В течении 30-летнего периода освоения нефтегазовых сместорождений экологические
advertisement
В течении 30-летнего периода освоения нефтегазовых сместорождений экологические условия ХМАО коренным образом изменились: резко возросли нагрузки на природную среду, усилилась деградация возобновимых ресурсов ухудшилась санитарно-гигиеническая обстановка. Соответствующие проблемы имеют в своей основе следующие локальные причины: загрязнение территорий и акваторий нефть и попутными минерализованными водами, в т.ч. неизбежное при крупномасштабной добыче нефти и вызванное применением устаревших технологий, несоблюдением регламентов, технологий и бесхозяйственностью; увеличение уровня эксплуатации возобновимых ресурсов и прямое их уничтожение в процессе промышленного и гражданского строительства; применение стандартных приемов освоения территорий, не учитывающих природно-климатическую обстановку региона. Применяемые методы Поскольку попадание нефти на рельеф и воду всегда каралось внушительными штрафами, для ликвидации разливов нефти в семидесятые и восьмидесятые годы применялись в основном научно необоснованные, экологически неоправданные методы, позволяющие быстро и хотя бы формально убрать остатки несобранной нефти или замаскировать замазученные участки. Особенно большой популярностью пользовалось выжигание нефти, которое приводило к полному уничтожению всех компонентов экосистемы (растительности, животных, почв) и сопровождалось выбросом в атмосферу огромного количества продуктов неполного сгорания нефти, содержащих канцерогенные вещества. Долгое время львиная доля средств, выделяемых на рекультивацию замазученных земель, тратилась на запрещенную к применению, исключительно трудоемкую и дорогостоящую засыпку разливов нефти песком. Это мероприятие снижает пожароопасность, обеспечивает захоронение всех неприглядных последствий аварийных разливов и улучшает эстетический вид нарушенных земель, но оно абсолютно не выдерживает критики в экологическом отношении. Песок, заготавливаемый из карьеров для дорожного строительства, неплодороден, зарастает очень медленно и не может восстановить исходное плодородие засыпанных почв. Но главный недостаток метода состоит в том, что в погребенной под песком нефти приостанавливаются процессы ее аэробного разложения. Биологическое окисление нефтепродуктов при недостатке кислорода протекает во много раз медленнее, сопровождается накоплением в почве и грунтовых водах токсичных закисных соединений, а также канцерогенных полициклических ароматических углеводородов. Именно по этой причине засыпать загрязненные нефтью участки землей или песком категорически запрещается. Засыпка нефтяных разливов торфом без перемешивания его с загрязненным слоем почвы обеспечивает довольно быстрое зарастание участка травой, но ухудшает воздухообмен и сдерживает разложение нефтепродуктов в засыпанных слоях почвы. Этот метод также не выдерживает критики в экологическом отношении. Для выполнения плана рекультивационных мероприятий НГДУ иногда применяют рыхление замазученных участков болот гусеницами вездеходов. Единичные положительные результаты такой обработки обнаружены только на слабо загрязненных участках при толщине замазученного торфа 1-3 см. На разливах со средним и высоким уровнем загрязнения этот метод дает отрицательные эффекты: уплотняется торф, создаются микропонижения, в которых поселение высших растений затруднено, нефть перемещается с поверхности в более глубокие слои торфа с анаэробными условиями. Экспериментальная проверка метода подтвердила низкую его эффективность. Не оправдал себя и взрывной метод рекультивации, который применялся на болотах, непроходимых для техники в летнее время. Преобразующее действие взрыва выразилось в формировании лунок и равномерном засыпании межлуночных пространств торфом, выброшенным из нижних, более чистых слоев. При выполнении работ в летнее время раздробленность выбрасываемого торфа высокая, мульчирующий слой тонкий (1-8 см), микроповышения не образуются. Как показали расчеты, с помощью взрыва в межлуночных пространствах можно получить насыпной слой из перемешанного торфа толщиной до 15 см, но при этом коэффициент полезного использования энергии взрыва резко снизится, почти 50% выбрасываемого торфа будет снова попадать в лунки. Образование лунок не может повлиять на изменение уровня грунтовых вод относительно загрязненного слоя торфа в межлуночных пространствах. Дополнительная засыпка последнего торфом из лунок, вероятно, затормозит биологическое разложение остаточных нефтепродуктов. Научно обоснованные методы рекультивации нефтезагрязненных земель чрезвычайно разнообразны. При небольших масштабах загрязнения в экономически развитых странах рекомендуется снятие загрязненного грунта, очистка его в промышленных установках или на специальных полигонах с последующим возвращением на исходное место. Для предварительной очистки грунта используют центрифуги, позволяющие извлечь товарную нефть, снизив содержание ее в почве до 8%. Более тщательная очистка достигается экстрагированием жидкой углекислотой, органическими растворителями или биохимическим разложением нефти почвенной микрофлорой. Последнее выполняется в основном на специальных полигонах - полях орошения, применяя систематическое рыхление, полив, внесение минеральных и органических удобрений. Оптимальное сочетание механических, химических и микробактериологических методов позволяет снизить уровень загрязнения до долей процентов за 1-3 месяца. Однако из-за большой трудоемкости и высокой стоимости работ рекультивация земель с перемещением загрязненного грунта в условиях Ханты-Мансийского округа может рекомендоваться в очень ограниченных объемах, в тех случаях, когда другие способы очистки оказываются неэффективными. Это касается, в первую