Методы восстановления нефтезагрязненных почв. Почвы загрязненные нефтью


Нефтяное загрязнение почв

Нефтяное загрязнение почв

Поступление нефтяных углеводородов в почву также вызывает негативные последствия. В районах нефтедобычи и нефтепереработки интенсивно трансформируются физико-химические свойства почв. На глубину их изменения влияют продолжительность загрязнения, состав и концентрация компонентов нефти, ландшафтно-геохимические особенности территории. При этом происходят смещение pH почвенного раствора в щелочную сторону, повышение общего содержания углерода в почве в 2—10 раз, а количества углеводородов — в 10—100 раз (Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002 г).[ ...]

Существенно меняются и морфологические свойства почв: усиливается кутанообразование, происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура почвы. Конечным результатом нефтяного загрязнения является формирование почвенных органов с необычными для зональных условий чертами, зональные типы сменяются техногенными модификациями, снижается продуктивность почв вплоть до необходимости вынужденного вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.[ ...]

Длительное воздействие нефти на почву приводит к изменениям микробиологических свойств почвы. Появляются специализированные формы микроорганизмов, способные окислять твердые парафины, газообразные углеводороды, ароматические углеводороды. Чувствительными к воздействию нефти являются нитрифицирующие бактерии. В присутствии значительных количеств нефти подавляется развитие цел-люлозолитических микроорганизмов. Высокую чувствительность к нефти проявляют зеленые и желтбзеленые водоросли.[ ...]

Нефть токсична для высших растений. Посев растений сразу после нефтяного загрязнения сопровождается их гибелью. Даже через год после внесения нефти на этих участках не удалось получить приемлемого урожая исследуемых растений, так как всхожесть семян составила менее 50 %.[ ...]

Почвенные беспозвоночные также угнетаются высокими дозами нефти. В полевых экспериментах уже при дозе 8 л/м2 происходит полное угнетение всех зоологических групп, причем в первую очередь погибают крупные беспозвоночные.[ ...]

В мире ежегодно добывается более 4,0 млрд т сырой нефти, при ее добыче, транспортировке и переработке теряется около 50 млн т нефти и нефтепродуктов. В результате значительные территории суши и обширные морские и океанические акватории загрязняются нефтяными углеводородами.[ ...]

Основными источниками загрязнения нефтью и нефтепродуктами почв и поверхностных вод суши являются нефтепромыслы на суше и континентальном шельфе, нефтераспределительные пункты и базы, автомобильный транспорт, предприятия нефтеперерабатывающей промышленности. Причиной загрязнений бывают, как правило, грубые нарушения технологии добычи и переработки нефти и нефтепродуктов, а также различные аварийные ситуации, при которых происходят залповые разливы нефти, нефтепродуктов и вод, содержащих нефть.[ ...]

Серьезной экологической проблемой стало загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах России, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причинами загрязнения являются аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150—250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 6 млн га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров (Государственный доклад..., 1995 г.).[ ...]

Инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образованию крупных подземных их залежей в Ангарске, Моздоке, Туапсе, Ейске, Орле, Новокуйбышевске, Уфе, Комсомольске-на-Амуре и других городах.[ ...]

Значительно загрязняют почвы и городские стоки, содержащие продукты неполного сгорания нефти и нефтепродуктов, отработанные смазочные масла, охлаждающие эмульсии и другие соединения нефтяного происхождения.[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-safety.info

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами

Вступление.

С каждым годом все больше внимания уделяется проблемам, связанным с

загрязнением окружающей среды. Наиболее остро данный вопрос стоит перед

жителями крупных промышленных городов. Например, в России, как и в других

развитых странах мира, наблюдается тенденция снижения продаж жилья в

экологически неблагополучных районах городов и увеличение - в ближайшем

пригороде и экологически чистых районах. Кроме того, Евразия стоит на

первом месте в мире по запасам нефти и обладает разветвленной сетью

предприятий для ее переработки и транспортировки, в связи с чем возникает

проблема очистки почвы от нефтепродуктов. Наиболее экономически выгодным и

безопасным методом является микробиологическая деградация.  На настоящее время наиболее развитыми являются технологии очистки сточных

