Опыт рекультивации нефтезагрязненных земель в ХМАО-Югре

Главной целью рекультивации загрязненных земель является снижение содержания нефти в почве до требований регионального норматива, но при этом опускается условие о восстановлении нарушенных разливом нефти исходных биоценозов.

/>В последние годы нефтяные компании выделяют больше средств на рекультивацию загрязненных земель, что демонстрирует пример Нижневартовского района (рис. 9,10).
Началом появления сложившегося комплекса рекультивационных мероприятий на территории ХМАО-Югры можно считать 1990-1991 гг., когда в России возник экологический «бум»10 и некоторыми нефтегазодобывающими предприятиями был впервые применен при ликвидации своих аварийных разливов нефти один из первых отечественных промышленно

Рис. 9. Динамика добычи нефти на территории Нижневартовского района

Рис. 10. Рекультивация нефтезагрязненных земель на территории Нижневартовского района

выпускаемых нефтеразрушающих биопрепаратов - бактериальный препарат «Путидойл», освоение которого происходило параллельно с формированием местных надзорных природоохранных органов в 1993-1995 гг.
Процесс рекультивации нефтезагрязненных земель за сравнительно короткие сроки набирал высокие темпы, параллельно, методом проб и ошибок, формировались технологии рекультивации. Согласно опубликованным официальным данным, если в 1994 г. в округе площадь земель, рекультивированных после нефтезагрязнения, составила 98,759 га, то уже в 1998 г. на территории округа за год было рекультивировано 837,536 га, а в 2000 г. - 1013,192 га нефтезагрязненных земель.
В настоящее время в мире разработано много научно-обоснованных методов рекультивации нефтезагрязненных земель. При небольших масштабах загрязнения в экономически развитых странах применяют метод снятия на всей площади разлива нефти загрязненного почвогрунта, с последующей очисткой в промышленных установках или на специальных полигонах, и его замены чистым плодородным грунтом.
С учетом огромных масштабов загрязненных нефтью земель округа в основу их рекультивации сегодня положен метод очистки на месте разлива. Основы применения данного метода на территории округа, используемые повсеместно в практике[10], базируются на процессах самоочищения за счет испарения, деструкции нефти под воздействием внешних факторов и внутренних ресурсов биогеоценозов.
Согласно постановлению Правительства РФ от 15.04.2002 г. № 240, большая часть аварийных разливов нефти классифицируется как чрезвычайная ситуация различной категории. Компании, имеющие объекты добычи или хранения нефти и нефтепродуктов, обязаны разрабатывать планы предупреждения и ликвидации аварийных разливов, которые должны быть локализованы после обнаружения в течение 4 ч на водной поверхности и 6 ч - на суше.
Летом на воде разливы локализуются установкой боновых заграждений, на суше - обвалованием участка местным или привозным грунтом с помощью бульдозеров или оконтуриванием канавами с помощью экскаваторов. Свободную нефть собирают и откачивают нефтесборщиком (срок сбора нефти не регламентируется). В зимнее время ликвидация разливов, особенно на болотах, проводится быстрее и легче: обваловка разливов проводится снегом; если нефть не потеряла текучесть, то ее откачивают, если замерзла - собирают лопатами, бульдозерами и вывозят в шламона- копитель. На ручьях и мелких реках в местах пересечения их автодорогами устанавливают нефтеловушки (гидрозатворы) для предотвращения миграции нефти за пределы нефтепромысла. Локализация разливов проводится силами специализированных аварийно-спасательных формирований или цехов ликвидации последствий аварийных разливов нефтяных компаний. Задача ликвидационного этапа - исключить возможность распространения нефти за пределы загрязненного участка.