очередь, участков с очень высокой интенсивностью загрязнения. При огромных масштабах нефтяного загрязнения наиболее приемлемым является метод очистки почв и вод на месте разлива, основывающийся на способности почв к самоочищению за счет испарения, вымывания, атмосферного окисления нефти под действием солнечной радиации и биодеградации. Суть рекультивационных работ состоит в ускорении естественных процессов самоочищения почв, максимальной мобилизации внутренних ресурсов экосистем на восстановление своих первоначальных функций при помощи таких мероприятий, как рыхление почвы и создание искусственного микрорельефа, внесение торфа, извести и минеральных удобрений, высев трав-мелиорантов. Ускорение микробиологического разложения нефти Углеводородоокисляющие микроорганизмы (бактерии, дрожжи, грибы, актиномицеты) являются постоянными компонентами почвенных биоценозов. Аборигенные комплексы нефтеокисляющих микроорганизмов особенно активны на участках, периодически подвергавшихся нефтяному загрязнению невысокой интенсивности. И, тем не менее, из-за крайне неблагоприятных почвенно-гидрологических и климатических условий средней и северотаежной подзоны Ханты-Мансийского округа процессы естественного самоочищения почв тормозятся многими лимитирующими факторами, протекают очень вяло, и могут длиться многие десятки и даже сотни лет (табл. 1.). Таблица 1. Факторы, лимитирующие процессы биологического разложения нефти в почвах и методы их нейтрализации ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ Пленка нефти толщиной более 5 мм, битуминизированная нефтяная корочка на поверхности почвы. Основные негативные воздействия на процессы биологического разложения нефти Ухудшение аэрации, закисление подповерхностных слоев почвы, непригодность почв для семенного возобновления растений. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ Сбор и удаление остаточной свободной нефти сорбентами. Отмывка преувлажненных почв от остаточной нефти струями воды. Разрушение тонкой нефтяной корочки поверхностным рыхлением почв. Высокая концентрация углеводородов в поверхностных слоях почвы. Подавление жизнедеятельности почвенной микрофлоры и мезофауны. Ухудшение физических свойств почвы, увеличение гидрофобности песчаных, снижение проницаемости суглинистых почв, 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. Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, затруднение семенного возобновления растений. Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих бактерий. Регулярное рыхление почв фрезерованием. Формирование микрорельефа из гребней и борозд. Высев гидрофильных трав-мелиорантов. Внесение торфа с последующим перемешиванием его с загрязненной почвой, дождевание. Недостаточное увлажнение песчаных и супесчаных почв. Высокая кислотность почв. Внесение известняковой или доломитовой муки и других раскислителей. Улучшение аэрации почв регулярным рыхлением или формированием микрорельефа из гребней и борозд Хлоридно-сульфатное засоление почв. Заиление почв шламом. Накопление промежуточных продуктов распада нефти. Бедность почв усвояемыми формами калия, азота, фосфора. Бедность почв нефте окисляющими микроорганизмами Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющей микрофлоры, непригодность почв для древесных и травянистых растений. Ухудшение аэрации, засоление почв. на переувлажненных почвах. Рассоление почв естественным путем, затоплением или другими методами. Внесение торфа с последующим перемешиванием его с загрязненной почвой. Регулярное рыхление почв фрезерованием. Внесение известняковой или доломитовой муки и других раскислителей. Высев трав-мелиорантов. Внесение азотных, фосфорных, калийных или комплексных минеральных удобрений. Закисление почв накапливающимися органическими кислотами. Подавление жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов, угнетенное развитие растений - мелиорантов. Медленная Внесение накопительных культур биодеградация нефти. аборигенных микробных сообществ или промышленных микробиологических препаратов. Главным лимитирующим фактором является сама нефть. При концентрациях более 20% в минеральных и более 40% (по весу) в торфяных почвах нефть является сильным консервантом, резко ухудшает кислородный режим и агрегатную структуру почв. Поэтому рекультивацию замазученных земель методом микробиологического разложения следует начинать только после тщательного сбора нефти. Сбор нефти считается не выполненным, если толщина ее пленки на водной поверхности превышает 0,5 мм, а на почве - 5 мм или содержание нефти в верхних минеральных слоях почвы превышает 20%, а в лесной подстилке и торфе - 40% от абсолютно сухого веса почвы. Поскольку сбор нефти легче осуществлять с поверхности воды, в пределах локализованных участков устраивают нефтесборные канавы и «ловчие ямы», частично заполняемые водой. Для сбора используют плавающие на поверхности воды отсасывающие устройства: скиммеры, барабанные и дисковые нефтесборники, нефтесборники-накопители серии «НД». При значительной толщине слоя нефти можно применять насосные агрегаты, оборудованные поршневыми, водокольцевыми или центробежными насосами. Стягивание нефтяного пятна к месту установки откачивающих устройств выполняют с помощью перемещаемых боновых заграждений. После откачки основного объема разлитой нефти очистку растительности и почвы можно выполнять сильной струей воды. Эффективность отмывки существенно повышается добавлением в воду разлагаемых почвенной микрофлорой поверхностно-активных веществ (ПАВ) в концентрациях 0,2-0,5 %. Для сбора небольших пятен нефти, доочистки почв и водных объектов после откачки основного ее количества другими методами рекомендуются различные отечественные и зарубежные сорбенты в виде порошков, гранул и впитывающих