Способ рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот
Владельцы патента RU 2323052:
Женихов Юрий Николаевич (RU)
Лопатин Константин Иванович (RU)
Чемякин Андрей Геннадьевич (RU)
Суворов Владимир Иванович (RU)
Толстограй Валерий Иванович (RU)
Панов Владимир Владимирович (RU)
Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот. Предварительно определяют уровень загрязнения поверхности торфяного болота, после чего наносят на загрязненный участок слой фрезерного торфа плотностью 0,1-0,4 г/см3, влажностью 40-60%, в который предварительно введена добавка в виде мелкораздробленных сфагновых мхов с размером фракций от 5 до 20 мм в количестве 10-20 вес.%. При этом толщина слоя торфа должна составлять не менее 200 мм, а в качестве добавки преимущественно используют сфагновые мхи Sph.magellanicum и/или Sph.angustifolium. При превышении пороговой концентрации загрязнения 15 л/м3 осуществляют ручной сбор нефти. Изобретение направлено на упрощение и удешевление процесса рекультивации поверхности неосушенных торфяных болот, а также на повышение эффективности очистки, ускорение восстановления коренных фитоценозов. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам рекультивации загрязненных нефтью и нефтепродуктами неосушенных и сильнообводненных торфяных болот, и может быть также использовано при ликвидации аварийных разливов нефти на грунте и болоте.
Существующие в настоящее время методы рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот связаны с разрушением торфогенного слоя торфяной залежи и наносят непоправимый ущерб ресурсам торфяных болот, замедляя или прекращая процесс торфообразования, нарушая процесс естественного восстановления болотного биоценоза - основного кислородопродуцирующего и углеродосвязывающего агента территории промышленного освоения. Кроме того, известные методы рекультивации приводят к деградации естественных экологических систем, изменению и уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, истощению природных ресурсов и иным негативным изменениям окружающей среды.
Известен способ очистки почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (RU 2137559, кл. В09С 1/10, В09С 1/08, 1999 г.), включающий введение в загрязненную среду культуры микроорганизмов и минеральных добавок, содержащих азот и фосфор, при этом в качестве источника микроорганизмов используют торф, который предварительно активируют введением минеральных добавок, содержащих азот и фосфор и последующей инкубацией в мезофильном режиме в течение 3-7 суток.
Недостатком известного способа является его трудоемкость за счет проведения дополнительных операций по активизации торфа с внесением в него минеральных добавок, перемешиванием и выдерживанием определенное время. Для обработки больших поверхностей загрязненных нефтепродуктами, тем более для удаленных, обводненных участков болот, например, таких, которые на 90% встречаются в Ханты-Мансийском автономном округе, такой способ является неприемлемым из-за его сложности и дороговизны.
Известен способ очистки поверхностей от загрязнения нефтью и нефтепродуктами (RU 2104103, кл. В09С 1/10, С02F 3/34, 1998 г.), включающий нанесение на загрязненную поверхность измельченного и термообработанного торфа до насыпной плотности 0,09-0,13 г/см3, содержащий гуминовые кислоты в количестве 20-30 мас.%. После нанесения торфа наносят водную суспензию углеводороддеградирующих бактерий из рода Rhodococcus, содержащую соли азота, фосфора, калия в определенном соотношении. При этом расход торфа составляет 0,3-0,7 кг на 1 кг загрязнений, а расход водной суспензии составляет 8-12 кг/м2 поверхности.
Недостатком этого способа являются также неоправданные дополнительные затраты на измельчение и термообработку торфа, а также на получение водной суспензии, что довольно трудно для обработки загрязненных поверхностей, удаленных и сильнообводненных.
Прототипом изобретения является способ рекультивации загрязненных земель, включающий локализацию ареола загрязнения, сбор разлитой нефти из траншей, канав и выемок, обработку нефтезагрязненного участка бактериальными препаратами и нанесение на загрязненный участок почвы разложившегося рыхлого торфа с дальнейшим произведением на загрязненном участке отсыпки дорог из минерального грунта для проезда техники на расстоянии, превышающем в два раза дальность метания грунта (RU 99111007, кл. А01В 79/02, 2001 г.).
