CC BY
238
УДК 504.4:622.279
Б. Г. Вобликов, Ж. В. Калашник, А. Х. Усманов, Ю. В. Корнилов
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И СПОСОБЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ,
ЗАГРЯЗНЕННЫ1Х НЕФТЕПРОДУКТАМИ,
В ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ
B. G. Voblikov, Zh. V. Kalashnik, A. Kh. Usmanov, Yu. V. Kornilov
PROBLEMS OF ECOLOGICAL SAFETY AND METHODS OF RECULTIVATION OF THE LAND CONTAMINATED WITH OIL PRODUCTS IN THE CHECHEN REPUBLIC
Рассмотрены источники поступления нефтепродуктов в природные экосистемы Чеченской Республики. Показано, что геологическое строение, литология, гидрогеологические условия территории влияют на степень, условия и интенсивность загрязнения геологической среды. Описаны методы очистки геологической среды от углеводородного загрязнения, факторы, влияющие на активизацию процессов разложения углеводородов.
Ключевые слова: экологическая безопасность, условия загрязнения нефтепродуктами, подземные воды, рекультивация почв, технологии очистки геологической среды.
Sources of oil products penetration into natural ecosystems of the Chechen republic are considered in the paper. It is shown that the geological structure, lithology, hydro-geological conditions of the territory influence the degree, conditions and intensity of pollution of the geological environment. Cleaning methods of the geological environment from hydrocarbonic pollution, and factors influencing the activization of hydrocarbons decomposition processes are described.
Key words: ecological safety, conditions of pollution by oil products, underground waters, recultivation of soils, clearing technology of the geological environment.
Установлено, что основными источниками поступления нефтепродуктов в почвы Чеченской Республики являются объекты нефтяного комплекса: скважины, нефтепроводы, амбары, отстойники и т. д. Несмотря на многообразие воздействия этих объектов на окружающую среду, основные его виды - это механическое разрушение ландшафтов, связанное с работой транспорта, бурильных установок, средств перемещения грунта и т. д., и геохимическая трансформация с последующим разрушением природных систем при сбросе в них геохимически активных веществ. Воздействие объектов нефтедобывающего комплекса на окружающую среду обусловлено токсичностью природных углеводородов и сопутствующих им ресурсов, разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также спецификой добычи, подготовки и транспортировки нефти. Экологические последствия попадания нефти в природную среду зависят от ее компонентного состава, наличия в ней спутников, степени её подвижности и способности различных сред (включая биоту) сохранять загрязнения длительное время.
Основными источниками загрязнения водных объектов геологической среды нефтью и нефтепродуктами на объектах нефтедобывающего комплекса Чеченской Республики по-прежнему остаются аварийные утечки из нефтепроводов, вследствие высокой степени изношенности оборудования, характерной для этого региона. Существовавшие ранее на территории работ три крупнейших нефтеперерабатывающих завода, нефтехимический комбинат и другие промышленные предприятии разрушены, но крупная промышленная свалка отходов нефтепереработки производственного объединения «Грознефтеоргсинтез», расположенная к северо-западу от Заводского района в Андреевской долине (в старице р. Сунжа) продолжает оставаться источником загрязнения подземных вод.
Источником поступления нефтепродуктов в подземные воды являются также и загрязненные почвы на исследуемой территории. На ней сформировались обширные поля повышенных концентраций органического углерода нефтяного происхождения вследствие утечек, разливов и т. д.
Вертикальное передвижение нефти вдоль почвенного профиля создает хроматографический эффект, приводящий к дифференциации состава нефти: в верхнем гумусовом горизонте сорбируются высокомолекулярные компоненты нефти, содержащие смолисто-асфальтовые вещества и циклические соединения. В нижние горизонты проникают низкомолекулярные соединения, имеющие более высокую растворимость в воде и более высокую диффузионную способность, чем высокомолекулярные компоненты. Легкие углеводороды, как правило, высокотоксичны и трудно усваиваются микроорганизмами, поэтому долго сохраняются в нижних частях почвенного профиля в анаэробной обстановке.
