уровнем загрязнения отмечалось различие в результатах по биодеградации нефти. Проведение только агротехнических мероприятий (фрезеровка, внесение минеральных удобрений) эффективно лишь на участках старых разливов или на объектах с невысоким уровнем нефтяного загрязнения.
Таблица 2 – Эффективность рекультивационных мероприятий на участке с высоким уровнем загрязнения
Проведение только агротехнических мероприятий дают эффект снижения уровня загрязнения на 15-20 % в течение одного сезона, только препарата «Микрозим» – до 40 %, а комплексная рекультивация (агротехнические мероприятия и использование биопрепарата) способствует очистке почв на 60-80 % в течение одного сезона работ. Эффективность рекультивационных мероприятий представлена в табл. 2.
Таким образом, осуществляется биологический круговорот: расщепление углеводородов, загрязняющих почву, микроорганизмами, то есть их минерализация с последующей гумификацией.
Литература
1. Врагов А.В., Князева Е. В., Нуртдинова Л. А. Проведение рекультивации земель. НГУ, Новосибирск, 2000. 67 с.
2. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Справочник инженера-эколога нефтегазодобывающей промышленности по методам анализа загрязнителей окружающей среды: В 3ч. – М:ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999.-Ч.2: Почва.- 634 с.
3. Ротарь О.В., Искрижицкий А.А. Некоторые аспекты биологической рекультивации Экологическое сопровождение нефтегазовых месторождений. РАН СО Новосибирск: 2005.С. 83-96.
4. Сметанин В.И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. -М: Колос, 2000. 96 с.
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...
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
- Состояние окружающей среды и природных ресурсов в Нижневартовском районе // Ежегодник 1996 г. / Под ред. В.И.Вавера. Нижневартовск, 1997. Вып. 1.
- Современное состояние территории в зоне деятельности ПО «Нижневартовскнефтегаз»: Отчет о работе / Л.В.Михайлова и др. Тюмень, 1993.
- В.И.Вавер. О проблемах оценки ущерба окружающей среде при авариях нефтепромысловых трубопроводов // Материалы окружного совещания
Матвеева Елена Александровна, ученица 11 «Б» класса МБОУ «СОШ №7»
В настоящее время одной из наиболее перспективной технологии очистки нефтезагрязненных почв считается интродуцирование в почву различных комплексов микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеструкции тех или иных углеводородных компонентов нефти и нефтепродуктов. В природных условиях биотрансформация нефти и нефтепродуктов осуществляется под воздействием комплекса самых различных групп организмов.
Цель исследования: Рассмотрение методов и способов обезвреживания нефтезагрязненных субстратов.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Региональный этап всероссийской олимпиады школьников по экологии
Рекультивация
нефтезагрязненных земель
Ученица 11 «Б» класса МБОУ «СОШ №7»
Научные руководители: Сомкова Галина Михайловна
(учитель биологии МБОУ «СОШ №7»),
Матвеев Александр Юрьевич
(заместитель директора по производству
ООО «Индустриальный риск Ltd»)
г. Когалым, 2014 г.
Введение……………………………………………………………………………...3
Глава 1. Литературный обзор……………………………………………………….4
- Нефть как фактор загрязнения земель ХМАО - Югры………………….…..4
- Причины и последствия нефтяных разливов………………………………...5
- Методы рекультивации. Рекультивация почвы и водоемов с помощью
биоразлагающих сорбентов…………………………………………………...8
Глава 2. Объекты и методы исследования………………………………………..11
2.1 Характеристика объектов исследования……………………………………11
2.2 Методика исследования……………………………………………………...11
Глава 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение……………..14
3.1 Влияние микроорганизмов препарата на изменение концентрации нефти……………………………………………………………..…………...14
3.2 Динамика биодеградации нефти…………………………………………….15
Заключение………………………………………………………………………….17
Список литературы…………………………………………………………………18
Введение
Актуальность исследования. Нефть является одним из основных факторов мирового экономического развития в 21 веке и остается важнейшим энергоресурсом на обозримое будущее. Нефтяное загрязнение – как по масштабам, так и по токсичности представляет собой общепланетарную опасность. Нефть и нефтепродукты вызывают отравление, гибель организмов и деградацию почв. Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения - длительный процесс, особенно в условиях Сибири, где долгое время сохраняется пониженный температурный режим. Поэтому исключительную актуальность приобретает проблема рекультивации нефтезагрязненных почв.
Гипотеза. В настоящее время одной из наиболее перспективной технологии очистки нефтезагрязненных почв считается интродуцирование в почву различных комплексов микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеструкции тех или иных углеводородных компонентов нефти и нефтепродуктов. В природных условиях биотрансформация нефти и нефтепродуктов осуществляется под воздействием комплекса самых различных групп организмов.