Недостатком прототипа является то, что в известном способе при рекультивации не учитывается степень загрязнения участка почвы, от которой в свою очередь зависит выбор технологии рекультивации. При применении разложившегося торфа затрудняется поступление кислорода воздуха к нефти и, как следствие, приводит к замедлению процесса разложения углеводородов. Данный способ также предусматривает применение торфа, имеющего низкую емкость сорбции на нефть. Кроме того, способ не содержит обоснования свойств и характеристик торфа, а сырой торф не создает благоприятных условий для развития углеродоразлагающей микрофлоры. Данный способ не приемлем для рекультивации нефтезагрязненных поверхностей неосушенных торфяных болот, т.к. на них отсыпка дорог из минерального грунта для проезда техники практически невыполнима из-за низкой несущей способности, легкодеформируемости водонасыщенных торфяных залежей. Кроме того, обработка нефтезагрязненного участка с высоким уровнем загрязнения (более 200 г/кг почвы) бактериальными препаратами не эффективно из-за сложности и дороговизны такого приема.
Задача очистки поверхности неосушенных торфяных болот от загрязнения нефтью и нефтепродуктами в настоящее время не решена. Учитывая большие объемы загрязнения, удаленность и труднодоступность объектов рекультивации, зачастую непроходимость, в частности на болотах Сибири, в большинстве случаев очистка невозможна.
Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего эффективно производить очистку от загрязнений нефтью неосушенных торфяных болот.
Техническим результатом является упрощение и удешевление процесса рекультивации поверхности неосушенных торфяных болот, а также повышение эффективности очистки, ускорение восстановления коренных фитоценозов.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в способе рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот, включающем нанесение на загрязненный участок слоя торфа, согласно изобретения предварительно определяют уровень загрязнения поверхности торфяного болота, после чего используют фрезерный торф плотностью 0,1-0,4 г/см3, влажностью 40-60%, в который предварительно введена добавка в виде мелкораздробленных сфагновых мхов с размером фракций от 5 до 20 мм, в количестве 10-20 вес.%. При этом толщина слоя торфа должна составлять не менее 200 мм, а в качестве добавки преимущественно используют сфагновые мхи Sph.magellanicum и/или Sph.angustifolium. При превышении пороговой концентрации загрязнения 15 л/м3 осуществляют ручной сбор нефти.
Плотность фрезерного торфа, используемого для засыпки должна составлять 0,1-0,4 г/см3, т.к. при меньшей плотности торф представляет собой систему переплетения волокнистых структур, обладающий низкой активной пористостью, ведущей к низкому капиллярному поднятию нефти, а также низкому содержанию микрофлоры на единицу объема. При большей, чем 0,4 г/см3 насыпной плотности эффективность работы слоя засыпки, как капиллярно-пористого тела, также снижается из-за снижения газонасыщенности, что приводит к снижению притока нефти в слой засыпки и затруднению поступления кислорода воздуха к нефти.
Нижний предел содержания влаги во фрезерном воздушно-сухом торфе 40% обусловлен необходимостью обеспечения эффективной работы микрофлоры. При превышении верхнего предела влажности в 60% происходит водонасыщение пор, снижение газонасыщенности, снижение поступления нефти из загрязненного слоя торфяной залежи в засыпку из фрезерного торфа.
При толщине слоя засыпки менее 200 мм происходит смыв части воздушно-сухого торфа паводковыми водами, что приводит к снижению надежности конечного результата рекультивации.
Оптимальный размер фракций мелкораздробленных сфагновых мхов находится в интервале от 5 до 20 мм. При размере меньше 5 мм затруднен рост целых растений сфагновых мхов из раздробленных стеблей и веток. При размере фракций более 20 мм для получения добавки в засыпку торфа требуется излишнее количество исходного сфагнового мха для достижения одного и того же результата, то есть нерационально используется ценное сырье.
