<<
>>

Полевые исследования процессов восстановления нефтезагрязненных болотных экосистем с использованием торфяных засыпок


Распространение технологии восстановления нефтезагрязненных торфяных болот с использованием засыпок ставит вопрос о приемлемости исследований, выполненных на отдельном болоте и в определенной природной зоне, к ее использованию на других болотах.
Опираясь на уже сложившиеся представления о типологии торфяных болот, можно утверждать, что исследования, выполненные в одной зоне болотного или торфяно-болотного районирования, распространяются на болота того же типа всей зоны.
В настоящее время типология болот в России и в мире имеет много общего, и в целом ее исследования направлены на дальнейшую конвергенцию понятий в номенклатуре болотной типологии.
Существующая разница в климатических условиях не имеет для развития болот принципиальных последствий. Различия в длительности вегетационного периода компенсируются увеличением температуры вегетационного периода или суммы его активных температур.
Предполагая, что проблема типологии и районирования торфяных болот все равно может вызывать вопросы допустимости распространения технологии рекультивации нефтезагрязненных болот, ниже приводится подробное описание участка полевых исследований динамики деструкции нефтепродуктов в верхнем слое торфяного болота.
Торфяное болото Дмитровское Тверской области расположено в области распространения ледниковых отложений в виде суглинков и моренных глин. Четвертичные отложения залегают мощностью 35—40 м и подстилаются каменноугольными известняками.
Рельеф местности, на которой сформировалось торфяное месторождение, представлен мягкоочерченными высокими холмами, чередующимися с замкнутыми котловинами и водораздельными, когда-то проточными впадинами, а в настоящее время нередко занятые торфяниками, часто дающие начало ручьям и малым рекам. Впадины имеют вытянутую форму шириной до 2 км. Максимальные глубины торфяника идут параллельно суходольным грядам и достигают максимума в концах впадины, где торфяная залежь подстилается глинами.
Торфяное месторождение Дмитровское занимает неглубокую водораздельную впадину. Наличие большого количества остатков древесины в торфе и пней в нижнем слое торфяной залежи при незначительном количестве сапропелевых отложений указывает на то, что болото образовалось при заболачивании леса в связи с ухудшением дренажа поверхностных вод.
Месторождение имеет вытянутую форму с севера на юг шириной до км и длиной 6 км. Рельеф поверхности ровный. Северный и центральный участки имеют уклон на север, а южный - на юг. Северная часть и южная имеют слегка выпуклую форму поверхности.
Водное питание болота в настоящее время происходит за счет атмосферных осадков и частично за счет поверхностного стока.
Торфяная залежь относится к переходному и верховому типам. Участки верхового типа расположены в северной и южной частях месторождения.
Основными торфообразователями являются олиготрофные растения: сфагновый мох, пушица, кустарнички, древесные, осока, гипновый мох, шейхцерия и т. д. Сфагновый мох составляет до 40% и пушица - до 24% от общего состава торфяной залежи. Они равномерно распределены по площади и глубине торфяной залежи с повышением к поверхности доли сфагновых мхов.
Средние данные степени разложения торфа на верховом участке соответствуют виду верховой магелланикум-залежи.
Максимальные значения до 45% в средней части залежи и до 50% в нижней у дна. Верхний слой в среднем имеет значение степени разложения до 30%.
Среднее значение влажности торфа по месторождению - 89,5% с интервалом от 83,4 до 93,4%. Для верхового участка характерны среднее значение влажности - 89,7%. Среднее значение зольности торфа - 4,4%. Для верхового участка - 4%. Пнистость торфяной залежи - около 2%.
Участок для выполнения экспериментальных работ выбран в северной части торфяного болота, не подвергшейся влиянию добычи торфа. Растительный покров представлен редкостойной сосной высотой до 6 м и диаметром до 8 см. Полнота древостоя 0,3-0,4. Редкий подрост березы до I м. До 50% древостоя - сухостой. В кустарничковом покрове преобладают багульник, подбел, Кассандра, клюква, водяника с общим покрытием до 20%. Травянистые растения представлены пушицей влагалищной и морошкой. Покрытие трав составляет 30%. Мхи: преобладают Sphagnum magellanicum, S. angustifolium и редко S.fuscum и Politrichum strictum. Покрытие мхов - 95%.
Микрорельеф достаточно ровный, с амплитудой до 25 см со слабовы- раженными неориентированными грядами и мочажинами. Уклон поверхности незначительный.
Опробование торфяной залежи выполнялось в одном пункте на контрольной площадке на всю глубину торфяной залежи послойно через 0,25 м. Отбор осуществляется пробоотборочными челноками буров ТБГ-1.
Лабораторные анализы включали определение ботанического состава, общетехнических свойств (табл. 23).
Таблица 23
Лабораторные анализы торфа