Цель исследования: Рассмотрение методов и способов обезвреживания нефтезагрязненных субстратов.
Объект исследования: Нефтезагрязненная почва.
Предмет исследования: Микробиологическая рекультивация нефтяных загрязнений
Задачи исследования:
- Оценить влияние рекультивационных работ на нефтяные загрязнения.
- Изучить возможные способы рекультивации.
- На протяжении месяца наблюдать и отмечать прогресс рекультивационных работ.
Новизна работы. Определяется недостаточной изученностью данной проблемы.
Практическая значимость. Устранения нефтяных разливов в 21 веке относятся к числу приоритетных, поэтому любые исследования данной темы имеют весомую практическую значимость.
Глава 1. Литературный обзор
- Нефть как фактор загрязнения земель ХМАО – Югры
Нефтегазодобывающая промышленность – одна из наиболее экологически опасных отраслей народного хозяйства. Она отличается большой землеемкостью, сильной загрязняющей способностью и высокой пожаро- и взрывоопасностью промышленных объектов (Васильев, 1998; Вершинин, 2005). На территории Ханты-Мансийского округа нефтедобывающая промышленность развивается преимущественно на землях гослесфонда и поэтому лесное хозяйство в первую очередь ощущает последствия ее деятельности (Чижков, 1998). Кроме того, значительно страдают болотные экосистемы (Зубайдулин, 1998).
Основными загрязняющими веществами, образующимися в процессе добычи и переработки нефти, являются углеводороды (48%) и оксид углерода (44%). Нефть содержит около 30 металлов, среди которых максимальные концентрации ванадия и никеля. В отличие от многих антропогенных воздействий, нефтяное загрязнение оказывает комплексное воздействие на окружающую среду и вызывает ее быструю отрицательную реакцию. Хронические разливы нефти, нефтепродуктов, соленых пластовых вод, выносимых эксплуатационными скважинами вместе с нефтью и газом, приводят к уменьшению продуктивности земель и деградации ландшафтов (Черных 2003, Солнцева 1988).
После разлива, как правило, сначала загрязняется нефтью органоминеральный слой почвы, но через 2 – 3 года углеводороды обнаруживаются на глубине до 140 – 160 см. На пашне глубина проникновения выше, чем на лугах. В лесотундровых ландшафтах Западной Сибири нефть поглощается органическим слоем почвы и, особенно, торфом, пористым грунтом. Препятствуют проникновению нефти вглубь барьеры – экраны (тяжелые грунты и глеевые горизонты), но по этим экранам нефть может мигрировать в горизонтальной плоскости. В насыщенную водой почву нефть глубоко не проникает, абсорбируясь с мхами, травой органогенным слоем. В верхнем слое обычно задерживаются смолы и асфальтены, а легкие фракции нефти могут проникать в грунтовые воды, но чаще в течении года испаряются или разлагаются (Оборин, 1998).
Нефть, попадая в почву, существенным образом изменяет ее физические характеристики, поскольку обладает выраженными гидрофобными свойствами, которые передаются почвенным частицам. Нефть обволакивает структурные единицы почвы пленкой, нарушая водный обмен, перенос активных соединений (Габбасова, 2002). К числу наиболее выраженных последствий загрязнения почвы нефтью следует отнести тенденцию к подкислению. Вскоре после разлива нефти обнаруживается обеднение почвы элементами минерального питания, особенно азотом. Из – за ухудшения водного режима, аэрации как правило, сначала резко увеличивается содержание аммиачного азота и уменьшается до следовых количеств нитратного. Ухудшение обеспеченности почв элементами минерального питания многие исследователи связывают с ингибированием ферментативной активности почв, в частности фосфогидролезной (Андреева, 2005)
Даже при небольшой концентрации нефти в почве (0,4%) ингибируется ферментативная активность главным образом азотного цикла, наиболее устойчивы ферменты, трансформирующие вещества циклической природы (гумус, углеводороды). Низкие дозы нефти стимулируют, а высокие ингибируют активность оксиредуктаз, полифенолоксиды с длительным восстановлением активности (Алехин, 1998).
Наиболее токсичными компонентами нефти являются полициклические ароматические углеводороды, а их в нефти 1 – 4%. Особенно опасен бензонирен (Оборин, 1998).
Попадая в почву, нефть слабо разлагается особенно при низких температурах. Показано, что фракции нефти цементируют почву, закупоривают поры, препятствуют проникновению в почву кислорода и воды (Алиев, 1977).
Таким образом, загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами изменяет морфологические, физические, физико-химические и микробиологические свойства почв.
