Способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в нефтяной промышленности и сельском хозяйстве. Сущность изобретения заключается в том, что в способе, включающем обработку земли, рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет. В первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 22 - 25 см с последующим чизеливанием. На второй год осуществляют фитомелиоративные мероприятия в виде посадок кустарников и полукустарников. А на третий год также высаживают кустарники, полукустарники и высевают травы. В первый год перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов. После нанесения сорбентов и рыхления осуществляют промывку дождеванием и вспашку на глубину 25 - 27 см. Это позволит обеспечить полный цикл очистки песчаных земель, закрепление подвижных песков и восстановление на них лесомелиоративных пастбищ оптимально подобранным сочетанием агротехнических и фитомелиоративных мероприятий. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами в зонах пустынь и полупустынь в результате аварийного выброса из скважин или в результате утечек из нефтепровода или отстойника. Может быть использовано в нефтяной промышленности и сельском хозяйстве.

Известен способ биологической рекультивации земель РД 39-30-925-83. Министерство нефтяной промышленности. ВНИИСПТнефть. Методические указания по биологической рекультивации земель, нарушенных при сборе, подготовке и транспортировке нефти, 1984. Утвержден приказом Министерства нефтяной промышленности от 17.11.83 N 616 на срок действия с 01.01.84 до 01.01.89. Способ включает химическую мелиорацию почв, агротехнические указания по сохранению влаги в почве, внесение органических и минеральных удобрений, посев многолетних трав с нормами высева семян.

Однако данный способ не дает положительных результатов на песчаных землях. Кроме того, способ не имеет четкой, последовательной технологии выполнения работ во времени в зависимости от времен года, от степени загрязненности. В результате известный способ не разрешает проблем восстановления лесомелиоративных пастбищ, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами песчаных земель пустынь и полупустынь.

Известен способ закрепления подвижных песков (авт. св. N 279224), включающий нанесение на поверхность участка в качестве связывающего вещества определенных доз нерозина с последующим высевом семян псаммофитов. Однако высокая стоимость нерозина, применение авиации для его нанесения, а также способность к затвердеванию при пониженных температурах создают неудобства при его использовании.

Известен способ закрепления песков (авт. св. N 417102), включающий нанесение на поверхность участка в качестве связывающего вещества определенных доз более дешевой арланской нефти с последующим посевом семян растений.

Однако применение авиации для нанесения нефти делает способ с высокой себестоимостью.

Кроме того, этот способ не дает положительных результатов на нефтепромыслах, где существует проблема очистки песчаных земель что чрезмерного загрязнения других нефтей, которое негативно влияет на произрастание растений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является более эффективная и ускоренная биологическая деградация углеводородов и рассоление загрязненных земель с вытеснением из корнеобитаемого слоя почвогрунтов избытка солей; закрепление подвижных песков на нефтепромыслах.

Техническая задача решается за счет того, что в способе биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами, включающем обработку земли, рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет, и в первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 22 - 25 см с последующем чизеливанием, на второй год осуществляют фитомелиоративное мероприятие в виде посадок кустарников и полукустарников, а на третий год также высаживают кустарники, полукустарники и высеивают травы, в первый год перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов, после нанесения сорбентов и рыхления осуществляют промывку дождеванием и вспашку на глубину 25 - 27 см.

После первого года биологической рекультивации в результате агротехнических мероприятий происходит интенсификация процессов физико-химической деградации углеводородов в почвогрунтах и удаление из нефти наиболее низкомолекулярных составляющих - легкоиспаряющихся и газообразных соединений. Остаточные нефтяные структуры подвергаются биохимическому окислению. Кроме того, происходит интенсивное рассоление земель и освобождение от водорастворимых солей по всему почвенному профилю с формированием слабозасоленных (остаточно-засоленных) разностей земель. Концентрация солей подает в 7 - 8 раз в верхнем горизонте (0 - 50 см) и в 3 - 5 раз в нижерасположенных (50 - 100, 100 - 150 см), содержание натрия в поглощающем комплексе снижается до 15 - 18%.