   вод, подразделяющиеся по принципу очистки - аэробные и анаэробные и по

 способу очистки - экстенсивные (поля орошения, поля фильтрации, биопруды и

  т.д.) и интенсивные (аэротенки, биофильтры и т.д.). В основе интенсивных

  способов лежит использование активного ила для удаления примесей из воды,

   основанного на уникальной способности микроорганизмов утилизировать не

  только те субстраты, которые для них оптимальны, но и огромное количество

 других веществ, созданных человеком искусственно и поэтому отсутствовавших

                              ранее в природе. Штаммы микроорганизмов, способные к биодеградации нефтепродуктов, известны

 достаточно давно (это, прежде всего представители родов Bacillus, Bacterium

           и Pseudomonas) и их число с каждым годом увеличивается.

               ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.Добыча нефти и  нефтепродуктов,  их  переработка  и  транспортировка  тяжело

сказываются  на   состоянии   и   плодородии   почвенного   покрова   Земли.

Общеизвестно, что хорошие почвы -  это  обильное  плодородие.  Но  почвы  на

нашей планете играют и другую, менее известную, но не менее важную  роль.  В

почвенном покрове Земли и ее гумусовой оболочке сосредоточена основная  доля

живого вещества суши и его биогенной энергии. Отсюда  экологическая  система

“  почва  -  организмы  “  оказывается  одним   из   главнейших   механизмов

формирования всей биосферы, ее стабильности и продуктивности в целом.

Для примера, в 1986 году из недр нашей планеты было  извлечено  615  млн.  т

нефти. Но при этом попутно в результате горных работ извлечены и сброшены  в

отвалы более 8 млрд. т различных горных пород. Если  их  рассыпать  слоем  в

один  метр,  он  покроет  всю  площадь,  занимаемую  ныне  Аджарией.  И  это

“результат” лишь одного года работы добывающей промышленности.

  Охватить  весь  комплекс  проблем,  связанных  с  загрязнением   почвенных

биоценозов, задача  очень  сложная  и  многообразная.  В  почве,  населенной

мириадами организмов,  -  от  бактерий  до  млекопитающих,  включительно,  -

процессы обмена столь многообразны и сложны, что мы еще  только  подходим  к

их пониманию.

 В связи  с  этим,  представляется  очень  актуальной  и  насущной  проблема

загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами.  Не  секрет,  что  энергетическая

программа  России  на  длительную  перспективу  предусматривает   увеличение

добычи “черного золота”, а это, в свою  очередь,  ведет  к  расширению  сети

трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти и нефтепродуктов.

Таким образом, невозможно  полностью  исключить  вероятность  новых  аварий,

разливов  нефти  и  нефтепродуктов.  В  то  же  время   нормативы   контроля

природопользования становятся с  каждым  годом  все  жестче,  соответственно

возрастают размеры штрафов.Только научно -  исследовательские  работы  могут

помочь в решении столь сложной и многоплановой задачи, как загрязнение  почв

нефтью и нефтепродуктами.

  Для того, чтобы рассматривать  любую  экологическую  проблему,  необходимо

прежде  всего  знать  “  участников  “  этой  проблемы.  В  нашем  случае  “

участниками “ этой проблемы являются: нефть,нефтепродукты и  почва.  Давайте

рассмотрим их повнимательнее с точки зрения их взаимодействия.             НЕФТЬ И Нефтепродукты.ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ.Нефть  -  это  жидкий  природный  раствор,  состоящий  из   большого   числа

углеводородов (УВ) разнообразного строения  и  высокомолекулярных  смолисто-

асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое  количество  воды,  солей,

микроэлементов. Главные  элементы: С - 83-87%, Н - 12-14%, N, S, O  -  1-2%,

реже 3-6% за  счет  S.  Десятые  и  сотые  доли  процента  нефти  составляют

многочисленные микроэлементы.

В  качестве  эколого-геохимических  характеристик  основного  состава  нефти

приняты содержание легкой  фракции  (начало  кипения  2000С),  метановых  УВ

(включая твердые парафины), циклических УВ, смол,  асфальтенов  и  сернистых

соединений.

