Способ восстановления загрязненных почв, грунтов и вод

Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при восстановлении загрязненных почв, грунтов и вод. Способ включает механическое удаление избытка загрязнителя с поверхности и снижение токсичности загрязненной почвы с последующим посевом сидеральных культур и многолетних трав. Предварительно производят отбор с загрязненной поверхности почвенных образцов с выделением из них аборигенных деструкторов загрязнителя и их наработку. После механического удаления загрязнителя с поверхности почвы осуществляют последовательную обработку участка водорастворимыми гуматами и по крайней мере двукратную обработку наработанными аборигенными деструкторами. Далее проводят рыхление почвы, внесение извести с минеральными удобрениями в виде селитры, двойного суперфосфата и калия хлористого. Посев сидеральных культур осуществляют после внесения удобрений. Затем сидераты измельчают, запахивают в почву и прикатывают. Такая технология позволит осуществить надежное, экологически чистое и экономически эффективное восстановление земель после их загрязнения. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к охране почвенных ресурсов от техногенного загрязнения.

Известны способы очистки агроландшафтов, загрязненных различными химическими веществами (Галиулин Р.В. Инвентаризация и рекультивация почвенного покрова агроландшафтов, загрязненного различными химическими веществами // Агрохимия. - №7-8, 1994. - С.132-143).

Известен способ рекультивации почв, загрязненных свинцом (Ефремова Л.Л., Черных Н.А. Пути устранения негативного действия свинца на растения // Бюллетень ВИУА, №92, М., 1982. - С.16-18.

Известен способ защиты черноземных почв от техногенного загрязнения (Ивонин В.М., Шумакова Г.Е. Защита черноземов от техногенного загрязнения / Улучшение и использование малопродуктивных почв. - 1991. - С.103-109.

Известен способ снижения содержания экотоксикантов в растениеводческой продукции (Молчан И.М. Селекционно-генетические аспекты содержания экотоксикантов в растениеводческой продукции // Сельскохозяйственная биология, №1, - 1996. - С.55-56.)

Известны биологические приемы снижения загрязнения (Осипов А.И., Алексеев Ю.В. Биологические приемы снижения загрязнений растений тяжелыми металлами // Химия в сельском хозяйстве. №1. - 1996 - С.4-5), состоящие в использовании трав мелиорантов, в частности рапса.

Известен способ устранения загрязнения почв // 3емледелие, №2. - 1990. - С.22-23 посредством осаждения тяжелых металлов в виде труднорастворимых осадков.

Общий недостаток перечисленных способов рекультивации техногенно-загрязненых почв состоит в том, что для очистки и восстановления почвенного плодородия используются лишь агротехнические способы, как правило, длительные и дорогостоящие.

Известны другие способы очистки почв, включающие введение в загрязненную среду различных культур микроорганизмов, усваивающих нефть и нефтепродукты (см., например, патенты РФ №2019527, кл. С 02 F 3/34, У 02 В 15/04, 1993; №2041172, кл. С 02 F 3/34, Е 02 В 15/04, С 12 N 1/20, 1993; №2057724, кл. С 02 F 3/34, 1994; №2077397, кл. В 09 Ч 1/10, С 09 К 3/32, С 12 N 1/20, 1993; №2127310, кл. С 12 N 1/20, С 02 F 3/34, В 09 С 1/10, 1996; №2142955, кл. С 12 N 1/26, С 02 А 3/34, В 09 С 1/10, 1999).

Недостатком способов является то, что они предусматривают только нейтрализацию токсичных нефтепродуктов и предотвращают дальнейшее воздействие токсинов нефти на почву, но не обеспечивают устранения уже нанесенного ущерба. В результате полная рекультивация загрязненной почвы остается на долю естественных факторов; процесс становится длительным и ненадежным. В этих способах также отсутствует комплексный подход, сочетающий в себе все факторы восстановления - микробиологические, агрофизические, агрохимические, биологические и т.д.

Известен способ биологической ремедиации нефтезагрязненных почв (Патент РФ №2176164, В 09 С 1/10, 2001 г.), предусматривающий внесение в почву, загрязненную нефтью или нефтепродуктами, композиции микроорганизмов, в том числе разрушающих нефть и нефтепродукты, с последующим высевом растений - сидератов. Микроорганизмы вносятся в виде препаратов, полученных на их основе.

