СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ Российский патент 1995 года по МПК C09K17/00 A01B79/02 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности, в рекультивации, загрязненных нефтью и нефтесодержащими продуктами, болотных почв.

В настоящее время известные решения касаются восстановления засоленных и загрязненных различными токсикантами почв.

Известные способы в области восстановления нефтезагрязненных земель, в большей степени относятся к лесным, луговым, степным и рекреационным зонам.

Восстановление болотных экосистем, загрязненных нефтью является отдельной малоизученной, но актуальной задачей для нефтяных районов Западной Сибири, где болота занимают в среднем 53% территории.

Процесс восстановления таких экосистем осложнен различными природными факторами, такими как: высокая обводненность, изреженный микрорельеф, слабое расслоение на генетические горизонты, повышенная кислотность почв, их низкая биологическая активность, неблагоприятные воздушный и температурный режимы.

Известен способ рекультивации почв, загрязненных нефтью, включающий нанесение на загрязненную поверхность слоя сухого мохового очеса, перемешанного с раскислителем и фосфорно-калийными удобрениями, посев семян с последующим вторичным нанесением слоя мохового очеса с удобрениями, при этом азотные удобрения вносят с семенами [1]
Недостатком изобретения является то, что данный способ применим для равнинных, луговых и лесных земель, но не пригоден для восстановления болотных почв, так как не учитывает высокую обводненность болот и близкое залегание грунтовых вод, что приведет в период паводка к вымоканию семян трав и не обеспечит их всхожести.

Также недостатком является то, что процесс сбора и заготовки мха очень трудоемок и сложен.

Известен способ нейтрализации нефтяного загрязнения почв, в котором осуществляют вспашку, вносят органические и минеральные вещества, имеющие удобрительные свойства, структурообразователь и мелиорант (торф, известь), а также осуществляют посев однолетних растений [2]
По данному способу на загрязненный участок наносится сорбирующий компонент фильтроперлит и одновременно с вспашкой вносится торф, известь, нитрометилфосфоновая кислота, отработанный глинистый буровой раствор. После этого производится посев однолетних растений (ярового ячменя).

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает особенностей торфяно-болотных почв и предназначен для рекультивации пахотных угодий.

Кроме того приведенные результаты эксперимента прототипа в таблице характерны для почв со слабой концентрацией нефтяного загрязнения и не смогут устранить токсичного действия углеводородов в почвах с сильной степенью загрязнения.

Далее недостатком прототипа является то, что в составе для нейтрализации нефтяного загрязнения почв одним из компонентов является отработанный буровой раствор, который является общеизвестным загрязнителем почв, а пределы, указанные в техническом решении, не изменяют это свойство.

Задачей изобретения является ускорение (оптимизация) восстановления загрязненных нефтью болотных почв, усиление процессов биодеградации (распада) загрязняющих веществ.

Задача решается тем, что в известном способе, включающем вспашку почвы, внесение органических и минеральных удобрений, структурообразователя и мелиоранта, посева травянистых растений, вспашку осуществляют с формированием микроповышений, готовят смесь из минерального и органического удобрений, мелиоранта, семян однолетних и многолетних трав и структурообразователя при следующем соотношении компонентов, мас. Минеральное удоб- рение 0,36-0,53 Органическое удоб- рение 10,00-15,00 Мелиорант 14,00-20,00 Семена однолетних трав 0,20-0,30 Семена многолетних трав 0,10-0,20 Структурообразова- тель Остальное и осуществляют очаговое нанесение смеси на микроповышения почвы.

Кроме того, в качестве мелиоранта используют трепел.

Сущность изобретения заключается в том, что для болотных почв проводится вспашка с формированием микроповышений, приготавливается агрономическая смесь и осуществляется ее очаговое нанесение на сформированные микроповышения, тем самым оптимизируются основные агротехнические и биологические процессы для ускоренного восстановления болотных экосистем.