Время начала работ по рекультивации загрязненных земель и технологии рекультивации в настоящее время законодательно не регламентированы. Нормативно-правовыми актами было закреплено только положение о проведении рекультивации по проектам, имеющим положительное заключение государственной экологической экспертизы. Однако с I января 2007 г. вступили в силу изменения к Федеральному закону «Об экологической экспертизе», по которым проекты рекультивации загрязненных земель «выпали» из правового поля и более не подлежат экологической экспертизе.
По сочетанию факторов, лимитирующих разложение нефти в почве, практически каждый нефтезагрязненный участок индивидуален. Более того, часто даже в пределах одного участка наблюдаются значительные вариации таких факторов. Поэтому проведению рекультивационных работ обычно предшествует паспортизация нефтезагрязненного участка земель, которая позволяет получить объективную картину об их местоположении и биотопической приуроченности, давности, степени и характере загрязнения, состоянии растительного покрова, почвенно-гидрологических особенностей, захламленности, проходимости для технических средств, а также о других параметрах, определяющих впоследствии их разбивку на рабочие выделы, а также выбор и порядок выполнения рекультивационных мероприятий по каждому из них.
На основании полученных данных разрабатывается проект (индивидуальный, групповой), а при наличии у компании типового проекта рекультивации - план производства работ. В связи с исключением проектов рекультивации из числа объектов государственной экологической экспертизы решением властей округа принято решение согласовывать проекты с лесхозами и территориальными управлениями охраны окружающей среды.
Для того чтобы найти оптимальное технологическое решение по рекультивации загрязненных нефтью земель, проектировщик должен знать не только изложенные в паспорте участка количественные параметры разлива, но реально представлять себе качественные изменения, происходящие в почве под действием нефти, почвенные, климатические, гидрологические условия, в которых будут проходить процессы деградации токсических компонентов.
Попадая в почву, нефть может находиться в следующих состояниях: в жидком подвижном виде (тонкие пленки); растворенном в воде виде (водорастворимые фракции углеводородов); малоподвижном виде в поровых каналах, трещинах, полостях (капиллярное удерживание); в сорбированном виде (на поверхности и в объеме торфяных агрегатов, частиц и органо-минеральных образований; в виде массивных слоев пены на поверхности объекта загрязнения (почвы, торф, акватория) сплошного слоя на поверхности почвы.
Попавшая в почвенный профиль нефть вызывает нарушение водновоздушного режима в результате заполнения порового пространства почвы, слипание мелких почвенных агрегатов с образованием более крупных, что может привести к возникновению битуминозной корки. Почва, насыщенная нефтью, теряет способность впитывать и удерживать влагу. Растения гибнут, или у них нарушается потребление воды, питательных веществ, и возникает кислородное голодание.
Изменение нефти в почвах, ее деградация происходит под влиянием трех основных взаимозависимых и взаимообусловленных факторов: микробиологического, физического и химического.
