CC BY
829
В. В. Пряничникова (преп.), И. Х. Бикбулатов (д.х.н., проф., зав. каф.),
Е. И. Бахонина (к.т.н., доц., зам. дир.)
Рекультивация нефтешламовых амбаров с использованием геомембранной пленки и нефтезагрязненных почв
Филиал Уфимского государственного нефтяного университета в г. Стерлитамаке, кафедра экологии и рационального природопользования 453118 , г. Стерлитамак, Пр. Октября, 2; тел. 8(3473) 291140, e-mail: str@rusoil.net
V. V. Pryanichnikova, I. H. Bikbulatov, E. I. Bahonina
Recultivation of oil sludge storages with the use of geomembrane film and oil contaminated soil
Sterlitamak Branch of Ufa State Petroleum Technical University
2, Pr. Oktyabrya, 453118, Sterlitamak, Russia; ph. 8(3473) 291140, e-mail: str@rusoil.net
Статья посвящена актуальной проблеме рекультивации хранилищ отходов нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. Приведена обобщенная характеристика нефтешламовых амбаров, расположенных в Республике Башкортостан. Предложена новая технология комплексной рекультивации нефтешламовых амбаров, которая позволит создать условия для успешного восстановления экосистемы на месте хранилища и утилизировать грунт, загрязненный нефтепродуктами в результате аварийных разливов. Предложенная технология способствует предотвращению дальнейшего загрязнения глубоких почвенных горизонтов нефтепродуктами, а также капиллярного проникновения нефтяных остатков на поверхность.
Ключевые слова: восстановление; геомемб-ранная пленка; грунт; засыпка; изоляция; мазутные ямы; нефтепродукты; нефтешламовый амбар; нефтяной шлам; рекультивация.
Одной из насущных проблем регионов с развитой нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностью, куда относится и Республика Башкортостан, является наличие многочисленных хранилищ отходов нефтепереработки. Длительное (на протяжении десятилетий) хранение нефти и нефтепродуктов в открытых земляных амбарах, куда попадают атмосферные осадки, приводит к образованию нефтешламов и сопровождается неконтролируемым проникновением нефтяных загрязнений в глубокие почвенные горизонты. Проблема рекультивации нефтезагрязненных земель и земель, отведенных под шламонакопители, признана острой и
Дата поступления 25.01.13
The article is devoted to the actual problem of recultivation of waste storages of the petrochemical and refining industries. The generalized characteristics of oil sludge storages located in Republic Bashkortostan are presented. The new technology of a comprehensive recultivation of oil sludge storages, which would create the conditions for successful ecosystem restoration on storage place and allow for utilization of petroleum products as a result of damage spills is suggested. The proposed technology will prevent further pollution of the deep soil horizons by petroleum products, as well as the capillary penetration of oil residue on the soil surface.
Key words: geomembrane film; filling; heavy oil waste; insulation; oil sludge; oil sludge storage; recultivation; remediation; soil.
требующей скорейшего решения на заседании межведомственного Совета общественной безопасности РБ, состоявшегося в декабре 2011 г.
По данным Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан, объем накопленных нефтяных отходов составляет 831.5 тыс.т. Предприятиями проводится частичное извлечение нефтеотходов из нефтешламовых амбаров, разработано и внедрено большое количество технологий их переработки для применения в строительстве дорог, в качестве сырья для производства мазутов, битумов и различных добавок. Так, в 2009 г. использовано 18.7 тыс.т. шламов нефти и нефтепродуктов, в 2010 г. — 23.01 тыс.т., в 2011 г. — 22.1 тыс.т. Хуже обстоит дело с рекультивацией
самих нефтешламовых амбаров (так называемых мазутных ям), которые негативно воздействуют на растительные сообщества, атмосферный воздух, почву и, очевидно, на подземные воды. Во многом это обусловлено высокозатратными технологиями рекультивации, требующими больших материальных вложений и трудовых ресурсов, использования большого количества грунта. Например, для рекультивации нефтешламового амбара в Бижбу-лякском районе завезено более 1000 м3 грунта 1.
Предмет исследования и предлагаемая технология
Мы провели анализ существующих подходов к рекультивации амбаров с целью поиска более рациональных решений.
Амбары представляют собой земляные объекты прямоугольной формы, выполненные в виде полувыемки — полунасыпи, окруженные дамбой с изоляцией из глины. Размеры их различны, наиболее крупные объекты имеют глубину до 10 м и площадь до 1.5 га.