Легкая фракция нефти

Включает     низкомолекулярные      метановые      (алканы),      нафтеновые

(циклопарафиновые) и ароматические УВ - наиболее подвижная часть нефти.

Большую часть легкой фракции составляют метановые  УВ  (алканы  с  С5-С11  -

пентан, гексан ...). Метановые УВ, находясь в почвах, водной  или  воздушной

средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на  живые  организмы.

Особенно  быстро  действуют  нормальные  алканы  с  короткой  углеводородной

цепью. Они лучше растворимы в воде,  легко  проникают  в  клетки  организмов

через   мембраны,   дезорганизуют   цитоплазменные    мембраны    организма.

Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в  цепочке  менее

9 атомов С, не  ассимилируются,  хотя  и  могут  быть  окислены.  Вследствие

летучести  и  более  высокой  растворимости  низкомолекулярных  алканов   их

действие обычно не бывает долговременным. В соленой воде  нормальные  алканы

с короткими цепями  растворяются  лучше  и,  следовательно,  более  ядовиты.

Многие исследователи отмечают сильное токсическое  действие  легкой  фракции

на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая  фракция  мигрирует  по

почвенному профилю  и  водоносным  горизонтам,  значительно  расширяя  ареал

первичного загрязнения. С уменьшением содержания легкой фракции  токсичность

нефти  снижается,  но  возрастает  токсичность   ароматических   соединений,

относительное содержание которых растет. Путем испарения из почвы  удаляется

от 20 до 40% легких фракций .

МетановыеУВ

В  нефтях,  богатых  легкой  фракцией,  существенную   роль   играют   более

высокомолекулярные метановые УВ (С12-С27), состоящие из  нормальных  алканов

и изоалканов в соотношении 3:1. Метановые УВ  с  температурой  кипения  выше

2000С практически нерастворимы  в  воде.  Их  токсичность  выражена  гораздо

слабее, чем у УВ с более низкомолекулярной структурой.

Содержание твердых метановых УВ (парафинов) в нефти - важная  характеристика

при изучении нефтяных разливов на почвах. Парафины  не  токсичны  для  живых

организмов и в условиях земной поверхности переходят  в  твердое  состояние,

лишая нефть подвижности.

Алканы ассимилируются многими микроорганизмами  (дрожжи,  грибы,  бактерии).

Легкие   нефтепродукты   типа   дизельного   топлива   при    первоначальной

концентрации в почве 0,5% за 1,5 месяца деградируют на 10-80%  от  исходного

количества в зависимости от содержания летучих УВ. Более  полная  деградация

происходит при рН 7,4 (64,3-90%), в кислой среде (рН 4,5)  деградируют  лишь

до 18,8% .

Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом  окисляется  на  воздухе.

Он надолго может “запечатать”  все  поры  почвенного  покрова,  лишив  почву

возможности  свободного  влагообмена  и  дыхания.  Это,  в  первую  очередь,

приводит к полной деградации биоценоза.

Циклические УВ

К ним в нефти относятся нафтеновые и ароматические УВ.

Нафтеновые УВ составляют от 35 до 60 %

О токсичности нафтенов сведений почти  не  имеется.  Вместе  с  тем  имеются

данные  о  нафтенах  как  о  стимулирующих  в-вах  при  действии  на   живой

организм.( лечебная нефть Нафталанского мест-я в  Азербайджане).Биологически

активным фактором этой нефти служат  полициклические  нафтеновые  структуры.

Основные продукты окисления нафтеновых структур УВ-кислоты и оксикислоты.

   К  ароматическим  УВ  (аренам)  относятся  как  собственно  ароматические

структуры - 6-ти  членные  кольца  из  радикалов  -СН-,  так  и  “гибридные”

структуры, состоящие из  ароматических  и  нафтеновых  колец.  Содержание  в

нефти ароматических УВ от 5 до 15 %, чаще всего от  20  до  40  %.  Основная

масса ароматических структур составляют моноядерные УВ -  гомологи  бензола.