В результате вспашки образуется микрорельеф, представляющий собой сочетание микроповышений с микропониже- ниями, который универсален в поддержании процессов биодеградации нефти. За счет выпуклой поверхности ускоряется испарение легких фракций. Улучшение аэрации и прогреваемости торфа создает в микроповышениях оптимальные условия для аэробных нефтеокисляющих бактерий и высших растений.

В образовавшихся понижениях скапливается вода с нефтью, тем самым ускоряются процессы естественного разложения нефти, под влиянием природных факторов: аэрации, солнечной радиации, активизации местной микрофлоры.

Внесение удобрений проводится с целью интенсификации жизнедеятельности микробных сообществ в почве и увеличения биомассы растений, что способствует усилению процессов рекультивации.

Для результатов биологической рекультивации неблагоприятно сказывается как недостаток, так и избыток минеральных питательных веществ в почве.

Поэтому очевидна важность установления правильных доз применяемых удобрений. Нормированное внесение удобрений важно и с экологической стороны. Как показывают результаты анализов нефтезагрязненной почвы, их обеспеченность азотом, подвижным фосфором, и обменным калием довольно различна. На старых разливах содержание таких элементов повышенное. Это связано с идущими естественными процессами разложения нефти, приводящими к ее минерализации и соответственно, к повышению содержания азота, фосфора, калия. Однако, образующиеся таким образом эти соединения плохо усвояемы растениями. Поэтому, при посеве трав необходимо внесение в почву подкормки в виде сложного минерального удобрения.

В северных районах Западной Сибири для восстановления нефтезагрязненных земель рекомендуется повышение дозы минеральных удобрений по сравнению с южной зоной. В нашем случае доза минерального удобрения будет снижена в несколько раз в виду высева трав не на всю площадь, а очагами на сформированные микроповышения, которые занимают 1/3 части территории.

Минеральные удобрения вносят в пересчете на действующее вещество, содержащееся в любом сложном минеральном удобрении. В составе смеси оно составляет от 0,36% до 0,53% Снижение и превышение этих пределов не принесет эффекта применяемой смеси.

Применение органических удобрений, в частности торфа, в составе данной смеси целесообразно ввиду его высоких мульчирующих и сорбционных свойств, дающий эффект в пределах 10%-15% от содержания в смеси. В качестве органического удобрения можно использовать и навоз с его удобрительными свойствами.

Сами по себе верховые и низинные болота представляют собой большие запасы мха и торфа, но они находятся в обводненном состоянии. В данном случае, применяют хорошо просушенный торф, что приводит к резкому увеличению его сорбционных свойств. Навоз применяют перегнившим.

В качестве мелиоранта, используют трепел, который является горной осадочной породой.

Разведанные и разработанные месторождения трепела имеются на Урале и на Севере Западной Сибири.

В качестве мелиоранта можно использовать диатомит или опоки, но их мелиоративные свойства ниже чем у трепела. Применяя трепел в качестве мелиоранта, улучшается не только структура нефтезагрязненной почвы, но и происходит снабжение ее недостающими химическими элементами (K, P, Ca), важными для жизнедеятельности растений и микроорганизмов, т.е. частично он имеет свойства удобрения.

Пористая каменная масса аккумулирует в своих порах атмосферную и поливную влагу и отдает ее корням растений по мере надобности, при этом улучшается аэрация почвы, легче проникают микроорганизмы и питательные вещества.

В предлагаемом составе смеси, мелиорант применяют в пределах от 14 до 20% На основании лабораторных и полевых данных внесение мелиоранта менее 14% от состава смеси не принесет положительного эффекта, т.к. его будет недостаточно, а превышение 20% не увеличит его эффективности и следовательно экономически нецелесообразно.

Для изменения структуры торфяно-болотных почв, с целью улучшения ее агрономических свойств, а также использования в виде носителя всех компонентов смеси в данном составе применяется структурообразователь песок или глинистая крошка.