матов. Например, маты, предлагаемые предприятиями «Экосервис» и «Эчтех» (г. Томск), способны впитывать 4-15 кг нефти на 1 кг мата. Однако широкое их внедрение сдерживается отсутствием надежных технических средств для сбора с грунта и водных поверхностей матов и сорбентов, отжима из них собранной нефти. В почвах таежных лесов ХМАО выделяют три основных этапа естественной деградации нефти . Первый этап длится 1-1,5 года. Он характеризуется преимущественно абиотическими процессами, включающими распределение нефтяных углеводородов по почвенному профилю, испарение, вымывание, фотохимическое разложение. Концентрация нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения - на 40-50%. На первом этапе большую роль играют приемы механического воздействия на почвы, улучшающие аэрацию: рыхление, вспашка, дискование. Это приводит к увеличению проникновения в почвы кислорода, улучшению их физических свойств, способствует рассолению и активизации фитохимических процессов. В результате таких мелиораций стимулируется развитие нефтеокисляющей микрофлоры, которая является пионером биодеградации нефтяных углеводородов. Непременным условием перехода к микробиологическому этапу деградации нефти является снижение концентрации нефти в почве: 20% в подзолисто-глеевых, до 40% - в торфяных почвах. Если это не произошло естественным путем, на первом этапе могут потребоваться следующие дополнительные мероприятия, выбираемые в зависимости от уровня загрязнения: перемешивание верхних замазученных слоев почвы с нижними, менее загрязненными горизонтами; внесение торфа как адсорбента подвижной нефти и как средства, интенсифицирующего биодеградацию углеводородов; срезка и удаление верхнего битуминизированного слоя почвы. При слабом загрязнении и небольшой глубине замазучивания почву достаточно профрезеровать или продисковать на двойную глубину проникновения нефти. Если концентрация нефтепродуктов в верхних слоях высока и после фрезерования будет ингибировать деятельность микрофлоры, для подзолистых почв эффективно смешивание загрязненного слоя с хорошо проветренным и предварительно произвесткованным торфом. Такое «разбавление» позволяет снизить токсичность загрязненного грунта и внести вместе с чистой почвой активную микрофлору, способную разлагать углеводороды. Биологическая активность торфа объясняется высоким содержанием аборигенных форм углеводородоокисляющих микроорганизмов, численность которых на порядок выше по сравнению с минеральными почвами. Кроме того, микрофлора торфяников, развивающаяся в условиях полуразложившейся органики, обладает более сильной деструктивной функцией. Об эффективности снижения фитотоксичности загрязненных нефтью песчаных почв добавлением торфа можно судить по следующему опыту. Внесение в песок 0,5-1,0% сырой нефти приостановило развитие 75-80% проростков сосны в лабораторных условиях и снизило всхожесть семян на 85—95% по сравнению с контролем в полевом опыте. На торфопесчаном субстрате (1:1 по весу) даже в варианте с содержанием нефти 2% сохранность всходов составила 97% от контрольных посевов. Снижение концентрации нефтепродуктов в торфяных почвах методом перемешивания верхних замазученных слоев с нижними, менее загрязненными горизонтами экологически оправдано только на слабо- и среднезагрязненных участках. Глубина фрезерования лимитируется как техническими возможностями современных машин, так и экологическими соображениями. Перемещение нефтепродукта в нижние, слабо аэрируемые горизонты может резко снизить скорость его биодеградации. Поэтому максимальная глубина фрезерования торфяных почв составляет около 30 см. Такая обработка может снизить концентрацию нефти до десятипроцентного уровня на участках, где содержание нефти не превышает 2,5 кг/м2. При количестве нефти 5 кг/м2 средняя концентрация ее в торфе составит 20%, а при 10 кг/м2 - 40%. Таким образом, обработку торфяных почв методом перемешивания верхних горизонтов можно назначать на участках с содержанием нефти менее 10 кг/м2. При более сильном загрязнении необходимо предварительно снять верхний битуминизированный слой, провести доочистку почвы от нефти физико-химическими методами или изыскать иные способы агротехнической обработки торфяников. Завозить торф на болота экономически и экологически не оправдано. Второй этап начинается переходом к микробиологическому разложению нефти и характеризуется биохимическими изменениями всех групп углеводородов нефти под воздействием почвенных микроорганизмов. Количество углеводородоокисляющих бактерий-гетеротрофов увеличивается в десятки раз. В результате снижается содержание метано-нафтеновых фракций нефти - наиболее токсичных ее компонентов. При невысоком уровне загрязнения и благоприятных почвенно-гидрологических условиях второй этап длится 3-4 года, на сильно загрязненных участках он может продолжаться неопределенно долго. Второй этап является периодом, когда проводятся основные мероприятия по интенсификации микробиологической деградации остаточных углеводородов: внесение торфа, извести, минеральных удобрений, бактериальных препаратов, регулирование аэрации, температурного и водного режима почв, пробный посев трав. Оптимальное их сочетание позволяет снизить загрязнение почв до уровня безопасного для высших растений в течение одного-двух вегетационных периодов. Для обеспечения жизнедеятельности нефтеокисляющих микроорганизмов и растений-мелиорантов при первичной и последующих обработках почвы вносятся простые или комплексные минеральные удобрения. В зависимости от типа почв рекомендуются в расчете на действующее вещество следующие дозы элементов питания: азот – 30-140 кг/га, фосфор – 30-60 кг/га, калий - 40-120 кг/га (табл. 2.). Таблица 2. Дозы удобрений, рекомендуемые для внесения при первичном фрезеровании на глубину 20-30 см Почвы Дозы