На втором году биологической рекультивации высокие температуры зон и агротехнические мероприятия по посадке кустарников и полукустарников приводят к биохимическим превращениям метанонафтеновых и ароматических углеводородов и накоплению нафтеноароматической фракции в остаточной нефти, которая служит источником питания для микроорганизмов. Корневые системы кустарников способствуют улучшению агрофизических свойств песчаных земель и интенсификации процесса биодеградации углеводородов. Всплеск микробиологической активности почвогрунтов к концу второго года заметно падает, численность групп микроорганизмов приближается к фоновым показателям, за исключением актиномицетов.

Остаточные концентрации солей не препятствуют началу закрепления подвижных песков солеустойчивыми растениями. В результате агротехнических и фитомелиоративных мероприятий создается геохимическая обстановка, при которой происходит вытеснение остаточных солей из корнеобитаемого слоя, содержание натрия снижается до 5 - 7%.

После третьего года биологической рекультивации происходит разрушение стойких к микробиологическим процессам полициклических ароматических углеводородов. Содержание 3,4-бензпирена в биомассе трав не превышает ПДК. Осуществляется практически полное вытеснение натрия из корнеобитаемого слоя. Нормализуются микробиологические процессы и восстанавливается естественная реакция почвенных растворов по всему корнеобитаемому профилю песчаных земель. С геоботанической точки зрения формирование травостоя и рост ценных кормовых растений происходят нормально. Подвижные пески очагов дефляций в достаточной степени закреплены солеустойчивыми растениями - фитомелиорантами.

Данный способ иллюстрируется технологической схемой, поясняющей сущность изобретения, выполненной в виде таблицы. На загрязненных нефтепромыслах формирующиеся подвижные пески представлены в основном очагами дефляции (на скважинах участки в пределах 1 га, по нефтепроводам в пределах 2 - 3 га), в которых происходит преимущественно вынос ветром продуктов разрушения почвогрунта. Очаги дефляции могут располагаться в очагах опустынивания (участки площадью до 100 га, в пределах которых наблюдается как вынос, так и отложение перевеваемого почвенного материала) различных эколого-морфологических областей на песчаных землях пастбищ, относящихся к различным лесомелиоративным категориям и типам.

Классификация Всероссийского НИИагролесомелиорации включает 3 области, 4 категории, 4 типа.

По эколого-морфологическим признакам песчаных земель выделяют следующие области: 1 - деструктивная, которая располагается в наветренной восточной части очага опустынивания и занимает до 30% общей площади; 2 - деструктивно-аккумулятивная, располагается в средней части очага и занимает до 55% его площади; 3 - аккумулятивная, формируется в западной части очага при засыпании песком естественного травостоя на зональной полнопрофильной почве.

В зависимости от состояния почвенного и растительного покрова выделяют четыре лесомелиоративных категорий пастбищ: I - опустыненные территории с мелко- и среднебарханными песками и сильноразвеваемыми почвами ; II - пастбища на среднеразвеваемых почвах; III - пастбища на почвах, податливых дефляции; IV - пастбища на почвах, устойчивых против дефляции.

В пределах лесомелиоративных категорий выделяют лесомелиоративные типы пастбищ, отличающиеся между собой по обеспеченности создаваемых лесонасаждений и многолетних растений фреатофитов физиологически доступной влагой, что определяется наличием дополнительных источников увлажнения: доступных, ограничено доступных грунтовых вод, перераспределенных атмосферных осадков.

К лесомелиоративному типу "а" относят территории с пресными (минерализация менее 1 га/л) грунтовыми водами, залегающими на глубине не более 3 - 4 м (песчано-галечниковые отложения, однофазные крупнозернистые пески), 6 - 8 м (однофазные и слоистые мелкозернистые пылевые пески), 8 - 12 м (средне- и мелкозернистые с прослойками супеси и суглинка), 12 - 14 м (супеси и суглинки), если в зоне аэрации нет экранных (препятствующих нисходящему росту корней) горизонтов (солонцового, солевого и др.) К лесомелиоративному типу "б" относят территории с ограниченно доступными грунтовыми водами с минерализацией, превышающей 1 г/л. Долговечность и таксационные показатели насаждений здесь снижаются по мере увеличения минерализации грунтовых вод, поскольку их рост сопровождается засолением ризосферы.

К лесомелиоративному типу "в" относят пологие склоны, потяжины, ложбины и другие площади, где возможно дополнительное увлажнение за счет поверхностного стока в районах с числом дней со снежным покровом не менее 80. Продуктивность и долговечность фитоценозов в этих условиях зависят от количества перераспределенных осадков.