- Причины и последствия нефтяных разливов
Разлив нефти может произойти как при ее добыче, транспортировке и хранении, так и при переработке и применении в технологических процессах. Помимо этого причинами нефтезагрязнения зачастую становится физический износ оборудования или его механические повреждения. Лидирующие позиции по числу аварийных разливов нефти и нефтепродуктов занимают магистральные и внутрипромысловые продуктопроводы. Подавляющее большинство ЧП здесь связано с коррозией оборудования, некачественными строительно-монтажными работами, и лишь незначительная часть - с заводским браком и ошибками эксплуатации.
ХМАО – Югра занимает первое место в РФ не только по добыче нефти, но и по количеству аварий на трубопроводах. Анализ официальных данных по аварийности в системе нефтесбора на территории ХМАО за 14 лет показывает, что в среднем за год происходит от 1600 до 2000 аварий (Вершинин Ю.А., Зубайдулин А.А.)
Согласно статистическим данным, предоставленным Росприроднадзором по ХМАО – Югре в отчете по состоянию на 2012 – 2013 г.г., положение с загрязнением земель округа и их рекультивацией выглядит так:
Наименование показателя | Всего, га | Из них | |
при разработке месторождений полезных ископаемых (включая общераспространенные полезные ископаемые) | вследствие утечки при транзите нефти, газа, продуктов переработки нефти |
||
Наличие нарушенных земель на 01.01.12 г. - всего | 71794,2 | 31999,8 | 402,5 |
в том числе отработано | 3174,2 | 2185,9 | 19,4 |
За отчетный 2012 г. нарушено земель - всего | 15256,8 | 2217,5 | 50,5 |
Отработано из общей площади нарушенных земель | 16964,8 | 15872,6 | |
Рекультивировано земель - всего | 14193,4 | 2955,2 | 52,9 |
Наличие нарушенных земель на 01.01. 13 г. - всего | 72857,5 | 31262,2 | 400,1 |
в том числе отработано | 2048,4 | 1282,0 | 19,7 |
Природоохранное законодательство РФ предписывает локализацию и ликвидацию разливов нефти и нефтепродуктов в кротчайшие сроки, а также доведение до допустимого уровня остаточного содержания углеводородов в окружающей среде. Должны быть проведены работы по рекультивации земель, полностью или частично утративших продуктивность в результате разлива нефти. Рекультивируемые земли, прилегающие к ним территории и водные резервуары, после завершения всего комплекса работ, должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт. Согласно постановлению Правительства РФ «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» на каждом предприятии должен быть разработан план по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН). Однако на практике большинство предприятий не только не разрабатывают ПЛАРН, но и не имеют в наличии технических средств и материалов для устранения аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.
Экологические последствия разливов нефти имеют трудно прогнозируемый характер, поскольку невозможно учесть все последствия нефтяного загрязнения, нарушающего естественные процессы и взаимосвязи. Разливы нефти существенно изменяют условия жизни всех видов живых организмов на его территории.
Нефть и нефтепродукты нарушают состояние покровов почвы, деформируют структуру биоценозов. Беспозвоночные почвенные микроорганизмы и бактерии, подвергшиеся интоксикации легкими фракциями нефти, не способны качественно выполнять свои важнейшие функции, возложенные на них природой.
При разливе нефти в пресном водоеме местное население может испытать трудности с питьевой водой, так как коммунальным службам становится сложнее очищать воду, поступающие в водопроводы.
Долгосрочный эффект подобных техногенных катастроф оценить сложно. В среде ученых есть две противоположные точки зрения. Одна группа считает, что разливы нефти способны оказывать негативное воздействие на экосистему на протяжении долгих лет и десятилетий, другая придерживается мнения, что последствия разливов достаточно серьезны, однако, пострадавшие экосистемы способны восстановиться за относительно небольшой срок (http://www.saveplanet.su/ )
- Методы рекультивации. Рекультивация почвы и водоемов с помощью биоразлагающих сорбентов
В ХМАО – Югре в основу рекультивации загрязненных нефтью земель положен метод отчистки на месте разлива, основывающийся на способности наземных биогеоценозов к самоочищению почв (за счет испарения, вымывания, деструкции нефти под воздействием атмосферного кислорода, солнечной радиации, биодеградации) и к последующему восстановлению своих биоценотических характеристик (Вершинин Ю.А.)
Суть выполняемых рекультивационных работ состоит в ускорении процессов естественного самоочищения почв, в максимальной мобилизации внутренних ресурсов биогеоценозов на восстановление своих первоначальных функций при помощи комплекса различных агротехнических и агрохимических мероприятий (Зубайдулин А.А).
Восстановление нефтезагрязненных земель является в настоящее время одним из сложных и в то же время малоизученных объектов рекультивации. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении (Пиковский, 1985).
Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее. В связи с этим нам кажется актуальным поднятие вопроса о снижение риска аварий на предприятиях, перерабатывающих нефть и занимающихся транспортировкой и распространением нефтепродуктов (Терещенко, 2004).
Среди методов ликвидации нефтяных загрязнений почв выделяются следующие группы методов:
- Механические: обваловка загрязнения, откачка нефти в емкости насосами и вакуумными сборщиками. Проблема очистки при просачивании нефти в грунт не решается, замена почвы. Вывоз почвы на свалку для естественного разложения (Терещенко, 2004).
- Физико-химические:
- Сжигание (экстренная мера при угрозе прорыва нефти в водные источники). В зависимости от типа нефти и нефтепродукта таким путем уничтожается от 1/2 до 2/3 разлива, остальное просачивается в почву. При сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти. Землю после сжигания необходимо вывозить на свалку (так называемая "горелая земля");
- Предотвращение возгорания. Применяется при разливах в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения почвы; в этом случае изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами (Терещенко, 2004);
- Промывка почвы. Проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или емкостях, где впоследствии производится их разделение и очистка;
- Дренирование почвы. Разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем; может сочетаться с биологическими методами, использующими нефтеразлагающие бактерии;
- Экстракция растворителями. Обычно осуществляется в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром;
- Сорбция. Сорбентами засыпают разливы нефтепродуктов на сравнительно твердой поверхности (асфальте, бетоне, утрамбованном грунте) для поглощения нефтепродукта и снижения опасности пожара (Терещенко, 2004);
- Термическая десорбция (крекинг). Применяется при наличии соответствующего оборудования, но позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций;
- Химическое капсулирование. Новый метод, заключающийся в переводе углеводородов в неподвижную нетоксическую форму (Терещенко, 2004).
- Биологические:
- Фитомелиорация. Устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока), активизирующих почвенную микрофлору; является окончательной стадией рекультивации загрязненных почв (Терещенко, 2002);
- Биоремидиация. Применение нефтеразлагающих бактерий; необходима запашка культуры в почву, периодические подкормки растворами удобрений; ограничения по глубине обработке, температуре почвы; процесс занимает 2-3 сезона (Терещенко, 2002).
В настоящее время рекультивация нефтезагрязненных земель проводится, как правило, без достаточного научного обоснования. При сжигании нефти, засыпке загрязненных участков грунтом, вывозе загрязненной почвы в отвалы, т.е. при ликвидации разливов нефти на почвы последствием часто может быть необратимое уничтожение плодородного слоя почвы. Такие способы рекультивации совершенно неприемлемы. Механические и физические методы не могут обеспечить полного удаления нефти и нефтепродуктов с почвы, а процесс естественного разложения их в почвах чрезвычайно длителен, поэтому в настоящее время наиболее приемлемыми являются биологические методы (Терещенко, 2004).
Глава 2. Объекты и методы исследования.
2.1 Характеристика объектов исследования
Исследования проводили в модельных опытах и лабораторных условиях в декабре 2013 г. Объектами исследования в модельных опытах служила загрязненная нефтью песчаная почва. Для микробиологической рекультивации использовали биопрепарат «Ленойл».
Биопрепарат «Ленойл» разработан в Институте Биологии Уфимского Научного Центра Российской Академии Наук на основании результатов лабораторных и полевых работ по рекультивации нефтезагрязнённых земель. Биопрепарат «Ленойл» состоит из клеток микроорганизмов, обладающих углеводородокисляющей активностью и концентрацией не менее 10 8 клеток в грамме препарата.
Препарат, обладая высоковыраженной активностью в отношении углеводородов нефти и нефтепродуктов, переводит их в экологически нейтральные соединения и способствует ускорению рекультивации загрязненных объектов. Объектами применения могут быть почвы и воды, загрязненные нефтью и нефтепродуктами.
Так как биопрепарат не рассчитан на применение в зимнее время года, в лаборатории поддерживалась постоянная температура 20 о С.
2.2 Методика исследования
Для исследовательских работ мы использовали два сосуда с загрязненной нефтью песчаной почвой: непосредственно исследуемый (микробиологическая очистка) и контрольный (естественная очистка). В каждом мы предварительно замешали по 75 см 3 (1087,5 г) песка с 25 см 3 (212,5 г) нефти. То есть вес песчано-нефтяной смеси в каждом сосуде составил 1300,0 г. |
Подготовка рабочей суспензии из сухого биопрепарата «Ленойл».
- 20 грамм биопрепарата растворить в 5 литрах воды;
- В разведенную смесь добавить 2 см 3 дизтоплива (необходимое микроорганизмам для питания);
- Оставить получившуюся массу на 24 часа, периодически помешивая и взбалтывая.