действующего вещества, кг/га азот фосфор калий Песчаные 30-60 30-40 40-50 Супесчаные и 80-100 30-40 60-90 суглинистые, мульчированные торфом пески Низинные и 40-50 30-50 80-100 переходные болота Верховые болота 100-140 50-60 100-120 Примечание: при меньшей глубине фрезерования пропорционально сокращаются и дозы удобрений. Предпочтительнее использовать аммонийные формы азота. С целью смягчения адаптации аборигенной микрофлоры к повышению содержания в почвенном растворе химических веществ минеральные удобрения вносят дробными дозами, в 2-3 приема с интервалом 5-10 дней. В первый прием вносится 20% от расчетного количества. Для поддержания активности микрофлоры на максимальном уровне рекомендуется регулярно контролировать содержание в почве водорастворимых форм азота, фосфора и калия. Оптимальное содержание их в болотных водах составляет: азот (нитратный + аммонийный) – 20-70 мг/л, калий – 20-55 мг/л, фосфор – 10-25 мг/л. По мере снижения их концентрации более чем в 5 раз от рекомендованных, вносится дополнительное количество соответствующих удобрений [6]. Непременным условием эффективного применения минеральных удобрений, нейтрализации накапливающихся в почве органических кислот и поддержания на максимальном уровне активности нефтеокисляющей микрофлоры является регулирование реакции почвенной среды на уровне близком к нейтральной (рН 6-7). Потребность в известковании определяется по обменной кислотности (рН солевой вытяжки) (табл. 3). Таблица 3. Нормы извести (т на 1 га в расчете на СаС03) в зависимости от кислотности и механического состава почвы Почвы Кислотность солевой вытяжки, рН <4,5 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4-5,5 Супесчаные и 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,0 легкосуглинистые Средне- и 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,0 тяжелосуглинистые Торфяно-болотные 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 Известковые удобрения должны быть хорошо измельчены, равномерно распределены по площади разлива и тщательно перемешаны с активным слоем почвы. В условиях короткого сибирского лета при малой численности и недостаточной активности аборигенных комплексов микроорганизмов может быть оправдано внесение промышленных культур нефтеокисляющих микроорганизмов: «Путидойл», «Деваройл», «Биоприн», «Лидер», «Валенсис» и др. Целесообразно также применение ферментных препаратов, не содержащих живых клеток, но сохранивших неповрежденные фрагменты ферментных систем углеводородоокисляющих микроорганизмов. Например, отечественный препарат «Белвитамин», выпускаемый в г.Уфа на основе активного ила биохимического производства, содержит ферментные системы дрожжей, окисляющие нефть, а также витамины и микроэлементы, необходимые для ускорения развития аборигенной микрофлоры. Применение монокультур, даже высокоактивных штаммов углеводородоокисляющих микроорганизмов, эффективно на начальных стадиях процесса, но не может обеспечить разрушение всех токсичных фракций нефти. Для получения быстрых результатов целесообразно использование комбинаций из нескольких, различных по видовому составу, препаратов. К факторам, ограничивающим широкое применение промышленных нефтеокисляющих препаратов, следует отнести их дороговизну и непродолжительность действия. Уже через несколько недель может наблюдаться подавление внесенных в почву микроорганизмов аборигенными микробными сообществами, развивающимися на фоне удобрений, вносимых с микробными препаратами. В этой связи более простым, дешевым и достаточно надежным оказывается использование накопительных культур аборигенных микробных сообществ, которые спонтанно развиваются на нефтезагрязненных участках данного региона. Они адаптированы к местным климатическим и почвенным условиям, к особенностям местных нефтей как питательных субстратов, легко перезимовывают. Источником посевного материала могут служить разливы нефти на влажных почвах или мелкие непроточные водоемы умеренного уровня с давностью загрязнения более 3 лет, на которых активное развитие нефтеокисляющей микрофлоры произошло спонтанно или в порядке проведения рекультивационных работ. На таких участках нефть уже превратилась в рыхлую диспергированную массу, покрытую колониями микроорганизмов ржавого, грязно-желтого или белесого цвета. В водной среде полуразложившиеся хлопья нефти опутаны сине-зелеными водорослями. Накопление культур микроорганизмов может быть выполнено как на специальных предприятиях, оснащенных ферментерами, так и в полевых условиях, в водоемах-размножителях. Для этой цели наиболее удобны маленькие, загрязненные нефтью болотные озерки или непересыхающие котлованы глубиной не более 1,5-2 м. Одновременно с обсемененной нефтеокисляющими микроорганизмами водой в водоем вносят азотные, фосфорные и калийные удобрения, а также раскислители, обеспечивают периодическую аэрацию [6]. По достижении содержания нефтеокисляющих микроорганизмов в водоеме не менее 109 кл/мл вода из водоема-накопителя используется для обсеменения рекультивируемых участков, на которых наблюдается недостаточная активность аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры. Накопительные культуры, полученные в промышленных ферментерах, удобнее использовать на твердом носителе на торфе. Начало третьего этапа определяется по исчезновению в остаточной нефти исходных и вторичных парафиновых углеводородов и характеризуется переходом от активных мер интенсификации биодеградации нефти к фитомелиорации. С химической точки зрения окисление нефти заканчивается не ранее, чем через 25 лет. С экологических позиций токсические свойства нефти исчезают через 10-12 лет после проведения рекультивационных работ, продукты ее метаболизма включаются в почвенный гумус, частично растворяются и удаляются из почвенного профиля. Травянистые растения улучшают структуру, увеличивают воздухопроницаемость почв. Они поглощают мутагенные, канцерогенные и другие биологически опасные продукты распада нефти, препятствуют вымыванию из рекультивируемого слоя почвы элементов минерального питания. Корневые выделения и продукты разложения трав способствуют развитию многовидовой почвенной биоты, образующей высокоактивный саморегулирующийся «конвейер» деструкторов, обеспечивающих окончательное очищение и восстановление плодородия почв. Классификация нефтезагрязненных земель с целью их рекультивации Конечной целью рекультивации лесных и болотных почв является восстановление естественных сообществ. Последнее происходит значительно успешнее и быстрее, если используются фрагменты фитоценозов, сохранившиеся на разливах нефти в местах минимального загрязнения. Известны многочисленные факты неразумного использования экскаваторов и другой тяжелой техники для рекультивации лесных, пойменных и болотных участков, покрытых подсохшей тонкой пленкой нефти, сквозь которую пробивались многолетние травянистые растения, а в трещинах появился самосев древесных пород. Забыв идущий от Гиппократа врачебный принцип «не навреди», рекультиваторы так перепахивали эти участки, что коренная растительность возвращалась на них с запозданием в 5-10 лет. Такие мероприятия - «медвежья услуга», особенно для переувлажненных почв с естественным, выработавшимся в течение столетий микрорельефом. Уничтожение естественного микрорельефа болот может привести к их «омертвению» на десятки лет. Ликвидируя последствия загрязнения, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен. Рекультивация земель должна производиться с максимально возможным сохранением естественной растительности, и первым критерием в классификации нефтезагрязненных земель необходимо принять сохранность коренной растительности. Сохранность растительности считается «удовлетворительной» при наличии на участке нефтяного загрязнения одного из следующих показателей: проективное покрытие сохранившегося травяно-мохового покрова более 50%; жизнеспособных деревьев среднего возраста и старше насчитывается не менее 350 шт/га; количество благонадежного подроста и молодняка древесных пород превышает 5 тыс. шт/га при относительно равномерном распределении по площади. На таких участках рекомендуются методы сбора нефти и приемы рекультивации, не связанные с механической обработкой почвы и не приводящие к гибели сохранившейся растительности: дождевание с откачкой загрязнителя, мульчирование торфом, внесение нефтеокисляющих бактерий, удобрений и др. Участки с уровнем загрязнения нефтью менее 4 кг/м2 на торфяных и менее 8 кг/м2 на песчаных и суглинистых почвах могут оставляться на естественное восстановление растительности: расчет на самоочищение почв от остаточных нефтепродуктов, если они не являются источником загрязнения близлежащих водоемов. Абсолютное большинство (89-96%) аварийных разливов нефти вызывает сильное повреждение природных сообществ, требует проведения интенсивных рекультивационных работ. Территории, где нарушенные фитоценозы могут самовосстановиться в хозяйственно приемлемые сроки, представляют собой узкие (3-10 м) периферийные части разливов. Удельный вес этих зон на разливах размером более 1 га составляет 5-15%, на мелких разливах и болотных участках – 10-30% от их площади. Определяя очередность рекультивации накопившихся замазученных земель, важно учитывать давность их загрязнения. В первоочередные включаются разливы давностью более трех лет, на которых закончились деградационные процессы и распределение углеводородов по почвенному профилю, испарились наиболее токсичные легкие фракции нефти, обозначился переход к микробиологическому этапу разложения нефти, определились темпы ее естественной деградации. Для участков, на которых растительность погибла полностью или сохранилась в таких малых количествах, что ею можно пренебречь, основным критерием классификации является уровень загрязнения нефтью. При содержании нефти в подзолисто-глеевых почвах более 20%, а в торфяных более 40% микробиологические процессы полностью прекращаются или резко замедляются. Такие участки относятся к сильно загрязненным и перед проведением рекультивационных работ нуждаются в доочистке от свободной нефти или снятии загрязненного слоя почвы. На многих месторождениях обводненность добываемой нефти достигает 60-70%. Там, где сопутствующие воды сильно минерализованы, почвы нефтяных разливов оказываются засоленными. Участки, содержащие в корнеобитаемом слое почвы водорастворимые карбонаты, хлориды и сульфаты в количествах более 10 г/кг почвы, должны выделяться в группу нефтесолевого загрязнения. Перед проведением этапа биологической рекультивации необходимо рассоление почв. Оно может проходить естественным способом, проводиться путем затопления участка водой, прокладкой дренажных канав или иными методами. Для создания оптимальных условий жизнедеятельности нефтеокисляющей микрофлоры на различных почвах требуются специфические агротехнические мероприятия. Сугубо индивидуальны для различных условий произрастания нормы внесения удобрений, извести, наборы трав-мелиорантов. Поэтому одним из главных критериев классификации нефтезагрязненных земель являются почвенно-гидрологические условия участков. Для таежной зоны необходимо выделить по меньшей мере 4 группы земель. Разливы нефти на сухих песчаных почвах характерны для насыпных оснований буровых площадок. Они невелики по размерам, отличаются относительной равномерностью и значительной глубиной загрязнения, удобны для механической обработки почвы. Из-за неустойчивого водного режима применение бактериальных препаратов обычно малоэффективно. Ускорение биологического разложения нефти можно достичь внесением торфа и других органических