Соотношение добавки из раздробленных сфагновых мхов и торфяной засыпки 10% обеспечивает восстановление мохового яруса на площади, превышающей 50% от площади всего нарушенного участка, что отвечает целям рекультивации. При меньшем соотношении не удастся достичь необходимого процента восстановления площади нарушенных земель. При большем, чем 20% соотношении необоснованно расходуется ценное сырье - живой сфагновый мох, необходимый для производства добавки к торфяной засыпке.
При уровне загрязнения нефтью свыше 15 л/м2 на поверхности торфяного болота в микропонижениях образуются визуально наблюдаемые открытые «блюдца» нефти. В этом случае нефть удаляют щадящим ручным способом. В противном случае не удастся создать благоприятные условия для развития аборигенной флоры в торфяной залежи и в слое засыпки.
Способ рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот осуществляется следующим образом.
Полевой эксперимент по проверке эффективности технологии рекультивации нефтезагрязненных поверхностей неосушенных торфяных болот проведен на торфяном болоте Дмитровское в Тверской области. Опытные площадки заложены в августе 2005 года. Первоначально определяли уровень загрязнения поверхности болота нефтью. На участке с уровнем загрязненности свыше 15 л/м2 нефть собирали щадящим, ручным способом с помощью совков, после чего загрязненный нефтью участок болота засыпали слоем фрезерного торфа плотностью 0,2 г/см3 и влажностью 50%, в который предварительно была введена добавка в количестве 10 вес.% в виде мелкораздробленного сфагнового мха Sph.magellanicum с размером фракций от 5 до 20 мм. Толщина слоя засыпки из торфа составляла 200 мм.
Первый отбор осуществлялся через 0,5 мес после засыпок, далее через 3 и 8 месяцев.
Результаты микробиологических анализов показывают активное развитие грибной флоры (особенно из рода Penicillium), возрастание с ростом концентрации загрязнения численности микроорганизмов, разлагающих парафины как в торфяной залежи, так и в засыпке (таблица 1). В опытах выявлено возрастание активности фермента пероксидазы, утилизирующей ароматические полициклические соединения в загрязненной торфяной залежи (таблица 2).
Высокий уровень нефтезагрязнения торфяной залежи провоцирует возникновение в ней таких физико-химических условий среды, которые способствуют активизации бацилл, денитрифицирующих, автохтонных микрорганизмов.
Засыпка нефтезагрязненных поверхностей торфяной залежи фрезерным торфом заданной плотности и влажности привела к переходу значительной части нефти из слоя залежи в засыпку (таблица 3), создавая благоприятные условия для физико-химического и микробиологического разложения загрязнителя.
Данное изобретение не ограничивается вышеперечисленным примером, возможны и другие варианты использования этого способа в объеме заявленной формулы изобретения. Результаты экспериментов по осуществлению заявленного способа приведены в таблицах 1-3.
В предложенном способе применяется дешевый и широко распространенный мелиорант - фрезерный торф при плотности 0,1-0,4 г/см3 влажностью от 40 до 60%, содержащий 515-2300% воздуха (окисляющего агента) на единицу объема твердого вещества, а также микроорганизмы, деградирующие нефть и нефтепродукты. Сорбируя до 50% сохранившейся на поверхности залежи нефти, слой фрезерного воздушно-сухого торфа разгружает верхний загрязненный торфогенный слой, тем самым, давая ему возможность самовосстанавливаться. Специальная добавка измельченных сфагновых мхов позволяет восстанавливаться моховому покрову, наиболее чувствительному к нефтезагрязнению и поэтому полностью погибшему. При этом используется уникальная способность измельченных стеблей и веток сфагновых мхов служить источником роста новых растений, что позволяет ускоренно восстановить исходный коренной фитоценоз. Фрезерный торф с заданными характеристиками играет роль мелиоранта для нефти, основой для развития аборигенной микрофлоры и прикрепления добавки из измельченных сфагновых мхов.
Таким образом, применение предложенного способа позволит повысить эффективность очистки от загрязнений на поверхности неосушенных торфяных болот, упростить процесс очистки и ускорить время восстановления коренных фитоценозов.