Данный способ восстановления нефтезагрязненных земель, как и вышеперечисленный, не имеет четкой, последовательной технологии, не учитывается степень загрязнения, тем более, что при высоком уровне содержания нефтепродуктов в почвах и грунтах семена сидеральных культур могут не взойти.

Наиболее близким способом, выбранным в качестве прототипа, является способ биологической рекультивации плодородных земель, загрязненных нефтью совместно с пластовыми водами в степных, лесостепных, полупустынных зонах (Патент РФ №2097401, С 09 К 17/00, А 01 В 79/02, 1997 г.). Биологическая рекультивация включает поэтапную, в течение нескольких лет агротехническую и фитомелиоративную очистку почвы путем обработки ее сорбентами, рыхления, снегозадержания, культивации, внесения минеральных и органических удобрений, боронования, посева солеустойчивых - азотсодержащих трав, выполнения влагонакопительных агроприемов в виде глубокой вспашки, задержания талых вод, промывку водой, внесения в почву химических мелиорантов, запахивания зеленой массы на сидерат.

Основной недостаток данного способа рекультивации - восстановление нефтезагрязненных почв растягивается на длительный срок - 3 года, кроме того, регулярное использование механических обработок почвы (щелевание, глубокое рыхление, культивация, боронование и т.д.) приводит к большим экономическим затратам.

Технический результат - разработка наиболее надежного, экологически чистого и экономически эффективного способа загрязненных почв, что достигается посредством отбора с загрязненной поверхности почвенных образцов с выделением из них аборигенных деструкторов загрязнителя и их наработки, а после механического удаления загрязнителя с поверхности почвы осуществляют последовательную обработку участка водорастворимыми гуматами и по крайней мере двукратную обработку наработанными аборигенными деструкторами, после чего проводят рыхление почвы, внесение извести с минеральными удобрениями в виде селитры, двойного суперфосфата и калия хлористого и посев сидеральных культур с измельчением и запахиванием их в почву и прикатыванием.

Новым является то, что с загрязненного объекта отбираются почвенные образцы для выделения активных деструкторов загрязнителя с целью наработки биопрепарата и использования его в технологии восстановления, затем проводятся мероприятия, обеспечивающие благоприятные условия для аборигенных и внесенных деструкторов загрязнителя, включающие обработку загрязненного участка водорастворимыми гуматами, рыхление, внесение удобрений, извести, посев сидеральных культур и многолетних трав.

Основой биологических препаратов, используемых для восстановления загрязненных участков, являются наиболее эффективные, максимально адаптированные к источнику загрязнения, почвенным и погодным условиям бактерии, выделенные предлагаемым способом. Суть способа: с места загрязнения (тяжелые металлы, химические соединения, нефть, нефтепродукты) отбираются почвенные образцы по гостированным методикам и из них выделяются аборигенные деструкторы. Наработку бактериального препарата осуществляют на ферментере МФ-20 с заданными для каждой культуры оптимальными параметрами. Применение этого метода для наработки бактериального препарата, состоящего из наиболее эффективных деструкторов загрязнителя, как экономически, так и экологически оправдано. Использование адаптированных к источнику загрязнения, почвенным и погодным условиям бактерий, разрушающих токсические вещества, обеспечивает запрограммированный эффект. Предлагаемый способ, используемый для выделения эффективных деструкторов нефти, является составной частью “Технологии рекультивации нефтезагрязняющих земель на аварийных участках и полигонах способом активизации аборигенной микрофлоры”, утвержденной Министерством Природных Ресурсов Российской Федерации 21 февраля 2002 года №35-01-2/108. Положительное заключение Государственной экологической экспертизы утверждено приказом министра МПР России от 13.02.2002 г. №70; “Технологии рекультивации нефтезагрязненных земель способом активизации аборигенных микроорганизмов на лицензионных участках ООО “ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь”, утвержденной Министерством Природных Ресурсов Российской Федерации 2 сентября 2002 года №552. Положительное заключение Государственной экологической экспертизы от 19 июля 2002 г.; “Технологии рекультивации загрязненных нефтью земель в зимний период с использованием аборигенных микроорганизмов деструкторов нефти”, утвержденной Министерством Природных Ресурсов Российской Федерации 2 сентября 2002 года №551. Положительное заключение Государственной экологической экспертизы от 19 июля 2002 г., разработанных ЗАО НПС “Элита-комплекса.