В течение месяца за сосудами с почвой велись наблюдения. Мы сравнивали концентрацию нефти в почве, цвет песка, маслянистость, вес сосудов. Концентрацию нефти мы определяли методом взвешивания обоих сосудов, при этом мы руководствовались следующей методикой:
- Общий вес каждого сосуда с песчано-нефтяной смесью нам известен – 1300,0 г. Весом добавленного в исследуемый образец готового препарата «Ленойл» (≈10,0 г) мы пренебрегли, отнеся его в разряд погрешности.
- В ходе опыта вес песка в сосудах уменьшаться не мог, т.к. песок не подвержен ни воздействию микробов, ни испарению – т.е. вес песка мы посчитали за константу.
- Уменьшаться в нашей смеси мог только вес нефти, составляющий в обоих сосудах по 212,5 г, который, в одном случае, уменьшался за счет естественной деградации, а во втором – за счет разложения нефти микроорганизмами на воду, которая затем испарялась в окружающую атмосферу, и газ, также уходящий в атмосферу.
Глава 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение.
- Влияние микроорганизмов биопрепарата на изменение
концентрации нефти
За 30 суток эксперимента концентрация нефти изменилась как в контрольном, так и в используемом микроорганизмами сосудах. Исследования показали, что биопрепарат « Ленойл» , содержащий ассоциацию микроорганизмов (Bacillius brevis и Arthrobacter sp.) способен адаптироваться к высоким дозам нефти и эффективно утилизировать субстрат.
Результаты взвешивания сосудов:
Период | Вес контрольного сосуда | % концентрации нефти | Вес исследуемого сосуда | % концентрации нефти |
Начало опыта | 1300,0 | 100% | 1300,0 | 100% |
1-ая неделя | 1287,3 | 1283,0 | ||
2-ая неделя | 1278,8 | 1268,1 | ||
3-я неделя | 1272,4 | 1240,5 | ||
4-ая неделя | 1268,1 | 1215,0 |
Степень биодеградации нефти:
3.2 Динамика биодеградации нефти
В течении 30 суток эксперимента (4 недели) нами прослеживалась динамика биодеградации нефти в контрольном и используемом сосудах. Наблюдения показали, что при помощи биопрепарата, содержащего микроорганизмы, этот процесс протекает значительно быстрее.
В течение всего времени опыта прогресс в сосуде с биопрепаратом был виден невооруженным глазом, а также подтверждался результатами взвешивания.
Первая неделя:
Вторая неделя:
Третья неделя:
Четвертая неделя:
Заключение
На основе проведенных исследований по рекультивации нефтезагрязненной почвы мы делаем следующие выводы:
- Процесс естественной биодеградации нефти протекает очень медленно;
- Биопрепараты, содержащие микроорганизмы, обладающие уг леводородокисляющей активностью, значительно ускоряют процесс биодеградации нефти. В частности, биопрепарат «Ленойл» способен адаптироваться к высоким дозам нефти и эффективно утилизировать субстрат;
- При помощи биопрепарата содержание нефти в почве сокращается значительно, однако не исчезает полностью. Для полного восстановления необходимо гораздо больше времени, чем мы это могли позволить в ходе проведенного опыта, а также необходимо проводить фиторекультивацию;
- В естественных условиях, чем больше разлив, тем больше времени и средств займет рекультивация.
Список литературы
- Алехин В.Г. Биологическая активность и микробиологическая рекультивация почв, загрязненных нефтепродуктами// Биологические ресурсы и природопользование: сборник научных трудов. – вып. 2. / В.Г. Алехин – Нижневартовск 1998. – с. 95 – 105.
- Алиев С.А. Влияние загрязнения нефтяным органическим веществом на активность биологических процессов почв./ С.А. Алиев, Д.А. Гаджиев// из – во. АН FpCCH/ Сер. биол. наук. – 1998. – с. 95 – 105.
- Вершинин Ю.А. Рекультивация загрязненной нефтью земли (аналитический обзор, 2005), с. 53
- Габбасова И.М. Оценка состояния почв с разными сроками загрягнения сырой нефтью после биологической рекультивации/ И.М. Габбасова, 2002.
- Зубайдулин А.А. К вопросу рекультивации нефтезагрязненных земель на верховых болотах биологические ресурсы и природопользование: сборник научных трудов: Вып. 2. 1998 г./ А.А. Зубайдулин – Нижневартовск 1998 г. – с. 106 – 116
- Зубайдулин А.А., Вершинин Ю.А. Оценка экологических рисков при загрязнении болот и их рекультивации (аналитический обзор, 2008), стр. 1 – 5.
