Как происходит рекультивация земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами?
Наибольший вред экологии наносит загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами.
Попавшая в почву нефть спускается во внутренние её слои под действием гравитации, а также расползается вширь под влиянием капиллярных и поверхностных сил.
Скорость такого распространения зависит от свойств нефтепродукта, состава грунта и соотношений в нем воды, воздуха и нефти. Главным при этом является тип нефтепродукта, его количество и характер нефтяного загрязнения. Чем меньше доля нефтепродукта, тем сложнее ему мигрировать в грунте.
В ходе описанных выше естественных процессов нефтенасыщенность грунта (если нет дополнительных поступлений нефти) постепенно падает. При концентрации в грунте на уровне 10-ти – 12-ти процентов (так называемый остаточный уровень насыщения) миграция в нем нефти прекращается. Также движение вглубь останавливается в момент, когда нефтепродукты опускаются до уровня грунтовых вод. На этом уровне она начинает двигаться в сторону уклона таких вод, распространяясь по их течению.
Чтобы предотвратить такую миграцию, бурятся несколько скважин, через которое на поверхность выкачиваются зараженные нефтью грунтовые воды. Иногда на пути их движения ставят водонепроницаемые барьеры, возле которых нефть скапливается, и её можно удалить с помощью специализированного оборудования.
На горизонтальное распространение нефтяного заражения сильно влияет проницаемость грунта и его пористость. К примеру, песок и гравий для миграции нефтепродуктов благоприятны, а глинистые и заиленные почвы – нет. В горных породах загрязнение распространяется, как правило, по трещинам.
ПДК (предельно допустимая концентрация) такого загрязнения почвы составляет 0,1 миллиграмм на килограмм. Однако, суммарные ПДК на все виды нефтепродуктов не нормируются. Существуют отдельные ПДК для каждого вида углеводородов (например, для бензола или толуола – 0,3 миллиграмма на килограмм),
Определение нефтепродуктов в почвах регламентировано ПНД Ф за номером 16.1:2.2.22-98.
Расшифровывается ПНД Ф как природоохранный нормативный документ федерального значения.
Последствия нефтяных загрязнений
Выживаемость флоры на загрязненных нефтепродуктами почвах находится в прямой зависимости от глубины залегания её корней. Загрязнения такого рода нарушают почвенную структуру, меняет ее физические и химические параметры, такие, как водопроницаемость и баланс углерода и азота, что вызывает резкое ухудшение азотного режима, вследствие чего нарушается питание корней растений.
Изначально первичное слабое нефтяное загрязнение почвы уменьшает количество находящихся в ней микроорганизмов, однако, со временем (примерно через полгода) их численность восстанавливается. Все это время микроорганизмы используют нефтяные компоненты в качестве источника пищи. Однако такой интенсивный рост бактерий приводит к обеднению почвы (снижению уровня концентрации соединений азота и фосфора). Если учесть тот факт, что загрязненная нефтью почва и так бедна азотом, то со временем это может стать лимитирующим фактором.
На человека такое загрязнение вредно воздействует посредством пищевых цепочек.
Рекультивация нефтезараженных земель
Поскольку такие загрязнения ухудшают гидрогеологический режим зараженных территорий, а также нарушают состав и структуру почв, возникает острая необходимость в их своевременном восстановлении (рекультивации) с последующим вовлечением в хозяйственный оборот.
Для разведки, добычи, выкачивания, подготовки и последующей транспортировки нефти необходимы громадные территории, на которых располагаются многочисленные скважины, технологические резервуары, линии электропередач, компрессоры, очистные сооружения, пункты нефтесбора, установки для подготовки нефти к транспортировке, насосные и нефтеперекачивающие станции, трубопроводы и так далее. На балансе нефтяной отрасли находится больше земель, чем в других добывающих отраслях.
Для рекультивации существуют специальные механизированные колонны, оборудованные необходимым инвентарем и техникой.
На нефтяных предприятиях постоянно работают над увеличением коэффициента застройки территорий нефтяных промыслов, над использованием для сбора и транспортировки сырья однотрубных систем, над кустовым группированием скважин и над использованием бурения наклонного направления. Также ведутся работы по параллельной прокладке нефтепродуктопроводов и коммуникаций одного и того же назначения в одной траншее.
Чтобы предотвратить появление нефтяных почвенных загрязнений, на стадии проекта на объектах нефтепромысла обязательно предусматривают:
- полную герметичность систем сбора, сепарирования и подготовки нефти;
- автоматизацию отключения скважин при их прорыве промывке с помощью специальных отсекателей;
- усиленной изолирование магистральных трубопроводов;
- стопроцентное просвечивание всех стыков на переходах через преграды искусственного и естественного характера;
- применение бессточных канализационных, ливневых и фекальных систем;
- максимальную полноту использования промысловых и пластовых сточных вод, с целью их закачивания в нефтеносные пласты для поддержания в них необходимого уровня давления;
- внутреннюю антикоррозионную защиту трубопроводов, посредством которых перекачивается пластовая вода.
Рекультивация земель на нефтяных отраслевых объектах предусматривается на стадии проекта, разрабатываемого для строительства каждого такого конкретного объекта, а её стоимость обязательно включается в сводную строительную смету.
В проектах на рекультивацию земель, расположенных вдоль трассы трубопровода, определяются:
- границы пораженных земель;
- ширина рекультивируемой зоны (в границах полосы отвода);
- толщина плодородного почвенного слоя, снимаемая на каждом участке;
- места временного хранения такого снятого почвенного слоя;
- методы, применяемые при снятии, транспортировке и обратном нанесении плодородного почвенного слоя;
- количества и способы погрузки и разгрузки, а также вывоза излишков грунта;
- способы, применяемые при уплотнении разрыхленных грунтов и плодородного почвенного слоя, которое проводится по окончании засыпки трубопровода.
Работы по рекультивации земли
Основные требования к рекультивации нефтезараженных земель
При прокладке трубопроводов, плодородный почвенный слой снимают и перемещают в отвалы с помощью бульдозеров, если его толщина больше 20-и сантиметров. Как правило, этот слой снимается поверху на всю ширину траншеи (плюс полметра в каждую сторону). После чего грунт вынимается с помощью экскаватора и складируется вдоль траншеи. После укладки трубопровода он сначала засыпается вынутым ранее грунтом, а затем равномерно укладывают сверху плодородный слой почвы. Дождавшись усадки, его прокатывают гусеничными тракторами.
На участках для размещения установок для бурения, все рекультивационные работы выполняют в строгом соответствии с заранее разработанным план-графиком, который согласуется с графиком работы буровых станков. На рекультивацию территории каждой скважины составляется отдельная проектная документация.
Порядок работ таков: сперва на участке снимается плодородный слой, который складируется в буртах (как правило, в пределах самого участка); поверхность таких буртов засевается многолетними травянистыми растениями (чтобы предотвратить водную и воздушную эрозию); местами хранения почвенных земель выбираются возвышенности, на которых не происходит застаивания поверхностных вод, и на которых не поднимаются к поверхности грунтовые воды; во время рекультивации таких буровых площадок вначале засыпается нижний почвенный слой, а после него – верхний.
Толщина плодородного слоя, насыпаемого при рекультивации, должна составлять не меньше 50-ти – 70-ти сантиметров. После его нанесения площадку выравнивают, вспахивают и боронуют, а затем вносят органические удобрения.
Самой важной и трудоемкой задачей при проведении рекультивации освобожденных от буровых установок земель, является очистка почвы от остатков вынутой в процессе бурения породы, а также от загрязняющего её бурового раствора и прочих стоков.
Отходы, полученные при бурении, хранят, как правило, в земляных амбарах с обваловкой. Глубина таких амбаров обычно составляет от 4-х до 5-ти метров, а их емкость – примерно 3 тысячи кубометров. Как правило, создают три таких амбара на разведочных площадях и два – на эксплуатационных. Между собой амбары соединяются с помощью либо гравийных фильтров, либо при помощи дренажных труб.
Вокруг буровой площадки возводится кольцевая бетонированная канава, из которой делаются стоки в амбар, а также в ней устраиваются дренажные отводы для дождевых стоков.
Поскольку в земляных амбарах остатки буровых растворов не высыхают несколько лет, то их засыпка в качестве меры рекультивации неприемлема.
Специалистами было опробовано несколько методов удаления представляющих опасность буровых стоков:
Источник
Способы очистки почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, применяя микробные биотехнологии
Дата публикации: 30.03.2015 2015-03-30
Статья просмотрена: 14452 раза
Библиографическое описание:
Сопрунова, О. Б. Способы очистки почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, применяя микробные биотехнологии / О. Б. Сопрунова, А. Ш. Акжигитов, А. А. Казиев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 7 (87). — С. 240-242. — URL: https://moluch.ru/archive/87/16609/ (дата обращения: 11.12.2021).
В научной статье представлены главные аспекты о современном состоянии экологических проблем в местах расположения предприятий нефтегазового комплекса, проблемы загрязнения почв нефтью, способы очистки почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, применяя микробные биотехнологии.
Ключевые слова: углеводородокисляющие микроорганизмы, биогенные элементы (азот, аммофос, фосфор, калий), биотехнология очистки нефтезагрязненных почв, метод биоагументации, биообработка, биодеструкция, нефтедеструкторы.
The scientific work presents the main aspects of the current state of environmental problems in the locations of oil and gas companies, the problem of soil pollution by oil, cleaning methods on soil pollution by oil and oil products, using microbial biotechnology.
Key words: hydrocarbon-oxidizing microorganisms, biogenic elements (nitrogen, ammophos, phosphorus, potassium), biotechnology cleaning oil-contaminated soils, method bioagumentation, bioprocessing, biodegradation, oil destructors.
Почва относится к важнейшему природному ресурсу, состояние которого во многом определяет экологическое равновесие планеты. Главной характеристикой почвы является плодородие, которое формируется, за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Хозяйственная деятельность приводит к загрязнению почв, снижению экономического и потенциального плодородия. [1]
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в настоящее время является актуальной проблемой. Извлечение нефти из недр, очистка и транспортировка представляют собой не только технически сложные, но и опасные процессы, так как при разработке месторождений невозможно сохранить естественные экологические условия. Неизбежно каждая стадия производства работ по добыче сопровождается утечкой нефти, что может стать причиной непоправимых явлений. Хронические разливы нефти являются серьезной угрозой окружающей среде и здоровью людей. [2]
В Западном Казахстане (Атырауская область) открыты и эксплуатируются нефтегазовые месторождения на суше Прорва, Узень, Жетыбай, Каламкас, Каражанбас, Бузачи, Кенбай, Королевское, Тенгиз, Каратон, Тажигали, Тереньозек, Мартыши, Камышовые, Карачаганак, Жанажол, Кенкияк, Алибек-мола и другие. Многие месторождения эксплуатируются уже 90 лет и более. Полным ходом идет разработка уникального месторождения Кашаган на Каспийском море.
Одну из важных сторон ремедиации (очистки) загрязненной почвы нефтью выполняют микроорганизмы (МО) почвы. Скорость их разложения обусловлена окислительно-восстановительными условиями, гидротермическим режимом, активностью микроорганизмов и рядом других условий.
Для очистки от нефтезагрязнений почв используются механические, физические, термические, физико-химические, химические и биологические методы. Применение тех или других методов определяется характером, уровнем и глубиной загрязнения, типом загрязненной среды (почва, грунт). Так, в почвенной среде загрязнение может быть поверхностное (глубина проникновения загрязнения 0–5 см), подповерхностное (0–30 см), глубинное (0–1 м), с проникновением до уровня грунтовых вод (от 1 до 5 м и более). При загрязнении глубинных слоев почвенной среды наиболее часто применяются методы с нагнетанием или откачкой воды и воздуха через скважины. [3]
Механические методы применяются при высокой степени загрязнения, при концентрации углеводородов превышающей 50 г/кг, глубине проникновения загрязнения в почвы и грунты 0,3–1 м, при толщине слоя нефтепродуктов на водных поверхностях, превышающей 0,03 м. При механических методах загрязненные почвы и грунты извлекаются вручную либо при помощи землеройной техники и перемещаются на площадки рекультивации. Собранные нефть, нефтепродукты и нефтесодержащие шламы вывозятся на пруды или в резервуары-шламонакопители.
В почвах с застарелыми нефтяными загрязнениями (>5 лет) или при их повторном загрязнении численность микроорганизмов-нефтедеструкторов повышается в результате протекания естественной автоселекции. Много почвенных нефтедеструкторов содержится в торфе. Для активизации углеводородоокисляющей способности почвенной микрофлоры бывает достаточно провести агротехнические мероприятия, внести в почву различные добавки, выполняющие роль стимуляторов и соокислителей при деградации углеводородов, то есть использовать метод биостимулирования.
При ликвидации свежих нефтяных проливов необходимо использовать метод биоагументации ─ привнесение в загрязненную среду биопрепаратов, содержащих микроорганизмы-нефтедеструкторы, в экстремальных условиях (в кислой среде, при дефиците влаги, дефиците питательных веществ в почве) в качестве деструкторов нефти более эффективны дрожжи и грибы. В результате мицелиального роста грибы проникают между локальными источниками питания, в почвенно-нефтяные агломераты и благодаря своей устойчивости к низкому содержанию влаги и низкому рН активно участвуют на поздних стадиях разложения остатков нефти в очищаемых средах.
Количество биопрепарата определяется, исходя из установленных сроков очистки и уровня загрязнения, и составляет 1 часть биопрепарата на 100–10000 частей углеводородов нефти. Время очистки увеличивается при снижении дозы биопрепарата и титра живых клеток, возрастании уровня загрязнения, отклонении температуры, рН, влажности и других факторов от оптимальных значений.
При прочих равных условиях наибольшее количество биопрепаратов требуется для утилизации сырой нефти и мазута, наименьшее ─ для утилизации жидких парафинов, светлых нефтепродуктов.
Перед внесением биопрепарата осуществляют вспашку почвы, внесение мелиорантов и структураторов, стартовой дозы минеральной подкормки. Раствор минеральной подкормки вносят в почву за 2–3 сут. до обработки биопрепаратом.
По окончании агромелиоративных работ готовят рабочую суспензию биопрепарата. В препаратах, поставляемых в виде порошков, микроорганизмы находятся в состоянии покоя. Для получения активных клеток необходимо осуществить их мягкий вывод из покоящегося состояния. При проведении очистных работ в полевых условиях для перевода клеток в активное состояние отмеренное количество порошка биопрепарата разводят в воде с добавленными минеральными солями (например, с аммофоской или диаммофоской) при типичном соотношении биопрепарата и воды 1:10 ─ 1:50. Содержание азота (в форме NH4 + ) в рабочей суспензии должно составлять 0,3–0,7 кг действующего вещества на 1 м 3 , фосфора (Р2О5) ─ 0,3–0,6 кг на 1 м 3 , калия (К2О) ─0,25–0,35 кг на 1 м 3 . Полученную базовую суспензию перемешивают в течение 4–18 ч. при барботировании воздуха и температуре 20–30 ºС. Срок хранения суспензии ─ не более 5 сут. [4]
Приготовленная базовая суспензия активированного биопрепарата, помещенная в емкость для приготовления рабочей суспензии, разбавляется технической водой в 100–1000 раз (степень разбавления зависит от способа внесения биопрепарата и используемых технических средств); в нее добавляют расчетное количество минеральных удобрений (50–200 кг аммиачной селитры, аммофоса или диаммофоса на 1 га в зависимости от уровня загрязнений, содержания биогенных элементов в почве), и содержимое многократно перемешивается по мере обработки загрязненных объектов. Промывочные воды после использования рабочего раствора сливают на загрязненную почву или воду.
После подготовительных мероприятий биопрепарат вносят на загрязненный участок из расчета 6–10 л суспензии на 1 м 3 очищаемой поверхности. Обработка рабочими суспензиями небольших площадей проводится вручную, а при значительных поверхностных загрязнениях ─ с помощью дождевальных установок, поливочных и пожарных машин, насоса (брандспойта) для подачи рабочего раствора на поверхность. [7]
Для обработки обширных загрязненных территорий может использоваться сельскохозяйственная авиация. Биообработку следует проводить в утреннее или вечернее время или в пасмурную погоду. Биопрепарат запахивается в грунт, поскольку температура окружающей среды выше 40 ºС и солнечная радиация угнетают микроорганизмы биопрепарата. [6]
Если предварительная обработка загрязненных участков почв перед внесением биопрепарата невозможна, то тогда используют многократную обработку биопрепаратами с корректировкой рН и внесением удобрений.
Активный процесс биодеструкции протекает за 3–10 недель, затем наблюдается медленное снижение содержания углеводородов нефти. На начальных стадиях скорость биодеструкции может быть повышена повторными внесениями препарата (2–3 приема) в рекомендуемых или повышенных дозах. Минеральную подкормку путем внесения в почву раствора минеральных удобрений (50–200 кг аммиачной селитры, аммофоса или диаммофоса на 1 га) вносят через 3–4 недели после первого внесения биопрепарата. Нормы внесения биопрепаратов и минеральных удобрений корректируются в процессе очистки объектов, исходя из результатов контрольных определений содержания нефтепродуктов, азота и фосфора в почве. [5]
С помощью методов биостимулирования и использования биопрепаратов можно удалить до 90–98 % нефтезагрязнений в почвенной среде. Оставшиеся углеводороды, смолы, асфальтены, битумы и другие высокомолекулярные соединения устойчивы к биологическому разложению, но инертны и мало опасны для окружающей среды.
В разложении нефти наряду с микроорганизмами принимают косвенное участие растения и животные. При загрязнении почвы нефтью возможно угнетение роста растений и активности почвенных животных, что, в свою очередь, может оказать влияние на микробную активность. Рыхление почвы корнями растений, земляными червями и роющими артроподами улучшает дренаж почвы и облегчает обмен газов. Кроме того, роющие животные могут перемещать органический материал к биологически активным поверхностным слоям почвы. Растения и особенно бобовые культуры обогащают почву азотом и биологически активными соединениями, что стимулирует рост микроорганизмов и, соответственно, повышает интенсивность разложения нефти. [8]
Таким образом, загрязнение углеводородами масштабно приводит к различным последствиям, влияет на микробную составляющую биоты, на микрофлору и микрофауну, на качество воды, почвы, воздуха, эстетическое восприятие ландшафта. Живые организмы, в свою очередь, активно участвуют в самоочищении нефтезагрязненных сред. Биоремедиация с использованием нефтедеструкторов, является эффективным средством в ликвидации загрязнения почвенной среды нефтью и нефтепродуктами.
Рациональное использование природных ресурсов и эффективные меры по охране почвенной среды возможны только на основе знаний законов природы и их разумного применения: от потребительского отношения к природе человек должен перейти к сотрудничеству с ней и соразмерять свою хозяйственную деятельность с возможностями природы.
1. Боровский В. М. «Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана». Алматы, Наука, [1982].
2. Жанбуршин Е. Т. «Проблемы загрязнения окружающей среды нефтегазовой отраслью Республики Казахстан» // Нефть и газ.-2005. –№ 2 — [стр. 84–92].
3. Жмыхов А. А. «Мониторинг земель Атырауской области». Аналит. обзор Атырау: ЦНИТИ, [2002].
4. Кулжанова К. А., Чукпарова А. У., Шорабаев Е. Ж., Апендина Г. С., Туякбаева А.У., Текебаева Ж. Б., Саданов А. К., Айткельдиева С. А.,Талжанов Н. А., Шарапиденов К. Т. «Технология восстановления почв Атырауской области от нефти и нефтепродуктов с применением микроорганизмов» // Материалы 1-ой Международной конференции Астана Биотех, Астана, 12–13 декабря. — Астана, [2008 — стр.61].
5. Назарько М. Д., Щербаков В. Г., Александрова А. В. «Перспективы использования микроорганизмов для биодеградации нефтяных загрязнений почв» [№ 4, 2004].
6. Терещенко Н. Н., Лушников С. В. «Способ стимулирования активности углеводородокисляющих микроорганизмов в почве, загрязненной нефтью и нефтепродуктами» // Материалы 1-го Международного конгресса «Биотехнология – состояние и перспективы развития» — М., [2002.-стр.476].
7. Фаизов К. Ш. «Почвы Казахской ССР», выпуск 13 Гурьевская область. — Алма-Ата: Академия Наук Казахской ССР. Институт почвоведения. — [1970. — стр 176].
8. Мишустин Е. Н. Микроорганизмы и плодородие почв. М.: Наука, [1987.338 с.]
Источник