По данным Лаборатории геомикробиологии, полученным с площадок, заложенных Институтом биологии КФ АН СССР, через год после загрязнения содержание остаточной нефти составляло: в зоне средней тайги - 40,7^44,4%, в южной тайге - 12,5%, в лесостепи - 4,4% (суходольный луг) и 1,64% (влажный луг), в сухих субтропиках - 0,47%. Таким образом, скорость самоочищения почвы от нефти увеличивается с севера на юг. Результаты показали, что в одной и той же зоне при одной и той же нагрузке (24 л/м2) при более высоком уровне влажности уменьшение содержания остаточной нефти идет быстрее. Основным процессом деградации нефти в почве является ее окисление, протекающее в аэробных условиях и идущее в двух направлениях. С одной стороны, идет минерализация, приводящая к упрощению структуры нефти, а с другой - конденсация, сопровождающаяся обогащением нефти смолисто-асфальтовыми полярными соединениями.
При радиальном распределении нефти в почвенном профиле значительную роль играют так называемые барьеры-аккумуляторы, то есть горизонты с повышенной нефтеемкостью. Горизонтами-концентраторами нефтяных компонентов являются высокоемкие (органо-сорбционные) органогенные горизонты почв и торфов, а также горизонты легкого гранулометрического состава (минерально-сорбционные), имеющие достаточно высокую эффективную пористость с более низкой потенциальной емкостью. Так, наибольшей нефтеемкостью (gt;400 г/кг) обладают торфяные горизонты и собственно торфяные почвы и торфяники, которые формируют мощную систему барьеров-концентраторов в вертикальном профиле почв. Количество органических загрязняющих веществ, аккумулирующихся в горизонтах-концентраторах, зависит не только от их нефтеемко- сти, но также и от их мощности. Например, торфяные почвы с мощностью торфяного горизонта более 10 см аккумулируют основную массу нефти, препятствуя попаданию нефтяных компонентов в грунтовые воды. Установлено, что величина нефтеемкости зависит от влажности торфа. Торф, относительная влажность которого около 50%, удерживает до 350 литров жидкой нефти на I м2, в то время как воздушно-сухой торф может удерживать до 600 литров нефти на I м2. Более рыхлые верхние слои отличаются
большей нефтеемкостью, чем разложившиеся и плотные глубокие слои торфяного горизонта.
Величина нефтеемкости позволяет оценивать объем загрязненных нефтью торфяных почв, а свойство почв активно удерживать нефть и нефтепродукты позволяет применять подсушенный торф, который, впитав нефть, снижает распространение загрязнения.
Поскольку основная масса углеводородов в почве разлагается микроорганизмами, а они эффективно работают при температуре 20-25 °С, хорошей аэрации и влагообеспеченности, принципиально важное значение при выборе технологии рекультивации имеет учет почвенных, гидрологических условий на загрязненном участке, климатических особенностей района проведения работ.
Почвенно-климатические условия округа неблагоприятны для биодеструкции нефти, избыточное увлажнение почв, в первую очередь болотных, с одной стороны, ограничивает глубину проникновения нефти, а с другой - создает дополнительные сложности технического и агробиологического характера при проведении рекультивации.
Анализ применяемых способов рекультивации нефтезагрязненных торфяных болот указывает на недопустимость применения таких способов, как землевание песком, взрывы, выжигание разливов нефти. Патентный поиск показывает, что научная и инженерная работа направлена в основном на разработку новых сорбентов и биопрепаратов, а также способов очистки, применяющих активные методы воздействия.