Определяемый показатель

ГОСТ

Тип и вид торфа

21123-85

Ботанический состав

28245-89

Массовая доля влаги со, %

11305-83

Зольность Ac, %, не более

11306-83

Кислотность солевой суспензии рНкс1

11623-89

Степень разложения, %

28245-89


Залежь имеет следующее послойное от поверхности (в метрах) строение: 0,5-0,75 - магелланикум-торф, R = 20%; 0,75-1,0 - пушицево-сфагновый верховой, R = 30%; 1,0-1,25 - пушицевый верховой, R = 50%; 1,25-1,5 - шейхцериевый верховой, R = 35%; 1,5-1,75 - шейхцериевый верховой, R = 30%; 1,75-2,0 - древесно-травяной низинный, R = 50%; 2,0-2,10 - торф (древесно-травяной) с песком; ниже - влажная серо-желтая супесь и суглинок.
Увлажненность поверхности естественная - при ходьбе выделяется вода. Уровень воды на участке в среднем ниже поверхности залежи на 10-15 см (июль 2005 г.).
Строение верхнего слоя (0,0-0,25 м) было обследовано по углам экспериментальной площадки (рис. 14). Точка I - пушицево-сфагновый торф со степенью разложения 15%. Точки 2 и 3 - ангустифолиум-торф со степенью разложения 15%. Точка 4 - ангустифолиум-торф со степенью разложения 10%. В среднем мощность очесного слоя 0,1-0,2 м.
Таким образом, состав растительности, морфометрия, строение и общие свойства торфяной залежи экспериментального участка соответствуют особенностям болот Среднего Приобья.
Обеспечение выполнения всего комплекса работ в полевых и лабораторных условиях потребовало разработки соответствующего методического обеспечения и его последующего уточнения.
На выбранном участке неосушенной торфяной залежи организована разбивка площадок согласно схеме, приведенной на рис. 14. Всего подготовлено 14 площадок, каждая размером I х I м. Площадки 1.1-1.4 и 2.1-2.4 являлись основными: на них наносилась нефть и торфяная засыпка с разной влажностью. На площадки 3.1-3.3 наносили нефть без последующей засыпки. Между площадками 1.1-1.4 и 2.1-2.4 организованы три контрольные: К - естественное состояние залежи; Kp K2 - с засыпкой торфом разной влажности, но без нанесения нефти. Общая площадь всего участка 110 м2.
Организация такой экспериментальной площадки позволяет контролировать различные процессы деструкции нефти, диффузии в торфогенный слой и торфяные засыпки, образования киров и т. д. Появляется сравнительная база, следовательно, результаты анализа становятся сопоставимы и более объективны.
С помощью торфяного бура из залежи отобраны образцы на анализы: общетехнический и геоботанический. Установлены средние значения торфяной залежи на участке: влажность - 90,62%;
Схема экспериментальной площадки
Рис. 14. Схема экспериментальной площадки

кислотность - 3,24 (водная); 2,40 (солевая); зольность - 6,70%; Pjaji в залежи: 0-0,1 м - 0,16 т/м3; 0,1-0,25 - 0,55 т/м3; рзас засыпки - 0,495 т/м3 (со = 55%) и 0,430 т/м3 (со = 40%); глубина залежи -1,8 м; подстилающий грунт - супесь.
В качестве засыпок использовали фрезерный торф из штабеля на производственных площадях торфопредприятия Дмитровское. По своей природе он аналогичен торфу в залежи на экспериментальных площадках.
В работе были заданы два значения влажности торфяных засыпок: 40 и 55%. Исходные рабочие влажности торфа для таких засыпок составили 32 и 69%. Доведение их до заданной влажности осуществляли путем добавления расчетного количества торфяной воды в торф с со = 32% и смешения торфа с со = 32% и со = 69% в заданном соотношении.
После смешения торф выдерживали несколько суток для равномерного выравнивания влажности.
Всего таким образом подготовлено 2 м3 торфа. Контрольные измерения влажности засыпок в момент их нанесения на экспериментальные площадки показали следующие средние результаты влажности торфа: 45,83 и 55,05%.
Засыпки торфа наносили из мешков в рамку (I х I х 0,3 м), установленную на отметки экспериментальных площадок, после чего рамку снимали, торф по краям образовывал угол естественного откоса.
Сырую нефть (р = 0,906 т/м3) наносили равномерно на каждую площадку с помощью лейки (всего использовано около 100 л). Количество нефти определено техническим заданием и составило по отдельным площадкам (л/м2): 1.1 и 2.1 - 3; 1.2 и 2.2 - 5; 1.3 и 2.3 - 10; 1.4 и 2.4 - 15.
Указанные площадки впоследствии (через 3 суток) покрывали торфяными засыпками с со - 40 и 55% (соответственно для 1.1-1.4 и 2.1-2.4).
На контрольные площадки 3.1-3.3 наносили нефть в количестве 5, 10 и 15 л/м2 (без последующей засыпки).
Для засыпок расчетным методом определены пористость, водо- и га- зонасыщенность, которые соответственно составили: при со = 40% - 82,8; 17,2; 65,6%, а при со = 55% - 85,15; 27,2; 57,95%.
Отметим, что после нанесения нефти происходит распределение загрязнителя в некотором объеме деятельного слоя, примыкающих к нему слоях залежи и нижних слоях засыпки. Следовательно, возникает задача по оценке содержания нефти в объеме торфа (л/м3). Решение этой задачи осуществляли двумя способами. Первый - визуальная оценка с промерами глубины проникновения нефти в залежи на контрольных площадках
3.3.              Второй - путем отбора проб на лабораторный анализ из площадок 1.4              и 2.1-2.4 (через засыпки).
На контрольных площадках 3.1-3.3 глубина проникновения нефти через торфогенный слой в залежь (через 3 суток), составила 9, 14 и 22 см при загрузке нефти соответственно 5, 10 и 15 л/м2.
Количество разлитой нефти меньше критических значений определяет глубину ее проникновения, хотя деятельный слой болота обладает некоторой емкостью поглощения. Нефть покрывает стенки пор, состоящих из растений и их остатков, и частично закрепляется (замазучивает торфорастительный материал). Поэтому глубина ее проникновения зависит от пористости верхнего слоя болота, положения уровня болотных вод и количества самой нефти. Нижний предел ее проникновения определяется положением поверхности болотной воды. Однако понятие поверхности болотной воды довольно неопределенное, в отличие от положения уровня воды в скважине на торфяном болоте. Болотная вода может образовывать вместе с ее капиллярным поднятием сложную форму поверхности, и соответственно, сложную форму границ распространения нефти.
В целом схема действия засыпки показана на рис. 15, 16. Последовательность этапов по восстановлению болота методом засыпки подсушенным торфом представлена на рис. 17 (см. цв. вклейку), а окончательный облик площадок представлен на рис. 18 (см. цв. вклейку).