К лесомелиоративному типу "г" относят все остальные разновидности пастбищ территорий, не имеющих дополнительных источников увлажнения. На этих площадях при среднегодовой сумме осадков менее 300 - 500 мм древесные насаждения лиственных пород быстро изреживаются и часто гибнут в возрасте 7 - 12 лет. То же происходит и с посадками кустарников при среднегодовой сумме осадков менее 200 - 250 мм.

Способ осуществляется следующим образом.

После аварийного выброса из скважин или в результате утечки из отстойника нефти устанавливаются границы загрязнения песчаных земель нефтью совместно с пластовыми водами, и в зависимости от этого принимают определенную технологическую последовательность операций, вид и последовательность агро- и фитоприемов в определенные этапы биологической рекультивации песчаных земель.

1. При загрязнении нефтью совместно с пластовыми водами песчаных земель в слабой степени - 3 л/м², в первый год проводят рыхление на глубину 22 - 25 см, рыхление на глубину не менее 22 см и больше 25 см не будет оптимально формировать нисходящий водносолевой поток, выносящий легкорастворимые соли из корнеобитаемого слоя и обеспечивать процесс выветривания нефти, испарение, частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности земли, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов, чизеливание осуществляют после рыхления, чизеливание на глубину меньше 22 см и больше 25 см не будет оптимально обеспечивать улучшение водно-воздушного режима, восстановление микробиологических сообществ и частично почвенных животных, после чизеливания проводят рыхление на глубину 22 - 25 см.

На втором году биологической рекультивации песчаных земель в деструктивных областях посадку осуществляют стандартными сеянцами кустарников и полукустарников ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся сеянцы. Пескоукрепительные насаждения, составляющие противоэрозионную основу территории, закладывают, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионных ветров, ширина междурядий 6 - 8, м, расстояние между сеянцами 1,5 м.

В деструктивно-аккумулятивных областях с учетом лесомелиоративных категорий и типов пастбищ насаждения кустарников закладывают путем посадки сеянцев и черенковых саженцев ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся растения. Насаждения закладывают рядами, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионно-опасных ветров. Ширина междурядий 4 - 6 м, расстояние между растениями в ряду 1 - 1,5 м.

В аккумулятивных областях с учетом лесомелиоративных категорий и типов пастбищ посадку осуществляют черенковыми саженцами с учетом глубокой посадки ранней весной в марте - апреле, осенью в ноябре и ранней весной следующего года досаживают неприжившиеся растения. Насаждения закладывают рядами, ориентированными перпендикулярно направлению эрозионно-опасных ветров. Ширина междурядий 4 - 6 м, расстояние между растениями в ряду 1 - 1,5 м. Стабилизация песка достигается обычно при наличии к концу первой вегетации кустарника не менее 1 тыс./га живых кустов.

В третий календарный год биологической рекультивации песчаных земель ранней весной в марте-апреле во всех эколого-морфологических областях производят досадку неприжившихся кустарников и полукустарников с учетом различных лесомелиоративных категорий и типов пастбищ. Параллельно с досадкой кустарников и полукустарников в их междурядья для формирования продуктивных лесопастбищ производят посев ценных кормовых трав, например житняк сибирский, прутняк, пырей сизый, донник и другие. В междурядьях кустарников почву готовят вспашкой лент шириной 3 м на глубину 27 - 30 см и дискованием. Чистые культуры кормовых трав следует чередовать между собой. Семена высеивают зернотравяными сеялками. Глубина заделки семян 1 - 2 см, норма высева злаков 15 - 20 кг/га, прутняка 8 - 10 кг/га, кияка 5 - 6 кг/га, остальных культивируемых видов 8 - 12 кг/га. Во второй год осуществляют посадку кустарников и полукустарников для очистки земель и подвижных песков типа джузгун безлистный, терескен серый, изень песчаный, тамарикс ветвистый, лох узколистный, полынь черная, лебеда серая и другие. На втором году биологической рекультивации остаточные концентрации солей не препятствуют началу закрепления подвижных песков солеустойчивыми представителями растительного покрова. В результате агротехнических и фитомелиоративных мероприятий создается геохимическая обстановка, при которой воздействие рекультивационных мероприятий приводит к вытеснению натрия из поглощающего комплекса, его содержание снижается до 5 - 7%. Выращивание солеустойчивых кустарников с развитой корневой системой способствует оструктуриванию почвогрунтов, что создает определенные условия для микробиологической деятельности и биологической активности. В третий год осуществляют посадку кустарников и полукустарников для очистки земель и закрепления подвижных песков типа джузгун безлистный, терескен серый, тамарикс ветвистый и посев таких трав как житняк сибирский, кияк, прутняк, пырей сизый, волоснец ситниковый, донник и другие для восстановления пастбищ.