Следующий элемент технологии - применение гуминовых соединений. Гуматы эффективно связывают многие токсические соединения, а также содержат минеральные и микроэлементы, являющиеся источником питания для аборигенных деструкторов. Использование гумусовых веществ позволяет связать техногенные соединения загрязнителя, которые оказывают отрицательное действие на растения. Снизив токсичность загрязняющих веществ посредством использования водорастворимых гуматов, создаются более благоприятные условия для жизнедеятельности как аборигенной микрофлоры, вносимой с биопрепаратом, так и для высеваемых растений.

В зависимости от уровня загрязнения обработку восстанавливаемого участка водорастворимыми гуматами и биологическим препаратом на основе аборигенных микроорганизмов можно проводить неоднократно. Проведение повторного использования гуматов и биопрепаратов планируется на основе агрохимического и микробиологического анализа почвы.

При появлении визуальных признаков явной деструкции загрязнителя производят рыхление почвы с одновременным внесением минеральных удобрений и извести. Проведение механических обработок необходимо для обеспечения повышенной аэрации всего загрязненного слоя. Рыхление может выполняться различными орудиями - плуг, бороны, фрезы, лущильники, культиваторы и их различные сочетаниями и зависит от уровня загрязнения и от механического состава рекультивируемой почвы.

Внесение минеральных удобрений и извести - один из основных приемов активизации как интродуцированной, так и внесенной микрофлоры. В результате нефтяного загрязнения микробиоценоз почвы приспосабливается к новым условиям, преимущественно начинают развиваться углеводороддеградирующие микроорганизмы, требующие для своего развития большое количество азота и фосфора. Микробная клетка бактерий нефтедеструкторов состоит из азота и фосфора, при отсутствии этих элементов в почве происходит гибель углеводородокисляющих микроорганизмов. В связи с этим внесение минеральных удобрений - непременное условие для развития и размножения микроорганизмов. Кроме того, внесение минеральных удобрений - азотных, фосфорных и калийных необходимо для посева сидеральных культур, так как азот, фосфор и калий - основные элементы минерального питания растений. А в условиях нефтезагрязнения доступность этих соединений резко падает, так как обволакивание почвенных частиц нефтяной пленкой препятствует высвобождению азота, фосфора и калия в почвенный раствор. Оптимальный уровень кислотности почвы как для растений, так и для микроорганизмов - 5,5-7,0 рН. На кислых почвах необходимо проведение известкования с целью создания благоприятной солевой реакции почвенной среды для бактерий и корневой системы растений, а также повышения усвояемости основных макроэлементов, внесенных с минеральными удобрениями.

После проведения механических обработок высеваются сидеральные культуры, которые запахиваются в почву. Посев сидеральных культур (смеси: озимая рожь, овес, пшеница, тритикалс, рапс, сурепица, донник и др.) обеспечивает быстрое наращивание зеленой биологически активной массы, которая при отмирании является источником питания для микробного сообщества. Сочетание культур со стержневой (рапс, донник, сурепица и др.) и мочковатой (озимая рожь, тритикале, овес и др.) корневой системой значительно улучшает аэрацию почвы, способствует восстановлению естественных биологических процессов. Введение в этот комплекс бобовой культуры - донника - обеспечивает, фиксацию атмосферного азота, необходимого как для активизации жизнедеятельности аборигенных микроорганизмов, так и для питания растений

Последний этап восстановительных работ - посев многолетних трав. Посев многолетних трав обеспечивает залужение рекультивируемого участка и восстановление нарушенного биоценоза. Подбор трав для залужения ведется в зависимости от почвенно-климатических условий. Для районов севера с органическими обводненными почвами предусматривается высев смеси, состоящей из рогозы, пушицы, осоки, костреца, тимофеевки, донника, пырея и т.д.; для южных регионов - кострец, овсяница, тимофеевка, клевер, козлятник, люцерна, донник, рапс, сурепица и т.д.

Семена как сидеральных культур, так и многолетних трав обрабатываются биологическими препаратами фунгицидного и стимулирующего действия, такими как Интеграл, с целью повышения иммунитета растений к неблагоприятным почвенным условиям, лучшей и быстрой приживаемости, максимального наращивания зеленой массы.

Способ прошел практическую апробацию с высоким экономическим эффектом на площади более 3000 га.

Пример осуществления 1

Способ внедрен в ООО “ЛУКОЙЛ-Западная Сибирью. После удаления нефти в ранне-весенний период времени участок обработали водорастворимыми гуматами. В почве в это время содержалось 228 г/кг нефти и нефтепродуктов. При наступлении оптимальных температур +20+30°С для эффективной работы микроорганизмов, содержащихся в бакпрепарате, выделенных предлагаемым методом, наработанных до концентрации 3,7×10⁹ м.кл./мл, была проведена обработка микробиологическим препаратом. Через две недели проведена повторная обработка биопрепаратом. В начале июля проведено рыхление почвы, внесены известь, аммиачная селитра, двойной суперфосфат и калий хлористый. Посев сидеральных культур проведен 8 июля. Для повышения устойчивости растений к негативному действию, вызванному интенсивно развивающимися грибами при нефтяном загрязнении, семена сидеральных культур обработали фунгицидным препаратом Интеграл. В середине августа сидеральные культуры измельчили и запахали. После прикатывания восстанавливаемого участка провели отбор почвенных проб на содержание нефтепродуктов и посеяли смесь семян многолетних трав. Эффективность биоочистки составила 97%, содержание углеводородов в образце почвы после комплекса проделанных мероприятий составило 6,3 г/кг.

К концу вегетационного сезона более 85% рекультивируемого участка было покрыто посеянными травами.

Пример осуществления 2

В лабораторных опытах почву насыщали медью до уровней 6; 12; 18; 24; 30 мг/кг. Предельно допустимая концентрация этого показателя в почве 3,0 мг/кг.

Первая обработка почвы была проведена водорастворимыми гуматами. В зависимости от концентрации меди в почве доступность этого элемента снизилась в 1,8-4,9 раза. Токсическое действие, вызванное повышенным содержанием меди в почве, было снято. Вторая обработка почвы была проведена через две недели, отобрали повторные образцы на содержание меди. Процессы деструкции зависели от начального уровня концентрации, наиболее активно шло снижение меди в почве при загрязнении 12 мг/кг. В этом варианте деструктировало 62% соединений меди. После третьей обработки в вариантах с загрязнением 6; 12; 18 мг/кг меди содержание этого показателя снизилось до допустимых норм. Для очищения почвы от высоких концентраций Сu - 24, 30 мг/кг потребовалось провести 4 обработки гуматами с цикличностью 2 недели.

Пример осуществления 3

Проведена очистка почвы около склада хранения ядохимикатов, д.Гусево, Белоярский район. Свердловская область, площадь 500 м².

Образцы почв были отобраны осенью 2001 года. Первоначальное содержание токсических веществ в пробах превышало допустимые концентрации в 6,4-19,0 раз. По полной схеме предложенной технологии в течение весны - лета - осени 2002 года проводились восстановительные работы. Повторные образцы были отобраны осенью 2002 года. Результаты представлены в таблице. За 5 месяцев рекультивационных работ содержание ДДТ, гексохлорциклогексана снизилось до 1,0 мг/кг сух. почвы, хлорофоса - до 0,5 мг.

Таким образом, данный способ рекультивации высоко эффективен, надежен и гарантирован.

Таблица
Снижение токсичности загрязненной почвы, мг/кг (территория склада хранения ядохимикатов и минеральных удобрений, д.Гусево Белоярского района Свердловской области, 2001-2002 гг.)
№п/п	Загрязнитель	Содержание в почве
		Осень 2001 г.	Осень 2002 г.
1	ДДТ	6,4	1,0
2	Гексохлорциклогексан	17,8	1,0
3	Хлорофос	9,4	0,5

Способ восстановления загрязненных почв, грунтов и вод, включающий механическое удаление избытка загрязнителя с поверхности почвы, рыхление почвы, прикатывание, внесение минеральных удобрений, посев и запахивание сидеральных культур, отличающийся тем, что производят отбор с загрязненной поверхности почвенных образцов с выделением из них аборигенных деструкторов загрязнителя и их наработку, а после механического удаления загрязнителя с поверхности почвы осуществляют последовательную обработку участка водорастворимыми гуматами и по крайней мере двукратную обработку наработанными аборигенными деструкторами, после чего проводят рыхление почвы, внесение извести с минеральными удобрениями в виде селитры, двойного суперфосфата и калия хлористого и посев сидеральных культур с измельчением и запахиванием их в почву и прикатывания.