В хронологическом порядке последовательность операций выглядела следующим образом: 9.08.05 г. - разбивка площадок; 23.08.05 г. - нанесение нефти на площадки; 23.08.05 г. - нанесение торфяных засыпок; г. - первый отбор проб на анализы, 17 дней; 11.11.05 г. - второй отбор проб на анализы, 80 дней; 20.04.06 г. - третий отбор проб на анализы, 240 дней; 27.06.06 г. - четвертый отбор проб на анализы, 308 дней; г. - пятый отбор проб на анализы, 434 дня; 09.09.07 г. - шестой отбор на анализы, 760 дней; 08.05.08 г. - седьмой отбор на анализы, 979 дней, и далее каждый год.
Отбор проб выполняли с площадок 1.1—1.4, 2.1-2.4 с помощью полого цилиндра высотой « 30 см и диаметром к 15 см. Цилиндр заглубляли в засыпку по центру площадки до деятельного (торфогенного) слоя, вручную выбирали торф, одновременно контролируя глубину выбора с помощью рулетки. Пробы на анализ отбирали из слоя над загрязненным нефтью торфогенным слоем, из слоя дернины и под ним. Для прохождения волокнистого слоя использовали нож для обрезки волокон растений по диаметру цилиндра.
Пробы маркировали и упаковывали в чистые полиэтиленовые мешочки (на микробиологию) и в обезжиренные стеклянные банки (для определения содержания нефти). После отбора проб оставшийся торф в обратном порядке засыпали в цилиндр, а на дневную поверхность засыпки добавляли свежий фрезерный торф. Место отбора отмечали вешкой.
На площадках К, K1 и K2 брали контрольные пробы.
Таким образом, количество проб составляло по 19 на каждый вид анализа.
Пробы на микробиологический анализ сразу же после доставки в лабораторию помещали в морозильную камеру, после чего передавали на анализ в микробиологическую лабораторию.
Степень разложения и ботанический состав оценивали микроскопическим методом. Из общетехнических свойств определяли влажность, зольность, плотность (насыпная и в залежи), кислотность (водная и солевая вытяжка).
<< | >>
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 {original}

Еще по теме Полевые исследования процессов восстановления нефтезагрязненных болотных экосистем с использованием торфяных засыпок:

  1. Обоснование способа рекультивации и восстановления нефтезагрязненных болот с использованием торфяных засыпок
  2. 2. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ
  3. Природоохранные мероприятия по локализации нефтезагрязнений на торфяном болоте
  4. Результаты полевого эксперимента очистки сточных вод на естественном торфяном болоте[23]
  5. Полевое исследование
  6. Методика полевых исследований
  7. Методы исследований Полевая работа
  8. О возможности использования торфяных болот для очистки сточных вод
  9. Принцины полевых исследований Уайтинга и Чайлда
  10. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ. АНТРОПОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ ЭКОСИСТЕМ
  11. Глава 10. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
  12. ГЛАВА 8. РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
  13. §6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВОСКРЕШЕНИЯ ЛЮДЕЙ И ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УТРАЧЕННЫХ ОРГАНОВ.
  14. (ДОП.) § 40. СРАВНЕНИЕ ЭКОСИСТЕМ ПРЕСНОВОДНЫХ ВОДОЕМОВ И НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