- Оборин А.А., Калачникова И.Г., Масливец Т.А. и др. Биологическая рекультивация нефтезагрязненных земель в условиях таежной зоны// Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988.
- Пиковский Ю.И. Экспериментальные исследования трансформации нефти в почвах // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л., 1985.
- Постановление правительства РФ от 21.08.02 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
- Солнцева Н.П. Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели)/ Н.П. Солнцева// В сб. Восстанвление нефтезагрязненных экосистем. – М.: Наука, 1988, с. 23 – 42.
- Терещенко Н.Н., Лушников С.В. К вопросу о рациональном применении минеральных удобрений для ускорения микробиологической деструкции нефтяных углеводородов в почве. IV Международный симпозиум "Контроль и реабилитация окружающей среды". Материалы симпозиума. Томск, 2004. c.117-119.
- Терещенко Н.Н., Лушников С.В., Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв. Экология и промышленность России. Октябрь 2002. С. 17-20.
- Черных Н.А., Сидоренко С.Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. М., РУДН. 2003 г., 430 с.
- Чижов Б.Е. Лес и нефть Ханты-Мансийского автономного округа/ Предисл. В.В. Козина/ Экологический фонд Ханты-Мансийского автономного округа. – Тюмень: Издательство: Ю. Мандрики, 1998. – 144 с. + 48 с. Вкл.
- www.saveplanet.su
Нефтяные загрязнения почвы и воды, которые в последнее время встречаются все чаще, наносят большой ущерб окружающей среде. Одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление плодородия нефтезагрязненных земель, является рекультивация. Применение сорбционно-биологических технологий на основе сфагнума в последние годы дает прекрасные результаты.
Причины нефтезагрязнений
Разлив нефти может произойти как при ее добыче, транспортировке и хранении, так и при переработке и применении в технологических процессах. Помимо этого, причинами нефтезагрязнения зачастую становится физический износ оборудования или его механическое повреждение. Лидирующие позиции по числу аварийных разливов нефти и нефтепродуктов занимают магистральные и внутрипромысловые продуктопроводы. Подавляющее большинство ЧП здесь связано с коррозией оборудования и некачественными строительно-монтажными работами, лишь незначительная часть — с заводским браком и ошибками эксплуатации.
Природоохранное законодательство РФ предписывает локализовать и ликвидировать разлив нефти и нефтепродуктов в кратчайшие сроки и довести до допустимого уровня остаточное содержание углеводородов в окружающей среде. Должны быть проведены работы по рекультивации земель, полностью или частично утративших продуктивность в результате разлива нефти. Рекультивируемые земли и прилегающие к ним территории и водные резервуары после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт. Согласно постановлению Правительства РФ «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» на каждом предприятии должен быть разработан план по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛАРН). Однако на практике большинство предприятий не только не разработали ПЛАРН, но и не имеют в наличии технических средств и материалов для устранения аварийного разлива нефти и нефтепродуктов.
Методы локализации и ликвидации аварийных разливов нефти
Механические методы локализации и ликвидации аварийных разливов нефти позволяют собирать с поверхности почвы и воды при помощи специализированных механизмов и устройств основную массу разлитых углеводородов. При этом внушительная часть углеводородов впитывается в почву, и собрать их механическими методами не представляется возможным. С развитием науки и техники наравне с механическими методами ликвидации разлива нефтепродуктов стали применяться физико-химические и биологические методы. Физико-химические методы устранения нефтезагрязнений основаны на применении сорбционных материалов, которые обладают способностью поглощать нефть. Эти материалы можно разделить на адсорбенты и абсорбенты в зависимости от механизма поглощения нефти. В свою очередь каждый из этих материалов различается своим происхождением, дисперсностью, нефте-емкостью, плавучестью, влагоемкостью и другими показателями.
Сегодня применяются неорганические и органические сорбенты, имеющие как природное, так и синтетическое происхождение. Многие сорбенты универсальны, поскольку способны поглощать довольно большой спектр нефтепродуктов. В последнее время при выборе средств для ликвидации аварийных разливов и их последствий все большее предпочтение отдается сорбентам, способным не только хорошо поглощать нефть и нефтепродукты, но и разлагать их на простые и безопасные вещества — углекислый газ и воду. В этом случае процесс биоразложения нефтепродуктов достигается естественным путем при помощи микроорганизмов. Чтобы ускорить биоразложение нефтепродуктов, наравне с сорбентами могут применяться биопрепараты, в состав которых входят колонии различных микроорганизмов-биодеструкторов нефтепродуктов.
Рис. 1. Динамика снижения содержания углеводородов в нефтезагрязненной почве по отношению к исходному содержанию через 2 недели
Рекультивация почвы и водоемов с помощью биоразлагающих сорбентов
Разлив нефтепродуктов способен уничтожить флору и фауну, вызвать мутацию микроорганизмов, живущих в почве и в воде. Восстановление растительности на нефтезагрязненных поч-вах замедляется либо не представляется возможным вовсе.
Рекультивация нефтезагрязненных земель — это первостепенная задача при ликвидации последствий разлива нефти и нефтепродуктов. В проведении рекультивационных работ нуждается 95,9% общего количества нефтезагрязненных земель. Ежегодно площади нарушенных земель, требующих рекультивации, увеличиваются на 10 тыс. га в год.
Стоит вспомнить недавний пример: 25 апреля 2012 г. из-за незаконной врезки в трубопровод, принадлежащий комбинату Росрезерва «Прибайкалье», в Ангару попало свыше 300 т нефтепродуктов. На данный момент утечка устранена, однако концентрация загрязнений, как сообщает Росприроднадзор, превышает норму в 20-120 раз — в зависимости от удаленности от источника загрязнения.
Хорошие показатели рекультивации нефтезагрязненных площадей достигаются благодаря использованию абсорбента на основе модифицированного сфагнового мохового торфа. Суть модификации состоит в том, что при высокотемпературной обработке торф меняет свои свойства с гидрофильного на гидрофобное и олеофильное. Гуминовая составляющая работает как катализатор активности аборигенного биоценоза, значительно повышая эту активность и ускоряя его взаимодействие с углеводородами. После биологического распада углеводорода торфяная капсула переходит в гидрофильное состояние и начинает впитывать воду, как в обычных природных условиях, становясь полезным компонентом как почвы, так и воды.
С целью подтверждения эффективности применения на водной поверхности абсорбента на основе модифицированного сфагнового мохового торфа проводились испытания на базе одной из эколого-аналитических лабораторий. В ходе этих испытаний были определены основные показатели данного абсорбента: насыпная плотность, нефтеемкость, плавучесть; проверена сорбирующая способность абсорбента по нефти на водной поверхности. Кроме того, была определена оценка степени очистки водной поверхности от нефти абсорбентом. Измерения на основе флуориметрического метода показали, что среднее остаточное содержание растворенной нефти в воде после применения сорбента для сбора разлитой нефти, полученное из трех измерений, составляет 0,086 мг/л (0,094; 0,073; 0,091). Это полностью соответствует ПДК в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: предельное содержание нефти 0,3 мг/л, многосернистой нефти — 0,1*.
Специалистами кафедры промышленной экологии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина под руководством зав. кафедрой профессора С. В. Мещерякова было подробно изучено влияние торфяного абсорбента на очистку почвы от нефтяного загрязнения. Эксперимент, проводившийся в лаборатории кафедры в течение семи месяцев, показал, что применение абсорбента на базе модифицированного сфагно-вого мохового торфа при рекультивации почв, загрязненных нефтью, приводит к значительному снижению содержания в почве углеводородов, уменьшению показателей токсичности до фоновых значений и практически полному снижению угнетения роста растений. Это означает, что применение абсорбента на базе модифицированного сфагнового мохового торфа за короткое время нормализует экологическую ситуацию на месте ликвидации разлива нефти.
Через две недели после начала эксперимента в двух образцах с применением сорбента в пропорции нефть/абсорбент 1:1 и 4:1 с внесением комплексного гранулированного удобрения содержание углеводородов снизилось на 73% и 67% соответственно, а через 6 месяцев — на 94,3% и 94% соответственно (рис. 1). В остальных образцах за аналогичный двухнедельный период этот показатель составлял 15-47%, причем дальнейшее снижение количества углеводородов в образцах без абсорбента затормозилось. Согласно нормам ХМАО, образцы с примене-нием сорбента в пропорции с нефтью 1:1 и 1:4 позволяют принять земли с такими показателями к обороту. Для оценки рекультивации земли с биологической точки зрения был проведен ряд дополнительных исследований о влиянии сорбента на основе модифицированного сфагнового мохового торфа на процесс рекультивации земель.
Рис. 2. Влияние абсорбента на фоне нефтяного загрязнения на токсичность почв в динамике (тест-объект — инфузории Paramecium Caudatum)
*1. Постановление Правительства РФ № 613 от 21.08.00 г. «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» (в ред. от 15.04.02 г. за № 240).
2. Приказ МПР № 144 от 2003 г. «О совершенствовании работы в области борьбы с нефтеразливами».
3. Отчет по результатам исследования кафедрой промышленной экологии ФХТЭ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина «Изучение влияния торфяного абсорбента на очистку почвы от нефтяного загрязнения».— М., 2008 г.