В песчаных почвах создается сплошной фронт продвижения нефти. В тяжелых суглинках нефть проникает по трещинам вдоль корневых систем растений, сорбируется в отдельных горизонтах, определяя мозаичную, пятнистую картину загрязнения почвенного профиля. Чем сильнее увлажнена почва, тем меньше возможность внутрипочвенного закрепления нефти и тем выше активность ее радиального и латерального перемещения. В любых случаях превышение предельной для каждого уровня влажности нефтеемкости субстратов приводит к стеканию избытка загрязнителя в нижние горизонты профиля почв и в почвенно-грунтовые воды.
При суглинистом составе субстратов основным механизмом поступления нефти в нижние горизонты почв и в подземные воды служит гравитационное стекание по ослабленным зонам -каналам миграции, сопровождающееся насыщением нефтью мелких и крупных трещин и относительно слабым последующим «всасыванием» в мелкие капилляры и диффузией в межтре-щенную массу.
В районе исследований условия загрязнения геологической среды разнятся. В западной части Заводского района развиты преимущественно глинистые породы апшеронского и акча-гыльского возраста, не способствующие загрязнению нефтепродуктами и другими загрязняющими веществами горизонтов подземных вод. В восточной части апшеронские отложения погружаются под толщу высокопроницаемых четвертичных отложений, вследствие чего создаются благоприятные условия для накопления нефтепродуктов в недрах и загрязнения ими подземных вод, которые разгружаются по склонам в р. Сунжа.
Необходимо отметить, что большинство разработок в области рекультивации почв предназначено для земель сельскохозяйственного назначения, а также территорий, используемых для рекреационных целей. Эти методики предполагают полное восстановление агрономических свойств почв. Снижение воздействия загрязненных почв на подземные воды предлагается осуществлять физическими, химическими, физико-химическими и биологическими методами, с учетом климатических особенностей данного района и функционального использования территории. Однако эти методы формируют два принципиально различных технологических подхода. Первый - собственно очистка - предусматривает непосредственное удаление загрязняющих веществ из геологической среды. Второй подход основан на подавлении активности конта-минанта (детоксикации) путем его нейтрализации, разложения (деструкции), связывания, локализации и т. д.
Рассмотрим некоторые технологии очистки геологической среды.
Технологии на базе микробиологических методов очистки основываются на способности определенных штаммов бактерий использовать присутствующие в отходах углеводороды в качестве источника углерода и энергии для своего роста. При этом происходит разложение нефтепродуктов на двуокись углерода и воду. Внесением подходящих штаммов бактерий в перерабатываемые отходы и (или) созданием благоприятных условий для их роста можно достичь значительного ускорения процессов разложения, которые естественным путем протекают очень медленно. Для биологического разложения используются нетоксичные, непатогенные и генетически не измененные бактериальные штаммы.
Тепловая десорбция является проверенной технологией, используемой для обработки материалов, сильно загрязненных нефтепродуктами. В данной технологии загрязненные почвогрунты или нефтешламы подающим модулем (при необходимости - через центрифугу) направляются во вращающуюся печь изотермической десорбции нефтепродуктов. В печи имеются две зоны: зона нагрева и испарения, в которых происходят нагрев сырья и подаваемой воды, испарение воды и большей части нефтепродуктов, и зона десорбции, в которой при заданной температуре 400-500 °С (в зависимости от типа сырья) происходит более полное удаление нефтепродуктов.
При переработке нефтешламов с использованием трехфазных сепараторов предполагается разделение нефтешламов на водную, нефтяную и твердую фазы. Данный метод применяется в основном при очистке шламонакопителей, нефтепродуктовое загрязнение в которых характеризуется значительным содержанием воды, что позволяет перекачивать нефтешлам в центрифугу в жидком состоянии и перерабатывать его.
Откачка порового воздуха способствует удалению летучих органических веществ из грунта из сконструированных определенным образом экстракционных скважин. Откачанный воздух подается в технологическую установку, в которой происходят захват и деструкция содержащихся летучих веществ.