Применение бактериальных препаратов в условиях ХМАО-Югры, при низких температурах, при высоких уровнях загрязнения нефтью (более 100 г на кг) при удаленности объектов рекультивации, а также для старых разливов оказалось неперспективно или неэффективно.
Как следует из рекомендаций компании Shell по ликвидации аварийных разливов нефти на болотах, влияние, оказываемое сырой нефтью на торфяные болота, зависит от степени замазучивания их верхнего слоя и характера физического вмешательства при ликвидации аварии. Труднообратимые последствия загрязнения нефтью болот возникают там, где удален растительный покров при ликвидации аварии или где нефть проникает глубоко в органические слои вследствие механического перемешивания верхнего слоя болот.

Б.Е. Чижов[11] предложил систему факторов, лимитирующих биодеградацию нефти в почве, определил основные негативные воздействия на процессы биологического разложения нефти и дал рекомендации по устранению лимитирующих факторов (табл. 22). В этой таблице в ком
пактной форме изложена суть применяемых в настоящее время в округе технологий рекультивации загрязненных нефтью земель.

Лимитирующие факторы	Основные негативные воздействия на процессы биологического разложения нефти	Рекомендуемые мероприятия
Пленка нефти толщиной более 5 мм, битуминизи- рованная нефтяная корочка на поверхности почвы	Ухудшение аэрации, закисление подповерхностных слоев почвы, непригодность почв для семенного возобновления растений	Сбор и удаление остаточной свободной нефти сорбентами. Отмывка переувлажненных почв от остаточной нефти струями воды. Разрушение тонкой нефтяной корочки поверхностным рыхлением почв
Высокая концентрация углеводородов в поверхностных слоях почвы: более 20% - в подзолисто- глеевых, более 40% - в торфяных почвах	Подавление жизнедеятельности почвенной микрофлоры и мезофауны. Ухудшение физических свойств почвы, увеличение гидрофобное™ песчаных, снижение проницаемости суглинистых, ухудшение аэрации, закисление почв. Непригодность почв для высших растений	Срезание и удаление сильно загрязненного нефтью поверхностного слоя торфяных почв. Внесение в минеральные почвы торфа с последующим перемешиванием его с загрязненным грунтом. Перемешивание фрезерованием замазученных поверхностных слоев торфяных почв с менее загрязненными нижними слоями торфа на глубину не более 30 см. Регулярное рыхление почв фрезерованием
Избыточное застойное переувлажнение болотных почв	Дефицит кислорода, высокая кислотность, неблагоприятный температурный режим почв	Регулярное рыхление почв фрезерованием. Формирование микрорельефа из гребней и борозд. Высев гидрофильных трав- мелиорантов
Недостаточное увлажнение песчаных и супесчаных почв	Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, затруднение семенного возобновления растений	Внесение торфа с последующим перемешиванием его с загрязненной почвой, дождевание

Таблица 22

Лимитирующие факторы	Основные негативные воздействия на процессы биологического разложения нефти	Рекомендуемые мероприятия
Высокая кислотность почв	Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих бактерий	Внесение известняковой или доломитовой муки и других раскисли- телей. Улучшение аэрации почв регулярным рыхлением или формированием микрорельефа из гребней и борозд на переувлажненных почвах
Хлоридно- сульфатное засоление почв	Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющей микрофлоры, непригодность почв для древесных и травянистых растений	Рассоление почв естественным путем, затоплением или другими методами
Заиление почв шламом	Ухудшение аэрации, засоление почв + загрязнение	Внесение торфа с последующим перемешиванием его с загрязненной почвой. Регулярное рыхление почв фрезерованием
Накопление промежуточных продуктов распада нефти	Закисление почв накапливающимися органическими кислотами	Внесение известняковой или доломитовой муки и других раскисли- телей. Высев трав-мелиорантов
Бедность почв усвояемыми формами калия, азота, фосфора	Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, угнетенное развитие растений- мелиорантов	Внесение азотных, фосфорных, калийных или комплексных минеральных удобрений
Бедность почв нефтеокисляющими микроорганизмами	Медленная биодеградация нефти	Внесение накопительных культур аборигенных микробных сообществ или промышленных микробиологических препаратов