По этим причинам содержание его в смеси составляет от 64% до 75%
Однолетние травы (овес) в данной смеси применяют в пределах 0,2% 0,3% Норму высева семян злаковых трав на нефтезагрязненных почвах, увеличивают в 1,5-2 раза в сравнении с общепринятыми. Поэтому в составе смеси содержание семян однолетних трав меньше 0,2% не обеспечит эффективного роста и в дальнейшем создания сомкнутого травостоя, а доза больше 0,3% будет экономически нецелесообразной.

В трех и четырех видовых смесях многолетних трав норма высева каждого компонента уменьшается на 20-30% в целом так- же, как и у однолетних трав применяется повышенная в 1,5-2 раза норма высева семян, что составляет 0,1% 0,2% от состава смеси.

Снижение нормы высева многолетних трав меньше 0,1% от состава смеси, не обеспечит их полноценных всходов, а увеличение нормы высева больше 0,2% дает положительный результат, но будет экономически нецелесообразно.

Реализация способа. Предварительно на участке, предназначенном для рекультивации, проводят отбор проб грунтов на определение общего содержания нефтепродуктов и элементов питания растений (азот, фосфор, калий) с целью количественного подбора, нормированного внесения компонентов состава смеси для данного участка. Затем, участок болота в весенне-летний период вспахивают плугом, типа ПШ-1, на глубину 15-25 см с формированием микроповышений и микропонижений.

Перед вспашкой приготавливают смесь: на выровненной площадке отгружают песок (глинистую крошку), который используют в качестве структурообразователя, затем добавляют мелиорант, вносят органическое удобрение, сложные минеральные удобрения, смесь семян однолетних (овес) и многолетних трав костер, овсяница, лисохвост, тимофеевка (травы данной климатической зоны устойчивые к нефтяному загрязнению).

Всю эту смесь многократно перемешивают и осуществляют ее очаговое нанесение на микроповышения почвы с интервалом 0,5 метра. В течение первого вегетационного периода развивается корневая система однолетних растений, которая способствует ко второму году вегетации многолетних растений и формирует растительный покров по всей длине образованных микроповышений.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для проверки работы технологии в полевых условиях, был выбран участок нефтезагрязненного верхнего сфагнового болота Самотлорского месторождения, предприятия "Черногорнефть" в районе куста N 1527 ЦДНГ-2, площадью 0,5 га.

Растительный и древесный покров замазученной и прилегающей территории был сложен: сфагнумом, осоками, морошкой, карликовой березой.

Перед рекультивацией был проведен анализ почвы на содержание нефтепродуктов. По результатам анализов был выбран сильнозагрязненный участок (среднее содержание остаточных нефтепродуктов в верхнем десятисантиметровом слое почвы составило 65,8%).

Одновременно для определения потребности растений в питательных веществах (азота, фосфора, калия) был проведен агрохимический анализ. Анализ почвы показал, что для данной степени загрязнения необходимо внести смесь следующего состава, в соотношении, мас. Минеральное удоб- рение 0,4 Органическое удоб- рение 12,0 Мелиорант 15,5 Семена однолетних трав 0,3 Семена многолетних трав 0,1 Структурообразо- ватель Остальное
В пересчете на валовое содержание на территории площадью 1 гектар потребовалось, кг: Минерального удоб- рения 165 Органического удоб- рения 5000 Мелиоранта 6500 Семян однолетних трав 130 Семян многолетних трав 40 Структурообразо- ватель 30000
Нефтезагрязненный участок был вспахан болотным трактором ДТ 75 Б с использованием специального плуга типа ПШ-1, с образованием микроповышений. Затем на грузовой площадке болотохода была приготовлена смесь для внесения в почву.

Автомашиной самосвалом были привезены песок, торф, трепел в вышеуказанных количествах и выгружены на площадку болотохода, затем были внесены расчетные количества минеральных удобрений, семена однолетних и многолетних трав. Вся эта смесь была многократно перемешана и внесена очагами на сформированные микроповышения с болотохода, в интервале 0,5 метра.

В результате выполненной работы, в первый вегетационный период (осень) проективное покрытие микроповышений однолетними травами составило 95% 100% средняя высота однолетних трав составила 55 см, многолетних трав 5 + 15 см, окраска растений темно-зеленого цвета.

На второй год вегетации произошло полное зарастание микроповышений и микропонижений многолетними и однолетними травами.

Если климатические условия в течение первого года были неблагоприятными (холодное лето) и всхожесть трав была снижена, то на второй год осуществляют подкормку в виде сложного минерального удобрения, дополнительно вносится мелиорант и осуществляют подсев как однолетних так и многолетних трав. При таких факторах длительность рекультивации увеличится еще на один вегетационный период.

Результаты по обоснованию эффективности предлагаемого способа представлены в табл.1.

Проверка эффективности состава прототипа для нейтрализации нефтяного загрязнения проводилась для почвы cо слабым нефтяным загрязнением (3184 мг/кг или 0,03% ), так как общепринятым показателем нефтяного загрязнения почв является количественное содержание нефтепродуктов в 100 г сухой измельченной и просеянной почвы.

Предлагаемый способ для рекультивации нефтезагрязненных почв включает также состав для нейтрализации нефтезагрязнения. Работы с данным составом проводились на почвах с сильной степенью нефтяного загрязнения (658000 мг/кг или 65,8%).

По сравнению с прототипом, заявляемый способ является эффективным для почв с сильной степенью загрязнения (свыше 40%), а состав по прототипу эффективен только для почв со слабой степенью загрязнения.

В результате сформирования микроповышений и внесения комплексной смеси резко увеличивается всхожесть как однолетних, так и многолетних семян трав (табл.2).

Из таблицы видно, что всхожесть овса при средней и сильной степени загрязнения является максимальной при внесении в нее комплексной агрономической смеси (высота овса составляет от 50,2 до 55,1 см).

Предлагаемый способ позволяет оптимизировать восстановление основных агрохимических свойств нефтезагрязненных торфяно-болотных почв в процессе ее специфической обработки и внесения специальной смеси, посредством которой создаются благоприятные условия для интенсификации биологических процессов и ускоренного образования растительного покрова.

Образующийся органо-минеральный почвенный комплекс создает более благоприятную среду для развития и роста семян трав, способствует обменному закреплению вносимых минеральных и органических удобрений, мелиоранта, вовлекает нефть и продукты ее распада в почвенный биоценоз в качестве стимуляторов роста и элементов питания.

Сроки окупаемости затрат на восстановление нефтезагрязненных торфяно-болотных почв зависят от степени загрязнения и от климатических условий региона и составляет 2-3 года.

Использование: изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для рекультивации болотных почв, загрязненных нефтью и нефтесодержащими продуктами. Сущность изобретения: в процессе вспашки на почве формируют микроповышения, готовят смесь из минеральных и органических удобрений, структурообразователя, мелиоранта и семян однолетних и многолетних трав, и осуществляют на микроповышения почвы очаговое нанесение смеси. В качестве мелиоранта используют трепел. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ, включающий вспашку почвы, внесение органических и минеральных удобрений, структурообразователя и мелиоранта, а также посев травянистых растений, отличающийся тем, что при рекультивации болотных почв вспашку осуществляют с формированием микроповышений, готовят смесь из минерального и органического удобрений, мелиоранта, семян однолетних и многолетних трав и структурообразователя при следующем соотношении компонентов, мас.

Минеральное удобрение 0,36 0,53
Органическое удобрение 10,00 15,00
Мелиорант 14,00 20,00
Семена однолетних трав 0,20 0,30
Семена многолетних трав 0,10 0,20
Структурообразователь Остальное
и осуществляют очаговое нанесение смеси на микроповышения почвы.