Метод химического оксидирования заключается в химическом преобразовании токсичных загрязняющих веществ, содержащихся в грунте, в нетоксичные посредством взаимодействия с окисляющим реагентом. В качестве окисляющего реагента используются озон, перекись водорода, хлорная известь и т. п.
Другим относительно «молодым» направлением, уже показавшим свою перспективность и имеющим очень большой потенциал для развития, является ликвидация углеводородного загрязнения с помощью растений, т. е. фиторемедиация.
Наиболее известным методом удаления нефтепродуктового загрязнения с поверхности грунтовых вод является откачка. Наиболее эффективен метод совместной откачки, при котором скважина оборудуется двумя насосами. Преимуществом технологии является возможность последующего использования извлеченных нефтепродуктов.
Важнейшей характеристикой, влияющей на скорость и интенсивность процессов разложения углеводородов, является климат, и прежде всего тепловой режим и влагообеспеченность. Среднегодовые значения температуры воздуха и почвенного покрова - основной фактор при прочих равных условиях, определяющий интенсивность микробиологического разложения нефти и нефтепродуктов. Оптимальной для разложения нефти и нефтепродуктов в почве является температура 20-37 °С. Для территории Чечни, где сосредоточены основные нефтяные месторождения, средние значение температуры поверхности оголенной почвы достигают 40-45 °С. Длительность периода с дневными значениями температуры свыше 20 °С составляет 45 дней. Период с отрицательными значениями температуры небольшой и составляет 30 дней (средние значения температуры января около -3 °С). Эти данные говорят о том, что термический режим исследуемого региона весьма благоприятен для разложения нефтепродуктов [1]. Лимитирующим климатическим фактором является влагообеспеченность. Территория располагается в засушливых условиях, коэффициент увлажнения составляет 0,45, и количество осадков не превышает 300-400 мм в год. Преодолеть дефицит увлажнения и поддерживать благоприятный водный режим почвы можно путем ее полива, однако применять регулярный полив при рекультивации такого большого массива загрязненных земель в настоящее время невозможно.
В пределах Сунженского хребта почвенный покров представлен преимущественно черноземами и темно-каштановыми почвами. Черноземные почвы характеризуются высокой микробиологической активностью, максимумы которой приходятся на весенний и осенний периоды, когда в почвах создаются оптимальные гидротермические условия. Летом микробиологическая активность почв резко сокращается вследствие их иссушения, а зимой - в результате ее промерзания. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной, емкость поглощения очень высокая (до 70 мг/экв на 100 г), почвенный поглощающий комплекс полностью насыщен основаниями. Таким образом, свойства почвенного покрова весьма благоприятны для самовосстановления, но интенсивный расход биогенных элементов микроорганизмами при разложении углеводородов может вызвать их недостаток даже в черноземных почвах, поэтому их дополнительное внесение в виде минеральных удобрений рекомендуется и для этих почв.
Учитывая изложенное, можно сделать вывод о том, что благоприятные природные условия региона позволяют рассматривать в качестве ведущего естественный метод рекультивации. Конкретный набор мероприятий и их последовательность определяются видом дальнейшего использования рекультивируемых земель. Основная площадь территории загрязнения является промышленной и селитебной зонами с разной степенью застройки.
Экспериментальные работы по рекультивации земель, загрязненных в процессе добычи углеводородного сырья, выполненные в России и за рубежом, дают противоречивые результаты. Одни и те же мероприятия в различных природных условиях (и даже в различных микроландшафтах одной и той же территории) приводят к неодинаковому эффекту [2].
Практически все применяемые в России способы механического сбора поллютантов не обеспечивают необходимого уровня их удаления из почв и грунтов. Остаточная потенциально подвижная нефть приводит к «растягиванию» ореола загрязнения и расширению площади скрытого (внутрипочвенного) загрязнения, вызывающих ингибирование процессов микробиологической деструкции нефти и резкое уменьшение скорости процессов деградации нефтяных компонентов. Кроме того, необходим большой объем земляных работ, а высокая стоимость транспортировки и замещения отходов потребуют значительных материальных затрат. Засыпка нефтезагрязненной территории сорбентами с последующим вывозом отходов на полигоны также имеет ряд недостатков.