Полициклические ароматические  УВ  (ПАУ)  с  двумя  и  более  ароматическими

кольцами содержатся в нефти от 1 до  4  %.  Среди  голоядерных  ПАУ  большое

внимание обычно  уделяется  3,4-бензпирену  как  наиболее  распространенному

представителю канцерогенных веществ.

Ароматические УВ -  наиболее  токсичные  компоненты  нефти.  В  концентрации

всего 1 % в воде они убивают все водные растения. Нефть содержащая от 30  до

40  %  ароматических  УВ  значительно   угнетает   рост   высших   растений.

Моноядерные УВ - бензол и его гомологи оказывают более  быстрое  токсическое

воздействие на организмы чем ПАУ  так  как  ПАУ  медленнее  проникают  через

мембраны клеток. Однако, в целом,  ПАУ  действуют  более  длительное  время,

являясь хроническими токсикантами.

Ароматические УВ трудно  поддаются  разрушению.  Экспериментально  показано,

что главным фактором деградации ПАУ в  окружающей  среде,  в  особенности  в

воде  и   воздухе,   является   фотолиз,   инициированный   ультрафиолетовым

излучением.В почве этот процесс может происходить только на ее  поверхности.Смолы и асфальтены

Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные  нефтепродукты.

Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые, нерастворимые  в

низкомолекулярных УВ. По содержанию смол и асфальтенов нефти  подразделяются

на:

    . малосмолистые ( от 1 - 2 до 10 % смол и асфальтенов )

    . смолистые ( 10 - 20 % )

    . высокосмолистые ( 23 - 40 % )

Смолы и асфальтены содержат  основную  часть  микроэлементов  нефти,  в  том

числе почти все металлы. Среди нетоксичных и  малотоксичных  металлов  можно

выделить: Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, P. Другие  микроэлементы: V, Ni,  Co,  Pb,

Cu, U,  As,  Hg,  Mo,  в  случае  повышенных  концентраций  могут  оказывать

токсическое воздействие на биоценоз.

Вредное  экологическое  влияние  смолисто  -  асфальтеновых  компонентов  на

почвенные  экосистемы  заключается  не  в  химической   токсичности,   а   в

значительном  изменении  водно  -  физических  свойств  почв.   Если   нефть

просачивается сверху, ее смолисто - асфальтеновые компоненты  сорбируются  в

основном в верхнем, гумусовом горизонте иногда прочно  цементируя  его.  При

этом уменьшается поровое пространство почв.

Смолисто - асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни  растений,

они резко ухудшают поступление  к  ним  влаги  в  результате  чего  растения

погибают. Эти в- ва малодоступны  микроорганизмам,  процесс  их  метаболизма

идет  очень  медленно,  иногда  десятки  лет.  В  целом  при   окислительной

деградации нефти в  почвах,  независимо  от  того,  происходит  механическое

вымывание  загрязняющих  в  -  в  или  нет,  идет  накопление   смолисто   -

асфальтеновых в - в. Разрушение и вынос компонентов  УВ  фракций  происходят

гораздо быстрее.                        ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТАМИ.Загрязнение нефтепродуктами  создает  новую  экологическую  обстановку,  что

приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов  или  их

полной  трансформации.  Общая  особенность  всех  нефтезагрязненных  почв  -

изменение  численности  и  ограничение  видового  разнообразия   педобионтов

(почвенной мезо- и микрофауны и микрофлоры). Типы  ответных  реакций  разных

групп педобионтов на загрязнение неоднозначны:

 Происходит массовая гибель почвенной мезофауны: через три дня после  аварии

большинство видов почвенных животных полностью исчезает  или  составляет  не

более 1% контроля. Наиболее токсичными для них  оказываются  легкие  фракции

нефти.

 Комплекс почвенных  микроорганизмов  после  кратковременного  ингибирования

отвечает на загрязнение нефтепродуктами  повышением  валовой  численности  и

усилением активности. Прежде всего  это  относится  к  углеводородокисляющим

бактериям, количество которых резко возрастает  относительно  незагрязненных

почв.  Развиваются  “специализированные  “  группы,  участвующие  на  разных

этапах в утилизации УВ.

 Максимум численности микроорганизмов соответствует  горизонтам  ферментации

и снижается в них по  профилю  почв  по  мере  уменьшения  концентраций  УВ.