2. При загрязнении земель в средней степени - 15 л/м² в первый год обрабатывают земли сорбентами с последующим рыхлением на глубину 22 - 25 см, затем проводят чизеливание на глубину 22 - 25 см с последующим внесением химмелиорантов, во второй год осуществляют посадку кустарников и полукустарников типа джузгун безлистный, терескен серый, изень песчаный, тамариск ветвистый, лох узколистный, в третий год осуществляют посадку кустарников и полукустарников тех же, что и во второй год с посевом таких трав, как житняк сибирский, прутняк, пырей сизый, донник.

3. При загрязнении земель в сильной степени - 20 л/м² в первый год обрабатывают земли сорбентами с последующим рыхлением на глубину 22 - 25 см и с последующим ежемесячным до октября чизеливанием на глубину 22 - 25 см, затем осуществляют промывку дождеванием с последующим внесением химмелиорантов и вспашкой на глубину 25 - 27 см, во второй год осуществляют посадку кустарников и полукустарников типа джузгун безлистный, терескен серый, изень песчаный, тамарикс ветвистый, лох узколистный, в третий год осуществляют посадку тех же, что и во второй год, кустарников и полукустарников с посевом таких трав, как житняк сибирский, прутняк, пырей сизый, донник.

Данный способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами в различной степени, ускоряет биологическую деградацию углеводородов и расслоение загрязненных земель с вытеснением из корнеобитаемого слоя почвогрунтов избытка солей, закрепление подвижных песков на нефтепромыслах. Результаты испытаний способа в различных географических точках пустынь и полупустынь показали, что за трехлетний период происходит очищение загрязненных территорий и формируется устойчивый растительный покров.

С геоботанической точки зрения формирование травостоя и рост ценных кормовых растений происходят нормально, содержание в их биомассе 3,4-бензпирена не превышает ПДК. Подвижные пески очагов дефляции в достаточной степени закреплены растениями - фитомелиорантами.

На закрепленных кустарниками, полукустарниками и ценными кормовыми травами подвижных песках нефтепромыслов поселение естественной травянистой растительности начинается через 2 - 3 года после стабилизации основной массы песчаного субстрата. В золовой песчано-пылевой полосе под кустарниками и полукустарниками содержатся семена трав, создаются благоприятные условия для появления всходов и жизни растений. В покрове в первые годы преобладают овес песчаный, качим, скерда, желтушник, дурнишники колючий и обыкновенный, вейник наземный, а в последующие годы - эфемеры и эфемероиды.

Таким образом, период биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью, составляет три года, однако эксплуатация лесопастбищ после этого периода не допускается, так как полный период формирования лесопастбищ на подвижных песках от посадки кустарников и полукустарников да начала регулируемого выпаса скота в деструктивных областях очага опустынивания занимает 4 - 5 лет, в деструктивно-аккумулятивных - 5 - 7 лет, в аккумулятивных - 8 - 10 лет.

На основании вышеизложенного использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными полный цикл очистки загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами песчаных земель, закрепление подвижных песков и восстановление на них лесомелиоративных пастбищ оптимально подобранным сочетанием агротехнических и фитомелиоративных мероприятий.

Формула изобретения

1. Способ биологической рекультивации песчаных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами, включающий обработку земли, отличающийся тем, что рекультивацию осуществляют поэтапно в течение 3 лет и в первый год обработку земли проводят путем рыхления на глубину 22 - 25 см с последующим чизеливанием, на второй год осуществляют фитомелиоративные мероприятия в виде посадок кустарников и полукустарников, а на третий год также высаживают кустарники, полукустарники и высеивают травы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первый год перед рыхлением осуществляют нанесение на поверхность земли сорбентов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после нанесения сорбентов и рыхления осуществляют промывку дождеванием и вспашку на глубину 25 - 27 см.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12