1.6 Естественная деградация нефти в почве

Естественная деградация нефти в почве делится на три этапа.

На первом этапе в результате физико-химического выветривания происходит удаление из почвы низкомолекулярных составляющих нефти - газообразных и легколетучих соединений. С этими фракциями нефти в большей степени связаны токсические свойства нефти по отношению к почвенной биоте. Дальнейшая деградация нефти связана с деятельностью микроорганизмов.

Второй этап естественной микробиологической деградации нефти длится достаточно долго и сопровождается постепенным снижением количества остаточной нефти. Каждый последующий вегетационный период характеризуется в среднем потерей около20% остаточной нефти и через четыре вегетационных периода общее количество остаточной нефти в почве составляет 40- 45% от обнаруженного через один месяц после попадания. Более высокие темпы убыли нефти наблюдаются при внесении в почву известь и полном удобрении. Имеются сведения о том, что на данном этапе процессы биодеградации нефти идут в двух противоположных направлениях. С одной стороны, благодаря активности микроорганизмов происходит разложение нормальных алканов и простых ароматических углеводородов.

С другой стороны, в этот период образуются различные промежуточные продукты - ароматические и алифатические эфиры, альдегиды и кетоны, которые конденсируются в почве.

Таким образом, на втором этапе естественной деградации ксенобиотика в почве исчезают низкомолекулярные составляющие нефти, и почва обогащается полициклическими ароматическими углеводородами, смолами и асфальтенами.

Третий этап биоремедитации (самый длительный). В почве в этот период присутствуют самые сложные компоненты нефти, трудно разлагаемые микроорганизмами [6, 10].

1.7 Мероприятия по рекультивации нефтезагрязненных почв

Рекультивацию земель в зависимости от объемов нарушения в геосистеме и ее ранга можно ограничивать локальными мероприятиями или крупномасштабными проектами восстановления компонентов, свойств и нарушенных связей в ландшафте.

Комплекс рекультивационных работ представляет собой сложную многокомпонентную систему взаимоувязанных мероприятий, структурированных по уровню решаемых задач и технологическому исполнению.

Выделяют следующие этапы рекультивации:

1. подготовительный — предпроектные и проектные работы, которые содержат концепцию, схему, обоснования инвестиций, инженерные изыскания, стадии проектирования (проект и рабочую документацию);

2. технический — инженерно-техническая часть проекта, направленная на ликвидацию последствий антропогенной деятельности, создание техногенной составляющей, обеспечивающей восстановление и функционирование нарушенной геосистемы;

3. биологический — завершающая часть проекта рекультивации, которая включает систему земледелия, озеленение, лесное строительство, биологическую очистку почв, агромелиоративные и фиторекультивационные мероприятия, направленные на восстановление процессов почвообразования и завершение формирования техноприродного (культурного) ландшафта.

Продолжительность выполнения этих этапов условно определяют как рекультивационный период, срок окончания которого обосновывается проектом на основе эколого-экономических расчетов. Рекультивационный период в зависимости от состояния нарушенных земель и их целевого использования может длиться от одного до нескольких лет. Однако рекультивация не заканчивается сроком окончания строительства, на сильно нарушенных землях необходимо длительное управление физико-химическими и биологическими процессами с использованием инженерно-экологических систем. Ориентировочно этот период может быть определен сроками восстановления компонентов природы, которые обеспечат устойчивость геосистемы и ее функционирования.

При проведении военных учений, геолого-разведочных, поисковых, изыскательских и других работ, не связанных с изъятием земель, сроки рекультивации определяются по согласованию с собственниками земли, землевладельцами, землепользователями, арендаторами [2].

Процесс рекультивации нефтезагрязненных земель, включает:

• удаление из состава почвы нефти и нефтепродуктов;

• рекультивацию земель (технический и биологический этап).

Рекультивация загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель проводится в несколько стадий, сроки проведения которых должны быть указаны в проекте. Сроки и стадии рекультивации намечаются в соответствии с уровнем (степенью) и временем загрязнения (дата разлива), почвенно-климатическими условиями данной природной зоны, ландшафтно-геохимической характеристикой загрязненных земель и состоянием биоценоза.

Выделяются два уровня загрязнения:

• умеренное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем активизации процессов самоочищения техническими (агротехническими) приемами (внесением удобрений, поверхностной обработкой и глубоким рыхлением и т.д.);

• сильное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем проведения специальных мероприятий, способствующих созданию аэробных условий и активизации углеводородоокисляющих процессов.

Нарушенные земли должны быть рекультивированы преимущественно под пашню и другие сельскохозяйственные угодья. В этом случае, рекультивация земель должна включать получение заключения агрохимической и санитарно-эпидемиологической служб об отсутствии опасности выноса растениями веществ, токсичных для человека и животных [ГОСТ 17.5.3.04-83] [2].

Если рекультивация земель в сельскохозяйственных целях нецелесообразна, создаются лесонасаждения с целью увеличения лесного фонда, оздоровления окружающей среды или защиты земель от эрозии; при необходимости создаются рекреационные зоны и заповедники.

Требования к рекультивации земель при рекреационном направлении должны включать: вертикальное планирование территории с минимальным объемом земляных работ, сохранение существующих или образованных в результате производства работ форм рельефа на стадии технического этапа.

Рельеф и форма рекультивированных участков должны обеспечивать их эффективное хозяйственное использование.

Рекультивируемые земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт.

При умеренном загрязнении достаточно проводить только технический этап рекультивации в расчете на самоочищение почвы [2].

Технический этап рекультивации

Технический этап включает в себя проведение работ создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап). Меры технической рекультивации - это ускорение процессов физического очищения почвы.

На техническом этапе происходит выветривание нефти, испарение и частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности почвы, восстановление микробиологических сообществ, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов, частичное восстановление сообщества почвенных животных. Часть компонентов превращается в твердые продукты, что улучшает водно-воздушный режим почвы. Аэрация и увлажнение почвы в значительной мере способствуют интенсификации этих процессов, снижению концентрации нефти и более равномерному ее рассеиванию.

При проведении технического этапа рекультивации земель в зависимости от направления рекультивируемых земель должны быть выполнены следующие основные работы:

• грубая и чистовая планировка поверхности отвалов, засыпка нагорных, водоподводящих, водоотводных каналов; выполаживание или террасирование откосов; засыпка и планировка шахтных провалов;

• освобождение рекультивируемой поверхности от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций и строительного мусора с последующим их захоронением или организованным складированием;

• строительство подъездных путей к рекультивированным участкам, устройство въездов и дорог на них с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники;

• устройство, при необходимости, дренажной, водоотводящей оросительной сети и строительство других гидротехнических сооружений;

• устройство дна и бортов карьеров, оформление остаточных траншей, укрепление откосов;

• ликвидация или использование плотин, дамб, насыпей, засыпка техногенных озер и протоков, благоустройство русел рек;

• создание и улучшение структуры рекультивационного слоя, мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородных пород;

• создание, при необходимости, экранирующего слоя;

• покрытие поверхности потенциально плодородными и (или) плодородными слоями почвы;

• противоэрозионная организация территории.

Корчевка погибшей древесной растительности проводится корчевателями-собирателями. Перед началом работ участок разлива нефти разбивают на загоны шириной 10-15 м, которые должны иметь направление с востока на запад с тем, чтобы валы древесины были расположены с севера на юг, для улучшения условий сушки выкорчеванной древесины. Выбор схем движения агрегатов при расчистке площадей от замазученной древесно-кустарниковой растительности определяется характером местности.

При производстве горнопланировочных работ чистовая планировка земель должна проводиться машинами с низким удельным давлением на грунт, чтобы уменьшить переуплотнение поверхности рекультивируемого слоя. Для выполнения работ на переувлажненных торфяных грунтах применяются бульдозеры-болотоходы. При дальнейшей подготовке участка должно быть проведено глубокое безотвальное рыхление уплотненного горизонта для создания благоприятных условий развития корневых систем растений.

На тяжелых суглинистых почвах (особенно в южнотаежнолесной и лесостепной зонах) для которых опасность ветровой эрозии невелика, необходимо проводить рыхление, преимущественно отвальную обработку на глубину до 20 см. Эти участки остаются в течение технического этапа рекультивации в виде пара (пахотный участок без посева). Там, где рыхление может привести к появлению эрозии, на загрязненных нефтью участках проводится поверхностная обработка на глубину 8-10 см с оставлением необработанных полос шириной 2-3 м поперек склонов или направлений господствующих ветров. В зонах распространения пород подверженных ветровой эрозии необходимо выполнять мероприятия предотвращающие дефляцию почв. Приемы закрепления перевеиваемых грунтов предусматривают:

• увеличение расчлененности рельефа путем устройства канав, валиков, валов, уменьшающих энергию ветропесчаного потока и способствующих аккумуляции переносимого ветром потока песка;

• устройство механических заграждений из местных материалов (кустарники, кустарнички, злаки), полимерных материалов (полиэтиленовая пленка), цементно-песчаных блоков;

• уменьшение подверженности песчаных грунтов выдуванию путем локального изменения их механического состава внесением тонкодисперсных (глинистых и суглинистых) грунтов или вяжущих веществ.

Сроки проведения технического этапа рекультивации определяются органами, предоставившими землю и давшими разрешение на проведение работ, связанных с нарушением почвенного покрова, на основе соответствующих проектных материалов и календарных планов. Время окончания технического этапа зависит от времени загрязнения, ориентировочно его можно прогнозировать по таблице [2, 3].

Таблица 1