Основной “ взрыв “  микробиологической  активности  падает  на  второй  этап

естественной деградации нефти.

  В  процессе  разложения   нефтепродуктов   в   почвах   общее   количество

микроорганизмов   приближается   к   фоновым   значениям,   но   численность

нефтеокисляющих  бактерий  еще  долгое  время  превышает  те  же  группы   в

незагрязненных почвах (южная тайга 10 - 20 лет).

 Изменение экологической обстановки приводит к подавлению  фотосинтезирующей

активности  растительных  организмов.  Прежде  всего  это   сказывается   на

развитии почвенных водорослей: от их частичного  угнетения  и  замены  одних

групп  другими  до  выпадения  отдельных  групп  или  полной   гибели   всей

альгофлоры. Особенно значительно ингибирует развитие водорослей сырая  нефть

и минеральные воды.

 Изменяются фотосинтезирующие функции высших растений, в  частности  злаков.

Эксперименты  показали,  что  в  условиях  южной 

www.coolreferat.com

Мероприятия по рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, необходимо назначать с учетом санитарно-гигиенических норм и оценки экологической обстановки территорий

В Нидерландах для оценки загрязнения почв применяют три уровня:

1 – фоновый с содержанием нефтепродуктов 50 мг/кг почвы;

2 – повышенное загрязнение (1000мг/кг), при котором выявляют и устраняют причины загрязнения, организовывают мониторинг;

3 – высокое загрязнение (5000 мг/кг) – служит основанием проведения рекультивации и грунтовых вод.

В Германии допустимое содержание нефтепродуктов в почве водоохранных зон и заповедников равно 300 мг/кг; почв древних речных долин – 3000 мг/кг;  водоразделов – 5000 мг/кг. Многие западноевропейские страны за верхний безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почве принимают 1000 мг/кг.

Для России в нефтедобывающих районах институт Геоэкологии РАН рекомендует безопасные уровни загрязнения грунтов нефтепродуктами в мерзлотно-тундровых и таежных районах до 1000 мг/кг, в таежно-лесных – до 5000 мг/кг, лесостепных и степных районах – до 10000 мг/кг. За нижний безопасный уровень загрязнения грунтов принимается 1000 мг/кг, рекультивационные работы рекомендуют начинать при содержании нефтепродуктов - 5000 мг/кг.

Местным институтом биологии в Республике Башкортостан предельное допустимое содержание нефтепродуктов было принято равным 1000 мг/кг, выше которого необходимы рекультивационные работы. Для Москвы  утверждено предельное содержание нефтепродуктов 300 мг/кг.

В отдельных регионах страны в качестве ориентировочно допустимых уровней используют «фоновые значения» содержания углеводородов в почве или такое содержание нефтепродуктов, при котором за счет самоочищающей способности почвы в течение одного года восстанавливается продуктивность растений или восстанавливаются микробиологические процессы.

Если учитывать, что фоновое содержание нефтепродуктов в грунтах для территории России изменяется  от 10 до 500 мг/кг, а подавление микробиологических процессов на вновь загрязненных землях начинается при содержании нефтепродуктов 200…300 мг/кг, то для сельскохозяйственных земель ПДС нефтепродуктов не должно быть больше 300 мг/кг. Норматив содержания нефти и нефтепродуктов при рекультивации необходимо определять с учетом фонового содержания, характера загрязнения, вида нефтепродуктов, характера использования земель и природных условий, обуславливающих самоочищающую способность компонентов геосистем.

В настоящее время принято для земель сельскохозяйственного назначения первого уровня рекультивации (низкий уровень загрязнения нефтью и нефтепродуктами) содержание их в почве 300…1000 мг/кг, второго (средний и высокий уровень загрязнения) – 1000…5000 мг/кг, третьего (очень высокий уровень загрязнения) – выше 5000 мг/кг. Для земель несельскохозяйственного назначения эти пределы следующие: 1 уровень – 1000…5000 мг/кг, 2 уровень - 5000…10000 мг/кг, 3 уровень – свыше 10000 мг/кг.

