Пути оптимизации обстановки

Рекультивация нефтезагрязненных земель – это ускорение процесса самоочищения, при котором используются все природные резервы экосистемы: климатические, ландшафтно-геохимические и микробиологические. Выделяют три наиболее общих этапа трансформации нефти в почвах: 1) физико-химическое и частично микробиологическое разложение углеводородов; 2) микробиологическое разложение, главным образом, низкомолекулярных структур различных классов; новообразование смолистых веществ; 3) трансформация высокомолекулярных соединений: смол, асфальтенов, циклических углеводородов (Исмаилов Н.М., Пиковский Ю.И.). Длительность этого процесса зависит от почвенно-климатических условий от нескольких месяцев до нескольких лет. Очередность основных мероприятий по рекультивации нефтезагрязненных черноземов и серых лесных почввключает следующие операции: 1) сбор нефти с поверхности; 2) безотвальное рыхление; 3) внесение N₉₀P₉₀K₉₀ + навоз (опилки, торф), стимуляторы); 4) внесение биопрепаратов; 5) посев травостоя или после внесения NPK; 4) черный пар 1-3 года; 5) пробный посев трав 1-2 года; 6) + NPK и рыхление; 7) посев бобовых и сидератов 2 года (Хазиев Ф.Х.).

Методы рекультивации делятся на четыре группы: физические, физико-химические и биологические. К физическим относятся механическое снятие замазученных и битуминизированных слоев почвы, содержащих свыше 5% углерода нефтепродуктов, сбор нефтепродуктов с поверхности с помощью гидронасоса, с последующей транспортировкой в земляные нефтешламовые амбары; перемешивание с незагрязненной почвой, интенсивная аэрация, посредством глубокой вспашки, дискования, боронования. В ряде случаев применяют сжигание, что крайне негативно для компонентов экосистемы.

Физико-химические методы рекультивации земель, загрязненных нефтепродуктами, предполагают применение специально подобранных поверхностно-активных веществ (диспергаторов, дезмульгаторов и т.д.), вспомогательных веществ, влияющих на изменение состояния и коллоидно-дисперсной структуры взвешенных частиц в нефтяной и водной средах. Для очистки почв применяются также сорбция углеводородов различными природными сорбентами (торфом, мхом, черноземом, сажей, углем, вермикулитом, монтмориллонитом, цеолитом и т.д.). При этом прочность связи токсикантов с данными сорбентами должна быть выше, чем с почвой. Это определяет их перспективность использования, в основном, для легких почв.

Известь снижает подвижность токсичных веществ, нейтрализует продукты разложения нефти, увеличивает в почве количество поглощенных кальция и магния (доля которых при нефтяном загрязнении чаще снижается). Внесение извести на кислые почвы улучшает агрохимические свойства почв, оптимизирует развитие микроорганизмов, ускоряет разложение метано-нафтеновых структур. Для нейтрализации сильнощелочных загрязненных почв используют гипс, который способствует вытеснению поглощенного натрия, при последующем вымывании и образующегося Na₂SO₄, что снижает техногенно обусловленную щелочность среды.

Биологические методы рекультивации. В разложении нефти в почве главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефти и нефтепродуктов до углекислого газа и воды. Алканы, нафтены и ароматические компоненты активно метаболизируются микроорганизмами, причем более легкие фракции указанных соединений могут полностью расщепляться. Более тяжелые, конденсированные, циклические углеводороды достаточно устойчивы к бактериальному воздействию. Показана перспективность бактерий рода Rhodococcus и спорообразующих бактерий для создания препаратов по биодеградации нефти и нефтепродуктов в почве. Полученный на основе штамма Bacillus sp. 739 препарат бациспецин не только ускоряет разложение нефти, но и способствует продуктивности почвы.

На основе штаммов Mycobacterium flavescens, Pseudomonas patida, Acinetobacter sp. создан и широко применяется для очистки нефти препарат «Экойл». При этом бактериальные ассоциации, в отличие от отдельных штаммов, более интенсивно утилизируют нефть. (Наиболее сильная вспышка микробиологической активности приходится на второй этап биодеградации нефти. При дальнейшем снижении численности всех групп микроорганизмов до контрольных значений, численность углеводородо-окисляющих организмов на многие годы остается аномально высокой.). Показана высокая эффективность промышленного препарата «Деворойл», в состав которого входят несколько видов нефтеокисляющих микроорганизмов. Однако, применение биопрепаратов эффективно при концентрации нефтепродуктов в почве не выше 10-15%.