Рекомендуемые мероприятия в целом предполагают очень активное воздействие на биотоп - промывка верхнего слоя участка (см. цв. вклейку, рис. 11), многократное фрезерование верхнего слоя болота (см. цв. вклейку, рис. 12), создание искусственного микрорельефа из чередующихся гряд и канав, внесение больших количеств минеральных удобрений, рас- кислителей.
Через 2 года после проведения рекультивации нефтезагрязненного участка верхового болота с применением технологии, основанной на фрезеровании торфяной залежи, общее проективное покрытие участка травами оказалось меньше, чем на незагрязненном участке, в 13,7 раза, мхи и лишайники отсутствовали. Через I лет проективное покрытие рекультивированного участка травами было в 5,2 раза меньше, мхами и лишайниками - в 53,4 раза меньше по сравнению с незагрязненными участками. Видовой состав трав на рекультивированном участке был в 2,5-3,2 раза беднее. На рис. 13 (см. цв. вклейку) представлен участок через 8 лет после рекультивации.
Для сравнения: через 20 лет после разлива нефти при самовосстановлении биоценозов на загрязненных участках общее проективное покрытие болота кустарничками и травами в 1,7 раза меньше, мхами и лишайниками - в 2,5 раза меньше, чем на аналогичных незагрязненных участках, индекс биологического разнообразия (индекс Шеннона) в 2,1 раза ниже. Снижение содержания нефти в торфе в процессе самовосстановления болот идет значительно медленнее, чем на лесных минеральных почвах (коэффициенты корреляции с давностью разлива соответственно 0,22 и 65). Время положительно влияет на восстановление травяного и кустар- ничкового покрова болота (коэффициент корреляции 0,95), но слабее на зарастание участков мхами и лишайниками (коэффициент корреляции
0,55).
Сопоставление самовосстанавливающихся после разливов нефти и рекультивированных с применением традиционных технологий участков болот позволяет сделать вывод, что на многих участках восстановление биоценозов происходит успешнее без проведения рекультивационных работ, необходимо только создать условия для их самовосстановления (удалить пленку нефти, битумизированную корочку для возобновления воздухообмена).
К основным недостаткам фрезерования можно отнести: уничтожение оставшейся наземной части растений, корнеобитаемого слоя, подавление и длительное восстановление аэробных и анаэробных видов микроорганизмов, микрофлоры, распространение загрязнения в торфяной залежи; отсутствие улучшения на неосушенных, сильнообводненных, малораз- ложившихся слоях залежи водно-воздушного режима верхнего слоя; разрушение торфогенного, деятельного слоя залежи, в котором происходят процессы массо- и энергообмена с окружающей средой; верхняя часть торфяной залежи фактически лишается способности к саморегулированию водно-воздушного режима.
Однако специальных исследований, определяющих негативное влияние указанных недостатков на восстановление болота, не проводилось.
Выполненное в 2006 г. учеными и специалистами МГУ им. М.В. Ломоносова обследование ранее рекультивированных участков подтвердило негативную роль фрезерования загрязненных нефтью болот. Более высокие темпы восстановления растительности отмечены на участках гряд и рямов, не подвергшихся полной перепашке и по водно-воздушному режиму близких к оптимальным условиям, на которых сохранилась, хотя бы в незначительном количестве, первичная растительность.
Особенно выраженный негативный эффект вызывает поверхностное внесение фосфорных удобрений, которые слабо растворимы в воде. В результате в поверхностном слое торфяной залежи накапливаются токсичные концентрации фосфора, а в зоне размещения основной массы корней фосфора не хватает. Отмечено, что применение удобрений и извести на загрязненных нефтью сильнозасоленных торфах только ухудшает ситуацию, так как при этом еще больше повышается осмотическое давление почвенного раствора, вызывающее усыхание растений и ингибирующее развитие микрофлоры.
Установлено негативное влияние на качество рекультивации повсеместно рекомендуемого раскисления почвы, коэффициенты корреляции между pH водной и солевой вытяжек и величинами общего проективного покрытия растениями на участках с хорошим состоянием растительного покрова положительны и составляют 0,65 (значимы с р = 0,90 для п = 10). Это объясняется тем, что для естественных болотных видов растительности кислая реакция среды благоприятна. Поэтому внесение карбонатов кальция и магния в процессе рекультивации полагается нецелесообразным.
По мнению специалистов МГУ, в целом характер трансформации растительности и определяемых по ней экологических условий рекультивированных участков олиготрофных болот свидетельствуют о нарушении гидрологического баланса и баланса элементов питания, которое, в свою очередь, приводит к значительной диверсификации путей формирования вторичных биогеоценозов и, кроме того, увеличению роли второстепенных факторов и свойств среды на фоне разрушения гомеостатического механизма функционирования болотных систем. В случае удачного протекания восстановительной сукцессии на рекультивированных поверхностях формируются вторичные луга и евтрофные болота с участием нехарактерных для исходных биогеоценозов элементов.
Технология проведения реабилитационных работ на загрязненных нефтью болотных ландшафтах должна основываться на мягких технологиях, не затрагивающих основной биопродуцирующий торфогенный горизонт.

<< | >>

↑

Источник: Суворов, В.И.. . Актуальные вопросы использования торфа и болот [Текст]: монография / Ю.Н. Женихов, В.В. Панов, К.И. Лопатин, В.И. Толстограй, И.А. Юсупов. - Тверь: ООО «Издательство «Триада».- 152 с. 2012

Еще по теме Опыт рекультивации нефтезагрязненных земель в ХМАО-Югре:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -