Способы очистки нефтезагрязненных земель

Известные методы и способы очистки нефтезагрязненных почв

Почва имеет жизненно-важное значение, и ее деградация представляет огромную опасность. В связи с этим растет интерес к развитию теоретических основ и методов очистки загрязненных почв. В последние годы для рекультивации почв находят применение гуминовые препараты, препараты-нефтедесьтрукторы, сорбенты, что обусловлено их способностью сорбировать загрязнения, образуя с ними прочные металлорганические комплексы, благодаря чему биодоступность загрязнений и, соответственно, биотоксичность почв и грунтов снижаются. При этом необходимо учитывать, что эффективность подобных препаратов определяется генезисом сырья и способом его обработки.

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.

С целью обезвреживания нефтезагрязненных грунтов, почв и нефтешламов разработаны многочисленные методы и технологии. Наиболее детальная классификация существующих методов очистки природных экосистем от нефтяного загрязнения принадлежит Ю.М. Матвееву [29].

В таблице 1.1 представлена классификация технологий, используемых для обезвреживания нефтезагрязненных грунтов и нефтешламов.

Таблица 1.1 – Классификация технологий, используемых для обезвреживания нефтезагрязненных грунтов и нефтешламов.

Тип	Вид	Способ и механизм очистки загрязнений
1. Механический	1.1 Механическое удаление загрязненного слоя почвы. 1.2 Экранирование — засыпка загрязненной поверхности слоем чистого грунта или почвы. 1.3 Изоляция пятен загрязнения различными методами: полимерные покрытия, гидроизоляция грунтовых вод, др. 1.4 Запашка (захоронение) верхнего загрязненного слоя почвы в более глубокие слои.	Вывоз и складирование на специальных площадках или полигонах захоронения. Загрязнитель фиксируется на месте загрязнения. Загрязнитель фиксируется на месте загрязнения, изолирован от сопредельных сред. Искусственное перераспределение загрязнителя в почве.
2. Термический	2.1 Сжигание на месте. 2.2 Обработка в термокамерах.	Термическое разложение. Вывоз загрязненного грунта с термическим разложением.
3.Физико-механический	3.1 Сепарация частиц, содержащих поллютанты от матрицы: а) сухое просеивание б) мокрое просеивание	Термическая обработка с последующим улавливанием газов, захоронение концентратов. Возможно разложение органических компонентов в биореакторах.
4.Физико-химический	4.1 Вакуумная экстракция или вентиляция почвы. 4.2 Экстракционные технологии: промывка загрязненного грунта растворами комплексообразователей, деспергентов и др. 4.3 Иммобилизационные технологии: внесение химических осадителей, комплексообразователей, сорбентов.	Физические или химические методы удаления. Химическое удаление. Сорбционные методы удаления.
5. Химический	5.1 Методы химической детоксикации.	Химическая деструкция загрязняющих веществ химическими деструктантами (катализаторы, активные радикалы и др.)
6. Биологический	6.1 Использование микроорганизмов, разлагающих органические поллютанты: а) внесение микроорганизмов в загрязненную почву на месте; б) снятие слоя почвы и компостирование его с микроорганизмами на специальной площадке или в реакторах	Разложение загрязнителей методом биологической деструкции с помощью микроорганизмов или ферментативной активности.
7. Агрохимический	7.1 Внесение удобрений	Ускорение разложения внесением в почву минеральных органических удобрений и мелиорантов.
8. Агротехнический	8.1 Фитосанитарный 8.2 Различного вида вспашка	Ускорение разложения и выноса загрязнителя с помощью растений

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.

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. 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. 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. В зарубежной и российской практике восстановления нефтезагрязненных почв технические технологии рекультивации классифицированы по категориям ex situ и in situ.

Технологии ex-situ используется для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Изоляция и обработка загрязненных материалов вне участка позволяют применять особо сложные приемы обработки, которые могут быть более эффективными и быстродействующими, а также более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира и местных жителей. Технология ex situ предусматривает обработку привезенных с участка разлива грунтов на специально оборудованных площадках. Вывозка загрязненного грунта позволит быстро ликвидировать загрязнение. После снятия слоя грунта на торфяниках вносятся минеральные удобрения, а на минеральных грунтах вносят дополнительно органические удобрения. Грунт, очищенный от нефти, для возврата на восстановленные участки должен иметь остаточное содержание нефти ниже установленного ОДК нефти. Технологии in situ имеют преимущество вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. Выбор и применение технологий in situ могут быть сделаны только на основании полученных данных о качестве обрабатываемой поверхности почвы. Кроме того, может потребоваться специализированная очистка загрязненной зоны. При неблагоприятных окружающих условиях могут также возникнуть сложности по отношению к устойчивым загрязняющим веществам. Технологии in situ используют биологические, механические и физико- химические методы. Наиболее перспективными считаются биологические методы.

Наилучшие результаты отмечаются при комплексном методе рекультивации загрязненных почв с использованием агротехнологий с внесением минеральных удобрений и высевом трав мелиорантов. Это технология направлена на активизацию аборигенной нефтеокисляющей почвенной микрофлоры и не требует значительных материальных затрат. Для фито рекультивации нефтезагрязненных земель используются наиболее доступные семена однолетних и многолетних трав, обладающих развитой корневой

системой, повышенной устойчивостью к нефтяному загрязнению почвы, адаптированные к местным условиям.

Биологическая рекультивация — этап рекультивации земель, включающий

мероприятия по восстановлению их плодородия, осуществляемый после технической рекультивации. Принято различать в биологическом этапе восстановления земель два направления. Первое — это активизация разложения нефти в почве (восстановление почвы), второе — восстановление растительного покрова. Выбор направления зависит от исходного состояния почвы после технической рекультивации.

Источник

Как происходит рекультивация земель, загрязненных нефтяными отходами

Оглавление

Загрязнение земель нефтепродуктами и нефтяными отходами остается серьезной экологической проблемой. Большинство видов нефтепродуктов содержат токсичные вещества, уничтожающие биологическое разнообразие и представляющие угрозу для человека. Рекультивация загрязненных почв дает возможность очистить их от накопленных загрязняющих веществ и восстановить природную экосистему.

Чем опасно загрязнение грунтов нефтепродуктами?

Наиболее опасными для биоценозов являются разливы нефти из-за аварий на трубопроводах. Они могут возникать в результате ошибок при монтаже, износа и коррозии трубопроводных линий, нарушении технических регламентов и при использовании и по другим причинам.

Попадание нефти и продуктов ее переработки в грунт приводит к тяжелым экологическим последствиям:

• Нарушение экологического равновесия в почвенном биоценозе. В результате воздействия нефтепродуктов меняются ее морфологические и химические характеристики. Это делает ее непригодной для роста растений и проживания различных видов живых организмов.
• Уменьшение аэрируемости почвы, ухудшение ее дренажных свойств. В результате воздействия нефти грунт хуже насыщается кислородом, что приводит к гибели сотен видов почвенных обитателей.
• Деградация растительного покрова. Попадание токсичных веществ в грунт провоцирует гибель растений и многократно снижает продуктивность почв. Они становятся непригодными для любого сельскохозяйственного использования.
• Резкое снижение способности грунтов к самоочистке и восстановлению. Очистить почву от нефтепродуктов можно только с использованием технологий рекультивации.

Допустимая концентрация нефтепродуктов в % (в пересчете на воздушно-сухой грунт) на различных глубинах

Почвы	0 – 10 см	> 10 см
Органогенные (торф, лесная подстилка)	8	5
Органо-минеральные грунты	4	2
Пески, супеси, суглинки	2	1

Нефть и продукты переработки очень опасны для растений из-за гидрофобных свойств. При попадании в почву такие вещества обволакивают корни и создают на них пленку, через которую не может проникать вода. В результате растения испытывают острый дефицит влаги и быстро засыхают. Дополнительно нарушается корневое питание: растение теряет способность усваивать азотистые соединения из почвы, в результате нарушается его рост и нормальное развитие.

Чтобы предотвратить длительные негативные последствия, необходимо своевременно проводить рекультивацию почв для нейтрализации негативного действия нефтепродуктов.

Цели проводимых работ по рекультивации нефтезагрязненных земель

Рекультивация нефтезагрязненных земель – сложный процесс, направленный на очистку грунтов от токсичных соединений и восстановление первоначального биоценоза. Загрязнение нефтью всегда имеет комплексный характер, так как в ней присутствует некоторое количество тяжелых металлов и других токсичных веществ. При длительном загрязнении почв образуются большие ареалы распространения свободных и связанных нефтепродуктов – такая ситуация наблюдается вблизи нефтеперерабатывающих заводов, складов, нефтебаз. В результате возникает угроза загрязнения поверхностных и подземных вод.

Рекультивация предотвращает дальнейшее загрязнение грунтов и обеспечивает очистку загрязненных почв от нефтепродуктов. Она направлена на достижение следующих целей:

• Предотвращение распространения нефтяных залежей в городские водозаборы и природные водоемы.
• Локализация очагов загрязнения, чтобы не допустить попадания нефтепродуктов на новые территории.
• Очистка почв от нефтепродуктов, нейтрализация токсичных веществ.
• Восстановление продуктивности почв, нормализация баланса экосистемы.
• Обеспечение биологической безопасности загрязненных земель и развивающейся на них биомассы.

Нормативы остаточного содержания нефти в почве после проведения восстановительных работ

Направление использования земель	Содержание нефти и нефтепродуктов в слое 0 – 20 см
Направление использования земель	минеральные, органоминеральные, антропогенные почвы, г/кг абсолютно сухой пробы почвы	органогенные почвы г/кг сухого торфа
Земли сельскохозяйственного назначения (пашни), земли лесного фонда и ООПТ (природоохранное назначение, водоохранные зоны)	1,0	5,0
Земли лесного фонда (леса), земли сельскохозяйственного назначения (сенокосы, пастбища)	10,0	30,0
Земли лесного фонда	–	50,0
Земли промышленности	30,0	80,0

Для достижения поставленных целей применяются различные методы очистки и рекультивации грунтов. Комплексный подход позволяет нейтрализовать большую часть опасных веществ и создать условия для восстановления нормального биоценоза.

Классификация почв по степени и возрасту загрязнения нефтью

Почвы считаются загрязненными нефтепродуктами, когда содержание загрязняющих веществ превышает максимальную допустимую концентрацию, в результате начинаются различные негативные изменения состава грунта и биологического сообщества. Важные признаки загрязнения – это нарушение биологического разнообразия, гибель одних видов микроорганизмов и усиленный рост других, деградация свойств почвы и снижение их биологической продуктивности.

Проведенные исследования показывают, что максимальная безопасная концентрация нефтепродуктов в почвах не превышает 1 г/кг – превышение этого значения уже провоцирует негативные изменения в структуре и свойствах почвенного покрова.

В зависимости от степени загрязнения различают следующие классы почв:

• Слабозагрязненные. Концентрация нефтепродуктов составляет от 1 до 5 г/кг. Для устранения негативных последствий достаточно ограниченного набора мероприятий, ускоряющих естественные процессы самоочищения грунта. Это аэрация, увлажнение, рыхление, высаживание растений, способствующих поглощению токсичных веществ.
• Среднезагрязненные. Концентрация нефтепродуктов находится в пределах 5-10 г/кг. В этом случае требуется проведение интенсивной рекультивации с использованием механических и биологических методов.
• Сильнозагрязненные. В составе присутствуют более 10 г нефтепродуктов на 1 кг грунта. В этом случае необходима направленная рекультивация для устранения долгосрочных экологических последствий.

В некоторых российских регионах вводятся дополнительные нормативы для уточнения степени загрязненности грунтов. Рекультивация земель, подвергшихся заражению нефтепродуктами, должна проводиться за счет организаций, несущих ответственными за попадание токсичных веществ в грунт. Чаще всего это нефтеперерабатывающие компании, собственники нефтебаз и других подобных организаций.

№ п/п	Степень загрязнения	Содержание нефтепродуктов в почвах, г/кг
		Органогенные	Органогенные перемешанные и минеральные	Органоминеральные
1	Слабая	До 100	До 50	До 15
2	Средняя	100-250	50-150	15-100
3	Сильная	> 250	> 150	> 100

Этапы рекультивации земли после загрязнения нефтепродуктами

Рекультивация земель, загрязненных нефтепродуктами – сложный многоступенчатый процесс, результатом которого становится значительное снижение концентрации токсичных веществ в почве и восстановление ее первоначальных свойств. Процесс можно разделить на три основных этапа.

Подготовительный этап очистки от нефтепродуктов

Подготовительный этап начинается с разработки рабочего проекта. В нем должен быть указан план предстоящих работ, созданный на основе СНиП 11-01-95. Для разработки проекта предварительно выполняются почвенно-мелиоративные изыскания: специалисты должны определить степень загрязненности грунта нефтепродуктами. Исследование проводится для определения следующих параметров:

• Площадь зараженного участка.
• Глубина проникновения нефтепродуктов в грунт.
• Наличие рисков дальнейшего распространения нефтяного пятна по всем направлениям.
• Объемы нефтепродуктов, поступивших из источников загрязнения.
• Состояние растительности на загрязненной территории.

На основании полученных данных проводятся расчеты, составляется подробное описание загрязненного участка. В нем указывается тип почвы и ее химический состав, особенности ландшафта. Специалист составляет карту-схему, на которой указываются границы пощади загрязнения и степень поражения территории. Дополнительно составляется почвенно-мелиоративная картограмма, с помощью которой определяются методы очистки грунта от нефтепродуктов.

Технический этап

С загрязнённого участка необходимо удалить максимально возможное количество нефти – это поможет ускорить процесс восстановления грунта. Почва обрабатывается различными абсорбентами – веществами, способными поглощать токсичные углеводородные соединения. Проводится планировка территории: с нее удаляется весь мертвый и засыхающий древостой, поврежденная растительность сжигается. Полученная в результате зола будет использоваться при восстановлении грунта.

Территория освобождается от ранее срубленной древесины, с нее удаляется различный строительный и бытовой мусор. Если есть риск повторного загрязнения нефтью, проводится обваловка, она помогает предотвратить дальнейшее загрязнение грунтов. Дополнительно выполняются следующие мероприятия:

• Рыхление почвенного горизонта с добавлением мульчирующих грунтов. Этот процесс направлен на улучшение аэрации почвы для боле быстрого разложения нефти в результате естественных процессов.
• Создание искусственного микрорельефа. Он представляет собой чередующиеся бугры и канавки, такой микрорельеф создает оптимальные условия для очистки заболоченный почв с высоким содержанием влаги.
• Стимуляция почвенной микрофлоры, способной перерабатывать нефтепродукты. Этот процесс начинается при снижении степени загрязненности грунта до 23-25%. После понижения этого параметра до 15%, можно переходить к следующему этапу рекультивации.

Биологический этап рекультивации

Первый этап биологической рекультивации – пробный посев трав, с помощью которого можно определить состояние почвы. Определяется степень токсичности растений, по этому показателю можно примерно определить сроки дальнейшего восстановления грунта. Перед пробным посевом землю вспахивают и рыхлят, семена предварительно скарифицируют и обрабатывают нитралгином. Для пробного посева используют бобовые культуры, которые хорошо растут в данной климатической зоне: это может быть люпин, горох, донник и т.д.

Если пробный посев продемонстрировал хорошие результаты (появились всходы минимум на 75% рекультивируемой территории), можно переходить к следующему этапу. На территории высевают многолетние травы, перед посевом выполняется культивация и боронование почвы, а также внесение минеральных удобрений для ускоренного роста и развития.

Процессы естественного разложения нефтепродуктов превращают органику в природное удобрение, которое способствует росту зеленой массы и ускоренному развитию растительности. Однако в ней может содержаться достаточно большое количество токсичных веществ, поэтому выросшие на территории многолетние травы не допускается использовать в кормовых целях. Она превращается в сидеральное удобрение: растения измельчаются, зеленую массу запахивают в грунт.

Биологическая рекультивация считается завершенной после создания на месте загрязнения территории плотного слоя травостоя, а концентрация остаточного содержания нефтепродуктов не должна превышать 8,0%. Рекультивация дает возможность освободить почву от токсичных веществ, восстановить растительный слой и нормализовать условия для жизни различных почвенных организмов.

Методы и технологии рекультивации

Для удаления нефтепродуктов из почвы и предотвращения дальнейшего распространения загрязнений применяются различные способы рекультивации. Все они должны быть экологически чистыми, чтобы предотвратить дальнейшее нарушение природного баланса и нормализовать состояние грунта. Для восстановления почв применяются следующие категории методов.

Механические методы рекультивации

Эта группа методов имеет ограниченные возможности применения и используется только небольших локальных поражениях почвы нефтепродуктами при авариях. Различают следующие механические методы:

• Сбор нефтепродуктов с почвы с применением специальных собирающих установок. Он имеет несколько плюсов: такой метод дает возможность собрать и повторно использовать углеводороды, провести экстренную очистку местности при аварийном разливе нефтепродуктов, очистить труднодоступные участки, в том числе территории нефтебаз с большим количеством кустарника и различного строительного мусора.
• Засыпка образовавшегося нефтяного пятна грунтом с последующим вывозом загрязненной почвы для утилизации на специальных полигонах. Этот метод считается наименее экологичным, так как нефтепродукты способны в течение многих лет сохранять опасные свойства и негативно влиять на окружающую среду.
• Перепахивание для смешения загрязненного и незагрязненного почвенного слоя. Впоследствии грунт подвергается другим рекультивационным способам.

Механические методы могут использоваться как первый этап проведения рекультивации, в дальнейшем оно дополняется физико-химической или биологической очисткой грунтов.

Физико-химические методы рекультивации

Основной физико-химический способ – промывка грунтов подогретыми водными растворами с добавлением поверхностно-активных веществ. С помощью реагентов токсины вымываются из почвы и нейтрализуются, это дает возможность проводить дальнейшие работы по восстановлению первоначального состав аи структуры почвенного слоя.

Также применяются следующие методы обработки:

• Экстракция нефтепродуктов из грунта различными методами, в том числе при использовании вакуумных экстракторов.
• Известкование путем обработки загрязненного грунта негашеной известью. Она добавляется в почву в объеме 0,5-5% от массы попавшего в грунт загрязняющего вещества. В результате химической реакции в почве образуется твердый продукт, который можно извлечь и тем самым очистить почву от отравляющих соединений.
• Электрохимическая обработка загрязненных почв. В этом случае в почву опускаются электроды, по которым подается постоянный ток. На поверхности электродов осаждаются присутствующие в почве токсичные соединения, после чего электроды извлекаются вместе с загрязнителями.

Такие методы позволяют освободить грунт от большей части загрязняющих веществ после чего можно будет приступать к дальнейшей биологической переработке.

Биологические методы очистки грунтов

Биологические методы основаны на естественных процессах переработки нефтесодержащих загрязнений. Для этого используются углеводородокисляющие микроорганизмы, которые в обычных условиях постоянно присутствуют в почвенных биоценозах. При разливах нефти и других загрязнениях нефтепродуктами в почву могут вноситься дополнительные промышленные культуры микроорганизмов, в результате скорость переработки многократно усиливается.

Для активизации работы микроорганизмов проводится аэрация почвы методом рыхления, также в нее вносятся различные субстраты, усиливающие деятельность микрофлоры. Активированные микроорганизмы усиленно перерабатывают загрязнения, в результате почва очищается, восстанавливается ее первоначальный химический состав.

Биологическая рекультивация предполагает восстановление почвенного слоя методом высадки однолетних и многолетних трав, способных забирать из почвы токсичные соединения. Через несколько лет грунт очищается настолько, что восстанавливается его плодородность и нормальная структура биоценоза.

Также почитайте статью про рекультивацию:

Источник