Положительное влияние на развитие биодеградации нефтепродуктов в почве оказывает создание оптимальных условий для нефтеокисляющих микроорганизмов. Хорошие результаты дает применение NPK до N₁₈₀P₁₈₀K₉₀ в сочетании с навозом (до 140 т/га), внесение в почву биогумуса, активного ила, сидератов, сточных вод животноводческих комплексов. При этом особая роль принадлежит азотным удобрениям.

Фитомелиоративный этап рекультивации нефтезагрязненных почв является наиболее длительным. В почве остаются, в основном, высоко конденсированные компоненты нефти: полициклические ароматические углеводороды, смолы и асфальтены, трудно разлагаемые микроорганизмами. Для интенсификации процессов биодеградации компонентов нефти используют легко метаболизируемые материалы растительного происхождения, увеличивающие биологическую активность сапрофитных почвенных микроорганизмов, например, отходов сельскохозяйственного производства. Органические удобрения вносят в высоких дозах (десятки тонн на 1 га).

Показано, что при загрязнении серой лесной почвы товарной нефтью в концентрации не более 5% возможна замена биопрепаратов биостимуляторами активности почвенных микроорганизмов. При этом интенсивность стимулирования микроорганизмов при внесении органических добавок возрастала в ряду: птичий помет, зеленая масса гороха, горох-сидерат, биотрин (Сулейманов Р.Р.). Основным мероприятием этого этапа считается посев устойчивых к нефти многолетних трав, которые за счет фотосинтетической активности могут эффективно обеспечить почвы пулом легко метаболизируемых микроорганизмами органических веществ. Выращенную биомассу запахивают в почву. Для таежной зоны рекомендуют следующие виды: овсяница красная, мятлик луговой лисохвост луговой, тимофеевка луговая, клевер красный, костер безостый, ежа сборная, люцерна синегибридная; для степной зоны – костер безостый, донник желтый, эспарцет бескорневищный, регнерия волокнистая.

Влияние растительности на деградацию нефтепродуктов в почве может быть обусловлено следующими причинами: изменением степени аэрации системы, корневыми выделениями, изменением рН и Eh среды в сфере реакции, накоплением в почве органических остатков специфического характера, изменяющих как биохимическую деградацию нефтепродуктов, так и являющихся энергетическим субстратом для развития специфических микроорганизмов, образованием в ризосфере растений специфических комбинаций микроорганизмов, поглощением растениями отдельных низкомолекулярных нефтепродуктов.

Реально существует многопричинность деградации почв под влиянием загрязнения нефтепрродуктами. Эти причины вызывают ряд деградационных изменений, характеристических для почв с определенными свойствами, процессами и режимами. В связи с указанным, необходима разработка альтернативных способов оптимизации параметров почв и альтернативных путей расчета регуляторов их экологических функций. Оптимизация свойств почв при их загрязнении нефтепродуктами может быть достигнута: 1) уменьшением антропогенного воздействия на почву (увеличением надежности систем, их рациональным размещением, оптимизацией технологий, в том числе применением экологически безопасных масел, присадок, буровых технологических жидкостей и т.д.; 2) конструированием системы геохимических барьеров с заданной емкостью для улавливания отдельных компонентов, связанных с нефтедобычей, переработкой и транспортировкой нефтепродуктов; 3) оптимизацией свойств, процессов и режимов почв. Изменение в заданном направлении почв достигается оптимизацией их водно-физических, физико-химических свойств, питательного режима, биологической поглотительной способности (связанной с жизнедеятельностью микроорганизмов) и их протекторной функции.

Так как инактивация нефтепродуктов в почвах зависит от ряда факторов, то перспективно воздействие на каждый из них. При этом как между факторами деградации почв, так и между факторами инактивации последствий загрязнения наблюдаются эффекты аддитивности, синергизма и антагонизма. На практике необходимо добиваться усиления положительного эффекта при совместном действии нескольких факторов оптимизации свойств почв.