Состав работ первого уровня рекультивации направлен на активизацию почвенных микроорганизмов по деструкции углеводородов. Сюда входят рыхление почвы, внесение извести, гипса, высоких доз органических и минеральных удобрений с последующей запашкой, создание мульчированной поверхности из высокопитательных смесей, посев нефтетолерантных растений повышенными нормами.

В составе рекультивационных работ второго уровня проводят замену загрязненного слоя путем удаления последнего, создают рекультивационный слой способом смешивания замазученных и чистых слоев почвы, вносят органоминеральные и бактериальные активаторы (керамзитовые окатыши, навоз, биодеструкторы), устраивают поглотительно-экранирующие слои под загрязненным слоем из минеральных грунтов и извести. Почвы с высоким уровнем загрязнения направляют на переработку с целью добычи извлекаемой части нефтепродуктов, после чего их рекультивируют в стационарных или полевых условиях.

Одним из приоритетных способов очистки почв от нефтепродуктов является использование биодеструкторов. Их эффективность обеспечивается активностью микроорганизмов по отношению к углеводородам в условиях хорошей аэрации почв, благоприятного водного, температурного (5…30 0С) и питательного режимов почв. Так, благодаря действию таких препаратов содержание нефтепродуктов в почве за 10 суток может снизиться на 30 %. По мере снижения загрязненности почвы применяют мероприятия первого уровня рекультивации.

Рекультивацию земель, входящих в зону чрезвычайной экологической ситуации или экологического бедствия (второй и третий уровни), проводят как систему мероприятий в составе инженерно-экологической системы. Создание такой системы обусловлено высокой подвижностью нефтепродуктов в компонентах геосистемы, особенно при длительном загрязнении почв.  Подобные антропогенные залежи нефтепродуктов формируются вблизи складов топливно-смазочных материалов, нефтебаз и нефтеперерабатывающих заводов. Поэтому реализуемыми задачами инженерно-экологической системы является рекультивация почв, защита рек и водозаборов от загрязнения нефтепродуктами с одновременной локализацией очагов загрязнения подземных вод.

Основу системы могут составлять такие инженерные сооружения, как дамба обвалования, стена в грунте, нагнетательные скважины, горизонтальный и вертикальный дренажи, добывающие скважины, а также мероприятия по технической и биологической рекультивации загрязненных земель.

 Мероприятия и функции управляемой системы:

- дамба обвалования и мероприятия по организации поверхностного стока предназначены для защиты загрязненной территории от затопления во время паводка и предотвращения поверхностного смыва нефтепродуктов; аккумулированный поверхностный сток после предварительного биодеструктирования и доочистки направляется в водооборотные системы промышленных предприятий;

- стена в грунте, представляющая собой противофильтрационную завесу и устраиваемая по контуру нефтяной залежи преимущественно в зоне разгрузки загрязненных потоков а также нагнетательные скважины обеспечивают подъем несвязных нефтепродуктов, которые захватываются добывающими скважинами;

- добывающие скважины, в пределах контура загрязнения в регулируемом режиме откачивают загрязненные подземные воды, которые по системе трубопроводов направляются на очистные сооружения;

- рекультивация загрязненных земель в условиях регулирования гидрохимического режима почв обеспечивает восстановление их продуктивности и создает условия для получения качественной растительной продукции на приусадебных участках и сельскохозяйственных угодьях;

- управление инженерно-экологической системой осуществляют на основе экологического мониторинга, проводимого на рекультивируемой территории.

ekologyprom.ru

Методы восстановления нефтезагрязненных почв

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. При оценке последствий такого загрязнения не всегда можно сказать, вернется ли экосистема к устойчивому состоянию или будет необратимо деградировать. 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. Суть восстановления загрязненных экосистем – максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Самовосстановление и рекультивация представляют собой неразрывный биогеохимический процесс.

Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения - длительный процесс, особенно в условиях Сибири, где долгое время сохраняется пониженный температурный режим. В связи с этим, разработка способов очистки почвы от загрязнения углеводородами нефти – одна из важнейших задач при решении проблемы снижения антропогенного воздействия на окружающую среду.

Классификация методов рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Рекультивация земель – это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель. Задача рекультивации – снизить содержание нефтепродуктов и находящихся с ними других токсичных веществ до безопасного уровня, восстановить продуктивность земель, утерянную в результате загрязнения (Реймерс, 1990). В настоящее время разработан ряд методов ликвидации нефтяных загрязнений почвы, включающие механические, физико-химические, биологические методы (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Методы ликвидации нефтяных загрязнений почвы (Колесниченко, 2004).

Методы Способы ликвидации Особенности применения
Механи-ческие Обвалка загрязнения, откачка нефти в ёмкости Первичные мероприятия при крупных разливах при наличии соответствующей техники и резервуаров (проблема очистки почвы при просачивании нефти в грунт не решается)
Замена почвы Вывоз почвы на свалку для естественного разложения
Физико-химические Сжигание Экстренная мера при угрозе прорыва нефти в водные источники. В зависимости от типа нефти и нефтепродукта уничтожается от 50 до 70% разлива, остальная часть просачивается в почву. Из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти; землю после сжигания необходимо вывозить на свалку
Предотвращение возгорания При разливе легковоспламеняющихся продуктов в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения почвы; изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами
Промывка почвы Проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или ёмкостях, где впоследствии проводятся их разделение и очистка
Дренирование почвы Разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем; может сочетаться с использованием нефтеразлагающих бактерий
Экстракция растворителями Обычно проводится в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром
Сорбция Разливы на сравнительно твёрдой поверхности (асфальт, бетон, утрамбованный грунт) засыпают сорбентами для поглощения нефтепродукта и снижения пожароопасности при разливе легковоспламеняющихся продуктов
Термическая десорбция Проводится редко при наличии соответствующего оборудования, позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций
Биологические Биоремедиация Применяют нефтеразрушающие микроорганизмы. Необходима запашка культуры в почву. Периодические подкормки растворами удобрений, ограничение по глубине обработки, температуре почвы (выше 15ºС), процесс занимает 2-3 сезона
Фиторемедиация Устранение остатков нефти путём высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока и др.), активизирующих почвенную микрофлору, является окончательной стадией рекультивации загрязнённых почв

До недавнего времени наиболее распространенным и дешевым методом ликвидации нефтяного загрязнения было простое сжигание. Этот способ неэффективен и вреден по двум причинам: 1) сжигание возможно, если нефть лежит на поверхности густым слоем или собрана в накопители, пропитанные ею почва или грунт гореть не будут; 2) на месте сожженных нефтепродуктов продуктивность почв, как правило, не восстанавливается, а среди продуктов сгорания, остающихся на месте или рассеянных в окружающей среде, появляется много токсичных, в частности канцерогенных веществ (Гриценко, Акопова, 1997).

Очистка почв и грунтов в специальных установках путем пиролиза или экстракции паром дорогостояща и малоэффективна для больших объемов грунта. Требуются большие земляные работы, в результате чего нарушается естественный ландшафт, а после термической обработки в очищенной почве могут остаться новообразованные полициклические ароматические углеводороды – источник канцерогенной опасности (Пиковский, 1993).

Землевание замедляет процессы разложения нефтяных углеводородов, приводит к образованию внутрипочвенных потоков нефти, пластовой жидкости и загрязнению грунтовых вод. Складирование загрязненной почвы создает очаги вторичного загрязнения.

Качественное удаление нефтяных загрязнителей при высоких уровнях загрязнения зачастую не обходится без применения различного рода сорбентов. Среди возможного сырья для производства сорбентов наиболее привлекательными являются естественное органическое сырье и отходы производства растительного происхождения. К такому сырью относятся торф, сапропели, отходы переработки сельскохозяйственных культур и др. На базе такого сырья разработаны, например, такие сорбенты, как «Сорбест», «РС», «Лессорб» и др. (Колесниченко, 2004).

Существует технология очистки почв и грунтовых вод путем промывания их поверхностно-активными веществами. Этим способом можно удалить до 86% нефти и нефтепродуктов. Применять его в широких масштабах вряд ли целесообразно, так как поверхностно-активные вещества сами загрязняют среду и появится проблема их сбора и утилизации (Пиковский, 1993).

