Спосіб рекультивації грунтів, забруднених нафтою та відходами бурового виробництва

Способ рекультивация почв, загрязненных нефтью и отходами бурового производства, включающий обработку загрязненного слоя почвы с 29767 рофобной жидкостью песка (гидрофобизирующий водоупорный экран), водоупорного слоя из смеси глины с натрийсодержащей солью и слоя плодородного грунта. Выравнивающий слой создают в накопителе, причем в качестве его компонентов используют отход производства аморфного алюмосиликатного катализатора - крекинга в виде крошки (мас.% - 27-34) и отходы бурения – остальное. Однако данный способ требует устройства дорогостоящего водоупорного слоя, который способствуе т созданию анаэробных условий в подпочвенных слоях, что является препятствием для развития микробиологических процессов в почве и адсорбции углеводородов и их постепенного разложения. Кроме того, данный метод является дорогостоящим и его применение экономически целесообразно только в местах добычи полезных ископаемых (содовое производство и др.). В основу изобретения способа рекультивации почв, загрязненных нефтью и отходами бурового производства, поставлена задача усовершенствования способа за счет активизации процессов биологического разложения и связывания техногенных токсичных элементов, адсорбции, разложения углеводородсодержащих веществ, предотвращения вымывания макро- и микроэлементов получить технический результат в виде интенсивного разложения и выветривания легких фракций нефти, разрыва капиллярной каймы между слоями рекультивируемой почвы и исключения в ней анаэробных условий и, как результат, сохранение коллоидного комплекса, сокращение до года сроков рекультивации и повышение ее эффективности. Такие свойства не известны из опубликованных источников, что говорит о новизне и существенности отличительных признаков, создающих эти свойства. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе рекультивации почвы, включающем обработку загрязненного слоя почвы с устройством экрана, согласно изобретению, обработку загрязненной почвы ведут путем внесения в нее соломы из расчета 5 т/га совместно с азотными удобрениями в количестве 150 кг/га, и через каждые двадцать дней трижды проводят интенсивное рыхление, а затем создают физико-химический барьер из песчаной прослойки толщиной 10-15 см, способствующей прерыванию капиллярной каймы с загрязненной почвой, на которую последовательно укладывают кальцийсодержащие соли, органические удобрения и не загрязненные почвенные слои при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальцийсодержащая соль (известь и др.) 0,18-0,23 органические удобрения (навоз) 0,182-2,34 почвогрунт остальное. Способ осуществляется следующим образом. Для коренного улучшения техногенно загрязненных почв и возможности выращивания различных сельскохозяйственных культур на загрязненный участок разбрасывается солома (из расчета 5 т/га) совместно с азотными удобрениям (аммиачная селитра из расчета 150 кг/га и др.) с последующим 3-кратным дискованием и боронованием (через каждые 20 дней). Затем укладывается прослойка, состоящая из песка (10-15 см), поверх которой укладывается кальцийсодержащая соль (известь, мел из расчета 10 т/га) и органические удобрения (из расчета 100 т/га). После чего завозится не загрязненный почвогрунт, который равномерно укладывается слоем 40-60 см. В результате устройства разработанного способа рекультивации техногенно загрязненных почв на первом этапе создаются благоприятные условия для постепенного их разложения. Известно, что при внесении соломы в почву совместно с азотными удобрениями усиливается не только целлюлозная, но и общая биологическая и ферментативная активность почвы, так как при активном ее разложении образуются биологически активные вещества, благоприятно действующие на поглотительную способность почв (повышается влагоемкость и др.) и улучшающие их агрофизические свойства (снижение