4. ГН 2.1.5.1315-03 «О ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» от 04.03.98 г. (с изменениями от 15.06.03 г.).
Исследование токсичности почвы
На ранних сроках проведения эксперимента токсичность почв достигала высокого уровня. Через 3 месяца во всех образцах, где был применен модифицированный сфагновый моховой сорбент, уровень токсичности приблизился к нулевым показателям (рис. 2).
Активность микробиоценоза почв
Угнетение микробиоценоза почвы наблюдалось на протяжении всего эксперимента во всех образцах. Исключением является образец, где доза абсорбента максимальная (пропорция с нефтью 1:1). Образцы, в которых пропорциональное соотношение нефти и абсорбента составляло 4:1, 2:1 и 4:1 с применением удобрения, можно рассматривать как благополучные на завершающем этапе эксперимента, где угнетение незначительно превышает допустимое значение в 30% (рис. 3).
Рис. 3. Влияние абсорбента на фоне нефтяного загрязнения на активность микробиоценоза почв в динамике
Фитоценотические показатели
Изучение фитоценотических показателей злаковых растений выявило токсичность почвы всех экспериментальных образцов. Менее выражена токсичность почвы в образцах с применением абсорбента. У всех растений, участвовавших в эксперименте (пшеница, овес, редис и трава для откосов), резко выражено угнетение корневой системы из-за токсичности почвы. Наиболее чувствительными к нефтяному загрязнению оказались семена пшеницы. Надземная часть растений также угнетена. По мере увеличения количества абсорбента в загрязненной земле (пропорциональное соотношение с нефтью 2:1 и 1:1) угнетение несколько снижалось. Самые хорошие показатели (рис. 4) по результатам комплексных исследований были отмечены у двух образцов: первый — с умеренной дозой абсорбента на базе модифицированного сфагнового мохового торфа (соотношение с нефтью 4:1) на фоне удобрения; второй — с максимальной дозой этого же абсорбента (пропорция с нефтью 1:1). В результате проведенных биологических исследований выявлено, что, несмотря на снижение уровня углеводородов в нефтезагрязненной почве без применения абсорбента, полноценная жизнедеятельность растений не обеспечивается.
Рис. 4. Фитоценотические показатели травы для откосов (продолжительность выращивания — 30 суток)
С целью определения эффективности рекультивации земель с помощью абсорбента проводились исследования на возможность биоразложения нефтяных загрязнений и бурового шлама. Результаты показали, что количество нефтепродуктов в опытных образцах снизилось на 78%. В дальнейшем уровень нефтепродуктов в опытных образцах продолжал снижаться и через 100 дней приблизился к предельно допустимым концентрациям (см. таблицу).
Табл. 1. Оценка показателей содержания буровых отходов до и после применения абсорбента
* ОДКнп (отдельно допустимая концентрация нефтепродуктов в отдельно взятом субъекте Федерации) = 1000 мг/кг.
Высокие показатели очистки нефтезагрязненных земель и водоемов при помощи сорбента на основе модифицированного сфагнового мохового торфа послужили основанием для ввода его в стандартную процедуру рекультивации почв и водоемов от нефти/нефтепродуктов и буровых шламов рядом с крупнейшими предприятиями. Примером может служить применение абсорбента на нефтезагрязненных землях одного из предприятий в ХМАО (см. фото). Перед применением абсорбента содержание нефтепродукта в почвогрунте составляло 28%. Через 45 дней после внесения сорбента содержание нефтепродукта уменьшилось на 20% и составило 5,8%, что меньше ПДК для ХМАО (6%).
Рекультивацию земель можно считать завершенной после создания густого и устойчивого травостоя, при этом концентрация остаточных нефтепродуктов со значениями коэффициента окисления нефти более 90% не должна превышать в среднем по участку 8,0% в органогенных и 1,5% в минеральных и смешанных грунтах.
Рассмотрение всего эксперимента в динамике развития позволяет сделать вывод о том, что рекультивация почв, загрязненных нефтью, происходит быстрее и эффективнее с применением биоразлагающих сорбентов. Кроме того, биоразлагающие сорбенты оказывают положительное воздействие на развитие растений на нефтезагрязненных землях. Особенно хорошо зарекомендовал себя сорбент на основе модифицированного сфагнового мохового торфа.
Сорбент помогает нормализовать экологическую ситуацию на месте аварийного разлива нефти, причем как на почве, так и на воде. Его достаточно рассыпать на месте разлива нефтепродуктов и оставить на некоторое время. Он ускоряет процессы рекультивации нефтезагрязненных земель и водоемов, очистки почвы от буровых отходов, его применение оправданно не только с экономической, но и экологической точек зрения, что подтверждено экспериментами.
Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!