Основные подходы и роль биоремедиации в восстановлении нефтезагрязненных почв

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), часто связаны с дополнительным внесением загрязнения и не обеспечивают полноты очистки. В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв, как в экономическом, так и в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеградации компонентов нефтей и нефтепродуктов (Логинов и др., 2000). Способность утилизировать трудноразлагаемые вещества антропогенного происхождения (ксенобиотики) обнаружена у многих организмов. Это свойство обеспечивается наличием у микроорганизмов специфических ферментных систем, осуществляющих катаболизм таких соединений. Поскольку микроорганизмы имеют сравнительно высокий потенциал разрушения ксенобиотиков, проявляют способность к быстрой метаболической перестройке и обмену генетическим материалом, им придается большое значение при разработке путей биоремедиации загрязненных объектов.

Под термином «биоремедиация» принято понимать применение технологий и устройств, предназначенных для биологической очистке почв, т.е. для удаления из почвы уже находящихся в ней загрязнителей (Биология. Большой энциклопедический…, 1999). Биоремедиация включает в себя два основных подхода:

1 биостимуляция – активизация деградирующей способности аборигенной микрофлоры внесением биогенных элементов, кислорода, различных субстратов;

2 биодополнение – интродукция природных и генноинженерных штаммов-деструкторов чужеродных соединений.

Биостимуляция in siti (биостимуляция в месте загрязнения). Этот подход основан на стимулировании роста природных микроорганизмов, обитающих в загрязненной почве и потенциально способных утилизировать загрязнитель, но не способных делать это эффективно из-за недостатка основных биогенных элементов (соединений азота, фосфора, калия и др.) или неблагоприятных физико-химических условий. В этом случае в ходе лабораторных испытаний с использованием образцов загрязненной почвы устанавливают, какие именно компоненты и в каких количествах следует внести в загрязненный объект, чтобы стимулировать рост микроорганизмов, способных утилизировать загрязнитель (Логинов и др., 2000).

Биостимуляция in vitro. Отличие этого подхода в том, что биостимуляция образцов естественной микрофлоры загрязненной почвы проводится сначала в лабораторных или промышленных условиях (в биореакторах или ферментерах). При этом обеспечивается преимущественный и избирательный рост тех микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель. «Активизированную» микрофлору вносят в загрязненный объект одновременно с необходимыми добавками, повышающими эффективность утилизации загрязнителя (Логинов и др., 2000).

Существующие два пути интенсификации биодеградации ксенобиотиков в окружающей среде – стимуляция естественной микрофлоры и интродукция активных штаммов, не только не противоречат, но и дополняют друг – друга (Коронелли, 1996).

Биорекультивация нефтезагрязненных почв – это многостадийный биотехнологический процесс, включающий физико-химические методы детоксикации загрязнителя, применение органических и минеральных добавок, использование биопрепаратов (Вельков,1995).

Основными факторами, влияющими на ход биоразрушения органических загрязнителей, являются их химическая природа (которая обусловливает возможные пути биотрансформации), концентрация и взаимодействие с другими загрязнителями (на уровне их непосредственного взаимодействия или взаимного влияния на трансформацию).

К неблагоприятным физико-химическим условиям, лимитирующим деградацию микроорганизмами ксенобиотиков в окружающей среде, можно отнести низкую или чрезмерную влажность почвы, недостаточное содержание кислорода, неблагоприятную температуру и рH, низкую концентрацию или доступность ксенобиотиков, наличие альтернативных, более предпочтительных субстратов и т.д.. Среди биологических факторов отмечены поедание интродуцируемых микроорганизмов простейшими, обмен генетической информацией в популяции, физиологическое состояние и плотность интродуцируемой микробной популяции (Providenti, 1993). Некоторые из перечисленных проблем могут быть решены путем создания генетически сконструированных штаммов-деструкторов и их консорциумов, усовершенствования методов интродукции, оптимизации условий существования природных микробных популяций.

Таким образом, интродукция микроорганизмов приводит к положительным результатам только при создании соответствующих условий для развития внесенной популяции, для чего необходимо знать физиологические особенности интродуцента, а также учитывать складывающиеся микробные взаимодействия.



biofile.ru