удобрений, регулярным рыхлением почвы с последующим высевом ксерофитных трав-мелиорантов. Специфичность незаторфованных суглинистых лесных почв заключается в сложности их механической обработки из-за пней и корневых систем деревьев. Кроме того, рыхление влажных суглинистых почв улучшает их аэрацию на короткий срок. В дальнейшем фрезерованные суглинки могут уплотняться даже сильнее, чем на участках, не подвергавшихся механической обработке. Поэтому для суглинистых почв, в зависимости от их влажности, могут быть рекомендованы как дисковые орудия, так и плуги, формирующие микроповышения в виде взрыхленных пластов. Для фитомелиорации используются мезофитные виды трав . Микробиологическое разложение нефти на болотах тормозится, в первую очередь, чрезмерной обводненностью верхних слоев почв. Избыток воды определяет плохую аэрацию, низкие температуры, высокую кислотность торфа. Улучшить аэрацию болотных почв можно двумя способами: сбросить избыточные воды со всего участка или изменить микрорельеф болота. Осушение земель, удаленных от водоприемников, требует огромных затрат и обычно невыполнимо. Более реальна трансформация выровненной поверхности болота в микроповышения и микропонижения с помощью двухотвальных плугов или грядоделателей, устанавливаемых сзади фрез. Плуги, обеспечивающие полный оборот пласта и сдваивающие загрязненные горизонты, следует использовать в случаях, когда проводится предварительное срезание верхнего битуминизированного слоя торфа. Более экологичны орудия типа плуга ПШ- 1, формирующие микроповышения из перемешанной почвы. Микрорельеф, представляющий сочетание микропонижений-борозд с микроповышениями-пластами, универсален в поддержании процессов биодеградации нефти. За счет большей поверхности ускоряется испарение легких фракций. Улучшение аэрации и прогреваемости торфа создает в микроповышениях оптимальные условия для аэробных нефтеокисляющих бактерий и высших растений. Подвижная нефть, стекая в неглубокие хорошо прогреваемые борозды, разлагается на водной поверхности значительно быстрее, чем в почве . Для фитомелиорации следует использовать преимущественно гидрофильные травянистые растения. По микроповышениям можно высевать и мезофитные травы. В отдельную категорию нефтезагрязненных земель следует отнести замкнутые котловины болот, а также участки болот вдоль насыпей автомобильных и железных дорог, где в результате нарушения естественного стока создается устойчивое подтопление. Из-за чрезвычайной обводненности торфа, невозможности применения здесь тракторных орудий эти участки являются наиболее сложными объектами рекультивации. В то же время именно в таких западинах чаще всего локализуется излившаяся при авариях нефть, а сбор ее чрезвычайно затруднен. Уровень грунтовых вод на подтопленных участках и в бессточных котловинах болот постоянно находится у поверхности. Фрезерная обработка улучшает аэрацию торфа на короткий период. Если в силу текучести торфяной массы после фрезерной обработки сформировать микроповышения-гряды не удается, фрезерование повторяется 2-4 раза за вегетационный сезон. При поверхностном умеренном загрязнении вместо фрезерования можно использовать прием орошения рекультивируемого участка аэрированной водой. Для этого на участке устраивается коллекторная система канавок, обеспечивающая сток воды и нефти в специальные водоприемники, из которых обогащенная кислородом вода снова возвращается на участок по шлангам и садовым разбрызгивателям либо с помощью дальноструйных тракторных установок. В обоих случаях необходимо обеспечить равномерное орошение всей площади участка. Непрерывное или периодическое орошение аэрированной водой в комплексе с внесением извести и минеральных удобрений значительно ускоряет микробиологическое окисление поверхностных загрязнителей. Малоподвижная и частично битуминизированная нефть после разрушения части парафинов приобретает подвижность, может быть смыта водой и откачана обычными насосами . Поскольку на сильно обводненных участках болот практически вся нефть сосредоточена не глубже 10 см, перспективна очистка их срезанием замазученного слоя торфа. Объем транспортных работ составит 500-800 м3 на 1 га. Обнажаемые слои торфа по плодородию не уступают верхнему. Основное достоинство метода - возможность очистить участок в течение одного вегетационного сезона. Для фитомелиорации обводненных участков используются рогоз широколистный, частуха подорожниковая, череда трехраздельная и травы, переносящие длительное затопление . В технологическом отношении большое значение имеют такие характеристики нефтяных разливов, как площадь участка, наличие на нем древесной растительности. Применение машин и орудий, базирующихся на сельскохозяйственных или промышленных тракторах, на мелких участках нерентабельно или сопровождается значительным нарушением прилегающих незагрязненных территорий. Поэтому на разливах площадью менее 0,2 га следует планировать обработку почвы с использованием мини-тракторов и мотоинструментов. Разливы нефти в лесу, на лесных вырубках и участках, покрытых кустарниками или подростом древесных пород высотой более 2 м, относятся к «лесным участкам». В технологические схемы рекультивации таких земель обязательно включение мероприятий по очистке территории от усохшего древостоя и порубочных остатков, а для обработки почвы выбираются орудия, способные работать при наличии пней и корневых систем деревьев. Чтобы не усложнять классификацию нефтезагрязненных земель, давность загрязнения, величина разливов и наличие на них древесной растительности не включены в классификационную схему, но учет этих характеристик обязателен при разработке технологий и составлении проектов рекультивации конкретных замазученных участков. Крупные разливы нефти обычно представляют собой сложные системы, неоднородные по почвенно-гидрологическим условиям, уровню загрязнения, сохранности растительности. Например, начинаясь на дренированном лесном участке, потоки нефти устремляются в ложбины с влажными почвами и часто достигают ближайшего болота. При этом загрязняются как лесные, преимущественно минеральные почвы, так и торфяные болотные. В месте локализации разлива дамбой может образоваться затопленный верховодкой участок с пленкой нефти на водной поверхности. Подбор методов рекультивации должен выполняться на основании тщательного натурного обследования, с учетом различий почвенно-гидрологических условий и уровня загрязнения отдельных участков разлива. Фитомелиоранты Растения-мелиоранты должны обладать достаточной устойчивостью к содержащимся в почве загрязнителям (остаточным нефтепродуктам, солям), быстрым ростом, надежным вегетативным или семенным размножением в соответствующих климатических и почвенно-гидрологических условиях. Для условий северной и средней тайги Ханты-Мансийского округа подобрано более 40 относительно устойчивых к нефтяному загрязнению видов. К наиболее перспективным следует отнести вегетативно-подвижные корневищнорыхлокустовые и длиннокорневищные злаки с семенами крупных и средних размеров, удобных для сбора и искусственного высева: лисохвост луговой, овсяница красная, бекмания восточная, канареечник тростниковидный, костер безостый, пырей ползучий. Ценность этих растений заключается в том, что уже в первые годы после посева они способны путем вегетативного разрастания занять всю территорию рекультивируемого участка. Среди вегетативно-малоподвижных многолетников (стержнекорневые, плотно- и рыхлокустовые, короткокорневищные) ценными видами являются ежа сборная, овсяница луговая, тимофеевка луговая, люпин многолистный, частуха подорожниковая. Виды с мелкими и летучими семенами, несмотря на их высокую вегетативную подвижность (иван-чай узколистный, кипрей болотный, вейники, тростник, рогоз), менее перспективны из-за неравномерности созревания семян, трудоемкости их сбора и невозможности механизированного высева. Хозяйственная ценность остальных растений, имеющих нелетучие семена, снижается из-за трудоемкости сбора мелких семян. Для внедрения этих видов желательно в фазе созревания семян на соседних участках скосить их и разбросать массу по рекультивируемой площади или пересадить корневища указанных трав на данную территорию. Однолетники целесообразно использовать в качестве биоиндикаторов для выявления пригодности нефтезагрязненных земель под посевы многолетних трав. Эти растения ценны тем, что уже в год посева образуют густые заросли, способствуя развитию микробиологической флоры, разрушающей нефтепродукты. На рекультивируемых землях желательно высевать не один какой-то вид, а практиковать создание травосмесей из нескольких видов, различающихся по фитоценотическим особенностям (вегетативной подвижности, характеру семеношения, высоте). Это ускоряет развитие дерновообразовательного процесса и формирование гумусового горизонта, усиливается самоочищение нефтезагрязненных почв. ПОЧВЫ Органогенные (торф, лесная подстилка) <10см 8 > 10 см 5 Пески, супеси, суглинки, глины 2 1 Органо-минеральные 4 2 Таблица 4. Допустимые концентрации нефтепродуктов в % к воздушно сухой почве на различных глубинах Из-за остаточного загрязнения часть высеваемых семян попадает в условия, неблагоприятные для их прорастания и развития всходов. В то же время для ускорения сдачи рекультивируемых земель необходимо практически в течение одного вегетационного периода создать травостой высокой сомкнутости. Поэтому норму высева увеличивают против обычной в 1,5-2 раза (табл. 4.). Подбор трав-мелиорантов надо вести с обязательным учетом почвенно-гидрологических условий рекультивируемых участков. Основными задернителями песков в естественных условиях являются иван-чай, пырей ползучий и вейник наземный. При создании травосмесей на легких песчаных почвах возможно использование таких малотребовательных к условиям произрастания видов, как тимофеевка луговая, клевер белый, мятлики луговой и арктический, овсяница красная и овечья, ромашка непахучая, марь белая. Ассортимент видов для суглинистых почв достаточно разнообразен. Травосмеси создаются путем сочетания видов различных жизненных форм: длиннокорневищных, рыхло- или плотнокустовых видов с включением бобовых растений. Например: лисохвост луговой, овсяница луговая и красная, клевера белый и луговой. Возможны и другие варианты. Для рекультивации низинных болот, суглинистых и торфянистых сырых почв травяно-болотной группы типов леса перечень трав-мелиорантов наиболее обширен. Несмотря на возможность использования в данных условиях ситников и осок, основная роль в фитомелиорации отводится злакам и бобовым. На торфяниках низинных болот возможны следующие травосмеси: — тимофеевка луговая, овсяница луговая, полевица белая, мятлик луговой, овсяница красная, клевер белый; — тимофеевка луговая, овсяница луговая, мятлик луговой, полевица белая, клевер розовый; — канареечник тростниковидный, бекмания восточная, полевица белая; — тимофеевка луговая, ежа сборная, костер безостый, клевер луговой. Участки, периодически затапливаемые, заращиваются рогозом, частухой, чередой, тростником, вахтой трехлистной, осоками пузырчатой и топяной. Торфяники верховых болот засеваются осоками, ситниками, пушицей, рогозом. На хорошо осушенных торфяниках возможны посевы костра безостого, канареечника тростниковидного, полевицы белой, лисохвоста лугового, овсяницы красной, клевера гибридного. Требования к рекультивации нефтезагрязненных земель Исчезновение из почвы фитотоксичных фракций нефти, зарастание разливов моховой, травянистой и древесной растительностью еще не свидетельствует об экологической безопасности участков, подвергавшихся загрязнению. Отдельные компоненты нефти и продуктов ее разложения - полиароматические и полициклические соединения отличаются мутантностью, канцерогенными свойствами и тератогенностью, сохраняются в почве значительно дольше, чем токсичные для растений углеводороды. Попадание их в организм человека может сопровождаться снижением иммунитета и устойчивости к внешним воздействиям, развитием аллергий и раковых опухолей, повышением частоты врожденных уродств и другими генетическими нарушениями. Последствия таких воздействий на живые организмы, в том числе и на человека, могут проявляться через многие годы и в последующих поколениях. Высшие растения, совершенные грибы и микроорганизмы, развивающиеся в почвах, содержащих даже следы нефти, накапливают в своих тканях канцерогенные и мутагенные вещества и передают их по пищевой цепи животным и человеку с перечисленными выше последствиями. Процесс полного разрушения всех углеводородов на разливах нефти даже слабого уровня загрязнения (менее 10 кг/м2) завершается не ранее, чем за 25 лет. Восстановление исходных лесных экосистем требует минимум 150-250 лет. При реальной продолжительности рекультивационных работ 1-5 лет рассчитывать на полную реабилитацию нарушенных природных экосистем и на снижение до требуемых значений уровня загрязнения почв канцерогенными веществами практически невозможно. Поэтому, с учетом огромных масштабов нефтяного загрязнения и несовершенства методов детоксикации замазученных почв, рекультивация нацелена на программу-минимум: — восстановить плодородие почв до уровня, при котором возможно начать их хозяйственное использование; — ликвидировать разливы нефти как источник загрязнения прилегающих территорий. Хозяйственное использование лесных земель возможно, если уровень остаточного загрязнения почвы нефтепродуктами безопасен для всходов древесных пород. В качестве лесоводственного критерия принят уровень загрязнения, при котором обеспечивается сохранность не менее 70% всходов сосны обыкновенной. Поскольку многие травянистые растения по устойчивости к нефтяному загрязнению не уступают древесным, рассчитанные вышеописанным методом концентрации положены в основу Регламента на приемку земель, временно использованных при разведке, обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений Ханты-Мансийского автономного округа . Экологическая безопасность рекультивированных участков для соседних территорий обеспечивается в том случае, если создан сомкнутый травостой, постоянно аккумулирующий в себе биологически опасные компоненты нефти и продукты ее разложения. Регламентировать допустимое остаточное загрязнение почв нефтью одним показателем концентрации оказалось невозможным, поскольку ее фитотоксичность сильно варьирует в зависимости от фракционного состава, давности разлива, почвенногрунтовых условий. Почвенные образцы, отобранные в ограниченном количестве точек, как правило, не отражают мозаичное распределение нефти. Поэтому основным контролируемым показателем при приемке участков, загрязнявшихся нефтью и нефтепродуктами, принята сомкнутость естественного или искусственно созданного травяного покрова. Растения тестируют фитотоксичность почвы на всей площади участка и выполняют одновременно роль фитомелиорантов, ускоряют разложение нефти, повышают плодородие почвы. Травяной покров высокой сомкнутости может быть создан после таких запрещенных методов «рекультивации», как засыпка разливов нефти песком, торфом или плантажная перепашка с оборотом пласта, а также на почвах с высоким содержанием битумных веществ нефти, которые нетоксичны для растений, но являются источником загрязнения грунтовых вод продуктами своего распада. Чтобы гарантировать экологическую безопасность возвращаемых земель для соседних территорий и исключить передачу участков со скрытым загрязнением, введены два дополнительных показателя, основывающиеся на химическом методе определения остаточной замазученности почв: среднее суммарное количество нефтепродуктов по наиболее загрязненным пятнам в 0,5-метровом слое почвы в расчете на 1 кв.м. и концентрация остаточных нефтепродуктов. Принятые в регламенте допустимые концентрации не следует рассматривать в качестве санитарных норм ПДК нефти в почве, последние требуют разработки на соответствующей методологической основе. Ввиду отсутствия норм ПДК нефти и химреагентов для лесных почв, экологическая безопасность рекультивированных земель для соседних территорий определяется по содержанию токсикантов в поверхностных и грунтовых водах. Удовлетворительный рост травянистых растений еще не означает полную реабилитацию загрязненных земель, а относительно высокое содержание в почве остаточных нефтепродуктов не позволяет перевести их в категорию чистых. На рекультивированных землях в течение 15-25 лет нельзя косить сено и выпасать скот, собирать грибы и ягоды. Сельскохозяйственное использование их допускается в исключительных случаях при строгом контроле содержания в почве и растительной продукции веществ, вредных для животных и человека: 3,4-бензапирена, тяжелых металлов и др. Несмотря на перечисленные ограничения, предусмотренные Регламентом требования вполне приемлемы в экологическом отношении. Наряду с пригодностью для лесовыращивания рекультивированные земли отражают уровень остаточного загрязнения, при котором возможно дальнейшее естественное самоочищение почв до биологически безопасного уровня с участием зеленых растений и почвенной микрофлоры. Список использованной литературы 1. Экология ХМАО Л.Н.Добринский, В.В.Плотников 2. Лес и нефть ХМАО Б.Е.Чижов ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Контрольная работа По дисциплине: «Экология ХМАО» На тему: «Рекультивация нефтезагрязненных земель» Составил: Сунцов И.Е. гр.З-5480 Г.Ханты-Мансийск 2010г.