Применение биопрепаратов наиболее эффективно с экологической точки зрения, т. к. они позволяют проводить тонкую доочистку почв, загрязненных углеводородами. Но среди современных биопрепаратов нет препаратов широкого действия, одинаково эффективно работающих в разных геохимических обстановках, в частности в разных горизонтах почвенного профиля. Кроме того, их применение также очень дорого. Применяемые в России методы технической и биологической рекультивации земель имеют недостатки, которые делают их или неэффективными или дорогостоящими. Наиболее прогрессивные современные подходы к ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов на суше исходят из принципа «не навреди», что подразумевает применение методов всемерной стимуляции собственных возможностей природных систем, и прежде всего почв, к самовосстановлению. Поэтому, учитывая существующие благоприятные почвенно-климатические условия, свойства самой нефти (легкая, с незначительным содержанием асфальто-смолистых веществ), назначение рекультивируемых участков и, наконец, сложность экономического положения, не позволяющего применять в настоящее время дорогостоящие биотехнологии, основным методом рекультивации для предотвращения поступления нефтепродуктов из загрязненных почв в подземные воды следует считать использование естественного метода восстановления почв, который обеспечивает активное протекание естественных процессов биоразложения нефтяных углеводородов в загрязненной почве.
Следует отметить, что восстановление загрязненных нефтью земель - многоэтапный процесс, каждая стадия которого соответствует определенной последовательности естественной геохимической и биологической деструкции поступивших в почвы нефтяных углеводородов. С учетом изложенного выше, для ускорения процессов деградации нефтепродуктов следует применять аэрацию почв и ее увлажнение, а в случае сильного загрязнения - «разбавлять» незагрязненной почвой. При рекультивации очень сильного загрязнения почв хорошие результаты дает применение биопрепаратов «Биодеструктор», «Деградойл», «Деворойл» и др. Применение минеральных и органических удобрений, стимулирующих деятельность микроорганизмов, следует осуществлять с учетом результатов геохимического опробования почв.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Работы по выявлению и оконтуриванию площадей техногенных линз нефтепродуктов в районе г. Грозного и оценка их запасов / Е. В. Барсаков, С. В. Головунин, Г. Л. Воровский и др. - М.: Изд-во ОАО «ГЕОСИНТЕЗ», 2008. - С. 120.
2. Методические рекомендации по определению степени загрязнения городских почв и грунтов и проведение инвентаризации территорий, требующих рекультивации. - М.: ИМГРЭ, 2004.
Статья поступила в редакцию 4.07.2011
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Вобликов Борис Георгиевич - Северо-Кавказский государственный технический университет; д-р геол.-минер. наук, профессор; профессор кафедры «Геология нефти и газа»; gng@ncstu.ru.
Voblikov Boris Georgievich - North-Caucasus State Technical University; Doctor of Geological and Min-eralogical Science, Professor; Professor of the Department "Geology of Oil and Gas"; gng@ncstu.ru.
Калашник Жанетта Владимировна - Астраханский государственный технический университет; канд. геол.-минер. наук; доцент кафедры «Геология нефти и газа»; gog@astu.ru.
Kalashnik Zhanetta Vladimirovna - Astrakhan State Technical University; Candidate of Geological and Mineralogical Science; Assistant Professor of the Department "Geology of Oil and Gas"; gog@astu.ru.
Усманов Анди Хамзатович - Чеченский государственный университет; старший преподаватель кафедры «Рациональное природопользование и геоэкология»; mail@chesu.ru.
Usmanov Andi Khamzatovich - Chechen State University; Senior Teacher of the Department "Conservation and Geo-ecology"; mail@chesu.ru.
Корнилов Юрий Викторович - научно-производственное предприятие «Севкавгеопром», г. Ессентуки; ведущий геолог отдела геологии; uvkorn@mail.ru.
Kornilov Yury Victorovich - Scientific Production Enterprise "Sevkavgeoprom", Essentuki; Leading Geologist of the Geology Department; uvkorn@mail.ru.