плотности и др.). Кроме того, лигниноподобные вещества, содержащиеся в соломе, адсорбируют углеводородсодержащие вещества, связывают их с постепенным дальнейшим разложением. На втором этапе создаются оптимальные условия для производства различных сельскохозяйственных культур за счет разрыва капиллярной каймы с загрязненной почвой (за счет создания физико-химического барьера с помощью песчаной прослойки) и внесения кальцийсодержащих солей и органических удобрений, которые в определенном степени улучшают питательный режим уложенных почв. Кроме того, в том случае, если при создании разработанной технологии будет нарушен регламент по устройству песчаной прослойки (уменьшение рекомендуемого слоя и др.), то незначительное проникновение различных токсических элементов (тяжелые металлы и др.) в результате возможных диффузионных процессов будет связываться органоминеральной частью с переводом их в трудно растворимые формы. Технологическая последовательность производства работ заключается в следующем. Пример 1. На загрязненный участок вносится солома из расчета 0,5 т/га при помощи самоходных или прицепных косилок-измельчителей (КИР1,5; КИК-1,4; КСК-100 и др.). Затем на подготовленный таким образом участок вносят азотные минеральные удобрения (аммиачная селитра и др.) из расчета 150 кг/га (т. е. 50 кг/га действующи х ве ществ) при помощи разбрасывателей (РУМ-5, РУМ-8 и др.). После этого приступают к обработке почвы. Запахивание соломы производится на глубину 10 см тяжелыми дисковыми боронами (например, БДТ-3 в агрегате с трактором МТЗ-50 и др.). Затем трижды (через каждые 20 дней) производится рыхление данного участка тяжелыми дисковыми боронами с вырезами (например, БДТ-7 и др.), обеспечивающими хорошее перемешивание и разложение соломы в аэробных условиях. Внесение соломы совместно с азотными удобрениями способствуют усилению биологической активности почвы, улучшению ее структуры и адсорбции лигниноподобными веществами, содержащимися в соломе, углеводородсодержащи х ве ществ. 2 29767 На подготовленный таким образом участок наносятся крупнозернистый песчаный слой толщиной 10-15 см. Подвозка песка производится автосамосвалами (КрАЗ-256В), который разбрасывается в шахматном порядке. Разбрасывание песка производится бульдозером (Д-522) или грейдерными машинами (Д-705). Песчаная прослойка дается для того, чтобы прервать капиллярную кайму с загрязненной почвой и предупредить поступление различных солей и тяжелых металлов из нижележащих загрязненных слоев в верхние почвенные горизонты, а следовательно, и в растения. Затем на песчаный слой наносятся кальцийсодержащие соединения (известь и др.) из расчета 10 т/га при помощи разбрасывателя (например, І-ПТУ-4, РОУ-5 и др.). После этого вносится навоз из расчета 100 т/га при помощи роторных разбрасывателей ("Буран" и др.). Внесение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений необходимо не только для улучшения питательного режима почв, но и для связывания различных токсических элементов и тяжелых металлов, поступающих в верхние почвенные слои, в случае их диффузного проникновения из загрязненного участка, в тр удно растворимые формы. Затем на подготовленный участок наносится почвенный слой толщиной 40-60 см (объемная масса 1,1-1,3 г/см 3), после чего производится посев многолетних трав и других сельскохозяйственных культур. Таким образом, разработанный способ позволяет в значительной степени сократить сроки рекультивации и повысить ее эффективность за счет создания оптимальных условий для произрастания различных сельскохозяйственных культур в первый же год их освоения. Пример 2. Для определения степени произрастания растений в микровегетационном опыте, а также на специально созданных самодельных установках (h=1,5 м, d=0,45 м) проводились исследования, которые показали высокую эффективность разработанного способа восстановления нефтезагрязненных почв. Урожайность различных сельскохозяйственных культур в зависимости от применяемых приемов приведена в табл. 1. В вегетационном опыте, а также на модельных установках высевали овес сорта "Юбилейный". Урожай зерна овса учитывали после обмолота растений. Установлено, что на почве, загрязненной нефтепродуктами, растения даже не взошли и полностью выпали, в то время как по предложенному способу урожайность овса была наибольшей - 25,1 ц/га (1993). Следует отметить, что и в последующие годы (1994-1995) урожайность зеленой массы вико-овсяной смеси и ячменя заметно выше по предлагаемому способу, чем по базовому объекту и прототипу (табл. 1). Данные по содержанию легкорастворимых солей в рекультивируемых почвах испытываемых объектов приведены в табл. 2. Они показывают, что в загрязненной почве, а также в базовом объекте и прототипе наблюдается повышенное содержание солей. Наибольшее количество их наблюдается в загрязненной почве. Некоторое повышение солей в варианте по прототипу наблюдается за счет внесения в саму прослойку натрий содержащих солевых растворов, которые циркулируют по почвенному профилю в зависимости от влажности почвы. По объекту, созданному предлагаемым способом, содержание солей минимальное, что создает оптимальные условия для выращивания различных сельскохозяйственных культур. В табл. 3 приведены данные по содержанию битуминозных веществ и ионов тяжелых металлов в испытываемых вариантах. Установлено, что в загрязненной почве содержание битуминозных веществ, а также ионов различных тяжелых металлов заметно превышает установленные предельно допустимые концентрации в несколько раз (например, цинк, свинец, хром). Наилучшие результаты получены по предлагаемому способу рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами и буровыми растворами, которые свидетельствуют об отсутствии каких-либо загрязнителей в данной почве. В табл. 4 приведены данные по изучению физических и физико-химических свойств почвогрунтов изучаемых вариантов. Установлено, что в загрязненных почвогрунтах, а также в базовом варианте и прототипе, объемная масса увеличивается, в то время как удельная поверхность и активность кальция заметно уменьшаются. Увеличение объемной массы связано с тем, что в загрязненных почвогрунтах содержится большое количество битуминозных веществ и различных токсических соединений (тяжелые металлы и др.), которые приводят к коагуляции тонкодисперсных и коллоидных частиц во всей почвенной массе, их гидрофобизации и уплотнению. Известно, что наличие большой удельной поверхности является характерным признаком для почв с хорошей стр уктурой и агрономически ценными свойствами (водно-воздушный режим, питательный и др.). Большая удельная поверхность тонкодисперсных и коллоидных частиц почвы, огромный периметр входящи х в их состав частиц обусловливает ряд явлений, отсутствующих у более грубых фракций, так как активны лишь поверхностные молекулы, атомы и ионы. Для почвенных коллоидов и тонкодисперсных частиц характерно то, что к реакции с внешней средой (поглотительная способность, адсорбционные свойства и др.) способны лишь молекулы и ионы, лежащие на поверхности мицеллы, в то время как все остальные участки в них не принимают участия, будучи изолированы от внешнего мира поверхностной оболочкой. Таким образом, при выращивании различных сельскохозяйственных культур наилучшие условия для их произрастания (водно-воздушный режим и др.) наблюдаются в предлагаемом авторами варианте. Таким образом, нами разработана оригинальная технология восстановления плодородия нефтезагрязненных почв, которая осуществляется практически в два этапа. На первом этапе при внесений в почву соломы совместно с азотными удобрениями и многократном ее рыхлении происходит интенсивное разложение и выветривание легких, наиболее токсичных фракций нефти. На втором этапе создаются оптимальные условия для выращивания различных сельскохозяйствен 3 29767 ных культур за счет разрыва капиллярной каймы с остаточно загрязненной почвой (с помощью устройства песчаной прослойки) и внесении кальцийсодержащих солей и органических удобрений, которые в определенной степени улучшают питательный режим почв и, в то же время, служат барьером для воздушного диффузионного проникновения тяжелых металлов (в случае нарушения технологического процесса) в вышележащие почвенные слои (за счет связывания их органоминеральной частью с переводом в трудно растворимые соединения). Кроме того, разработанный метод не способствует созданию анаэробных условий в нижележащих почвенных слоях (исключаются застойные явления), а наоборот, верхние почвенные слои хорошо впитывают атмосферную влагу по всему почвенному профилю, а также все питательные элементы (минеральные и органические удобрения), которые будут вноситься в верхний пахотный слой почвы. Разработанная технология способствует выращиванию и получению экологически чистых урожаев различных сельскохозяйственных культур. Эффективность предлагаемого способа по сравнению с известными методами заключается в следующем: - способ является эффективным при любом загрязнении почв нефтепродуктами и буровыми растворами; - способ не трудоемок и для его возведения не требуется разработки каких-либо новых машин и механизмов и применение дорогостоящих мелиорантов; - сохранение коллоидно-химического адсорбционного слоя. Потребительские свойства: - сокращение сроков рекультивации; - применение предлагаемого способа позволяет в первый же год его эксплуатации выращивать любые сельскохозяйственные культуры (зерновые, технические, овощные и др.) и получать урожай не ниже, чем на зональных почвах; - способ обеспечивает, по сравнению с известными методами, не только утилизацию нефтепродуктов и буровых растворов, но и полностью предупреждает загрязнение поверхностного и грунтового стока, а также ликвидацию токсичности нефти и буровых растворов на сельскохозяйственные культуры. Источники информации: 1. А. с.1445574. МКИ 3 А01В79/02. Способ рекультивации земель в зоне буровых скважин / Демидиенко А.Я. и др. - Опубликовано 17.02.1987. Бюл. № 47. 2. Информационный материал системы ДОР. Германия № 308/92.10.01. - С. 8. 3. А. с. 1575975, МКИ 3 А01В79/02, С09К17/00. Способ рекультивации накопителей отходов бурения / Безродный Ю.Г., Щербак В.К. - Оп убликовано 26.07.1990. Бюл.№ 25. Таблица 1 Вариант Естественная почва (загрязненная нефтепродуктами) Базовый Прототип Предлагаемый 1933 овес Растения не взошли 11,5 20,0 25,1 Урожайность, ц/га 1994 1995 горох, овес з/м ячмень Растения не Растения не взошли взошли 65,5 12,3 115,4 22,2 138,0 26,5 1996 кукуруза на з/к Растения не взошли 175,0 360,0 420,0 Таблица 2 Варианты Естественная почва (загрязненная нефтепродуктами и буровыми растворами) Базовый Прототип Предлагаемый анионы Глубина, см рН 0-30 0-30 0-30 0-30 катионы мг–экв на 100 г почвы SO 2 Mg2 + ClCa2 + 4 CO2 3 HCO 7,90 0,16 0,30 24,42 9,33 2,05 7,60 7,20 7,10 0,10 0,25 0,26 0,22 9,86 2,65 0,12 1,63 0,10 0,04 0,58 0,27 0,13 4 K+ Na+ 1,38 0,04 31,0 0,36 0,21 0,18 0,03 0,03 0,01 11,1 2,52 0,07 29767 Таблица 3 Вариант Естественная почва (загрязненная нефтепродуктами и буровыми растворами) Базовый Прототип Предлагаемый Глубина, см Содержание битуминоидов, % 0-30 5,2 440,0 0,75 3,90 1,96 0-30 0-30 0-30 3,1 117,0 22,5 0,9 0,50 0,10 0 2,35 1,09 0 0,45 0,40 0 цинк кадмий никель кобальт железо марганец свинец медь хром 40,0 169,0 186,0 5,75 8,5 3,5 2,3 1,5 38,5 35,5 30,0 12,7 9,0 0 2,60 2,10 1,35 6,8 2,5 1,0 мг/кг почвы Таблица 4 Активность кальцит –аСа++ моль/л мг-экв/л Глубина, см Вариант Естественная почва (загрязненная нефтепродуктами и буровыми растворами) Базовый Прототип Предлагаемый Объемная масса, г/см 0-30 1,51 0,000135 0,27 52,7 0-30 0-30 0-30 1,40 1,32 1,16 0,000400 0,001175 0,002455 0,80 2,35 4,91 60,9 79,4 94,5 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5 Удельная поверхность, м 2/г