В настоящее время способ рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот находится на стадии полевых экспериментов и планируется его широкое внедрение в Ханты-Мансийском автономном округе.
| Таблица 1 Динамика грибов и углеводородов, разлагающих парафин нефти | |||
| Вариант | Время, мес | Грибы, тыс/г | Разлагающие парафин, тыс/г |
| Контроль (без нефти) | |||
| Залежь неосушенная торфяная | 0 | 40,6 | 72,7 |
| 8 | 90,0 | 02,8 | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3 | 0 | 312,1 | 24,1 |
| 8 | 292,8 | 57,1 | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3 | 0 | 392,7 | 34,1 |
| 8 | 568,2 | 54,5 | |
| Варианты с загрязнением нефтью | |||
| Залежь+5 л/м2 нефти+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 180,0 | 100,0 |
| 3 | 430,0 | 290,0 | |
| 8 | 492,0 | 448,0 | |
| Залежь+5 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 205,6 | 88,9 |
| 3 | 109,1 | 481,8 | |
| 8 | 371,4 | 814,3 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 110,0 | 270,0 |
| 3 | 228,6 | 285,7 | |
| 8 | 66,7 | 500,0 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 42,1 | 126,2 |
| 3 | 100,0 | 109,1 | |
| 8 | 264,3 | 414,3 |
| Таблица 2 Динамика активности фермента пероксидазы | ||
| Вариант | Время, мес | Активность пероксиазы, мг ПГ/г/30 мин |
| Контроль (без нефти) | ||
| Залежь неосушенная торфяная | 0 | 9,84 |
| 8 | Не опр. | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3 | 0 | 2,04 |
| 8 | Не опр. | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 60%, плотность 0,3 г/см3 | 0 | 5,72 |
| 8 | Не опр. | |
| Варианты с загрязнением нефтью | ||
| Залежь+5 л/м2 нефти+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 3,01 |
| 3 | 6,00 | |
| 8 | 12,00 | |
| Залежь+5 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 6,45 |
| 3 | 8,20 | |
| 8 | 12,40 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 12,37 |
| 3 | 18,41 | |
| 8 | 26,70 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 10,04 |
| 3 | 16,41 | |
| 8 | 24,30 |
| Таблица 3 Очистка торфяной залежи от нефти | ||
| Вариант | Время, мес | Концентрация нефти, мг/г |
| Контроль (без нефти) | ||
| Залежь неосушенная торфяная | 0 | 0,22 |
| 8 | Не опр. | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3 | 0 | 0,17 |
| 8 | Не опр. | |
| Торф фрезерный, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3 | 0 | 0,15 |
| 8 | Не опр. | |
| Варианты с загрязнением нефтью | ||
| Залежь+5 л/м2 нефти+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 245 |
| 3 | 46,9 | |
| 8 | 22,00 | |
| Залежь+5 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 260 |
| 3 | 40,4 | |
| 8 | 22,40 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 40%, плотность 0,1 г/см3+10 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 5 мм | 0 | 453 |
| 3 | 279,7 | |
| 8 | 56,70 | |
| Залежь+15 л/м2+фрезерный торф, содержание влаги 60%, плотность 0,4 г/см3+20 вес.%, добавка сф. мхов, фракция 20 мм | 0 | 547 |
| 3 | 353,7 | |
| 8 | 68,3 |
1. Способ рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот, включающий нанесение на загрязненный участок слоя торфа, отличающийся тем, что предварительно определяют уровень загрязнения поверхности торфяного болота, после чего используют фрезерный торф плотностью 0,1-0,4 г/см3, влажностью 40-60%, в который предварительно введена добавка в виде мелкораздробленных сфагновых мхов с размером фракций от 5 до 20 мм в количестве 10-20 вес.%.
2. Способ рекультивации по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя торфа составляет не менее 200 мм.
3. Способ рекультивации по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют сфагновые мхи Sph.magellanicum и/или Sph.angustifolium.
4. Способ рекультивации по п.1, отличающийся тем, что при превышении пороговой концентрации загрязнения 15 л/м3 осуществляют ручной сбор нефти.