Общая площадь объектов размещения нефтесодержащих отходов в республике составляет около 82 га. При этом имеется большое количество так называемых «бесхозных» объектов, т.е. объектов, не находящихся во владении конкретных организаций 1. Большинство амбаров создавалось в 70-х гг. XX в. на территории одного из крупнейших нефтехимических комплексов. В настоящее время многие хранилища выведены из пользования, т.е. процесс завоза и накопления отходов прекращен, происходит постепенная частичная их
откачка для уилизации. Усредненная характеристика наиболее часто встречаемых нефтешламовых амбаров приведена в табл. 1 2.
Начальным этапом рекультивации амбара, как правило, является применение технологии, позволяющей извлечь и переработать нефтешламы в мазуты и нефтяные битумы. Для создания условий, необходимых для успешного восстановления экосистемы и возвращения земли в пользование, необходимо проведение финишной рекультивации.
Технология рекультивации нефтешламового накопителя зависит от состояния конкретного объекта. Выделяют три основных варианта состояния рекультивируемого хранилища до засыпки. Первый вариант — идеальный случай, когда объект представляет собой осушенную выемку, а слоевые элементы донного шлама и загрязненного нефтепродуктами грунта удалены, проведена их обработка, биодеструкция. В подобном случае процесс рекультивации не вызывает сложности. Второй вариант — жидкая часть накопленных отходов полностью удалена, но подмассивная среда не подвергалась обработке, на поверхности ямы остается грунтово-нефтяная корка. В третьем случае на дне выемки остается тонкая водно-нефтяная пленка. Два последних варианта характерны для глубоких котлованов (10 м и более), когда удаление остатков нефтепродуктов с поверхности затруднено ввиду проблематичности использования традиционной техники.
К сожалению, на практике чаще всего встречается именно третий вариант. Это объясняется тем, что нефтешламовые амбары являются открытыми объектами, не защищенными
Таблица 1
Характеристика наиболее часто встречаемых нефтешламовых хранилищ (амбаров)
Наименование Характеристика хранилища
Функциональное назначение хранение застарелых нефтешламов
Компонент, определяющий технологию рекультивации нефть и ее продукты
Время существования, лет более 60
Агрегатное состояние отходов жидкое, пастообразное
Объем хранящихся нефтепродуктов в составе накопленных отходов, тыс мі более 1.0
Степень экранирования грунтовая (глиняный замок)
Грунтовые слои стенок хранилища, м: слой 1 - суглинок слой 2 - суглинок слой 3 - гравий средней плотности до 10 от 10 до 14-20 от 14-20
Коррозионная активность грунтовых слоев от средней до высокой
Глубина проникновения загрязнений в грунт на месте амбара не определено
Площадь занимаемых земель, га 1 и более
от попадания атмосферных осадков. Именно поэтому даже в сухое время года крайне затруднительно добиться полного осушения амбарной выемки. Подобный объект является наиболее трудным для проведения рекультивации. Очень часто в данном случае донный нефтешлам и подмассивная геологическая среда просто засыпаются природными грунтами, что впоследствии приводит к выносу нефтяных остатков на поверхность и препятствует восстановлению разрушенной экосистемы . Это является недопустимым и требует использования иной технологии.
Эффективным вариантом решения проблемы в данном случае является предлагаемая нами технология рекультивации с использованием противофильтрационных полимерных слоев и техногенного грунта.
Предлагаемая технология рекультивации амбара позволяет пресечь влияние уже имеющегося загрязнения на верхние слои почвы, тем самым добиваясь создания условий, необходимых для успешного восстановления экосистемы и возвращения земли в пользование. Схема рекультивации представлена на рис. 1.
Комплексный подход включает техническую и биологическую рекультивацию.
Первым этапом технической рекультивации является выстилание поверхности выемки слоем полимерной пленки. Поверхность выемки представляет собой загрязненный донными осадками нефтяного шлама слой почвы с возможными включениями влаги атмосферных осадков. После изоляции этого слоя пленкой фильтрация из него на поверхность будет ликвидирована, слой почвы сверху пленки будет защищен. В качестве полимерного подслоя целесообразно использовать трехслойную гео-мембранную пленку HDPE (High Density Polyethylene — на основе полиэтилена высокой плотности) или ей подобную.
Геомембранная пленка характеризуется высокими антикоррозионными и гидроизоляционными свойствами, устойчивостью к растрескиванию, имеет высокие механические характеристики в сочетании с инертностью к кислотам и щелочам, устойчива к воздействию температурных колебаний, маслобензостойка. Характеристики геомембранной пленки НЮРЕ приведены в табл. 2 4.
Таблица 2
Характеристики геомембранной пленки на основе полиэтилена высокой плотности
Параметр Значение
Толщина пленки, мм до 2.5
Устойчивость к проколу, Н 350
Прочность при разрыве, МПа 22
Прочность при растяжении, МПа 27
Относительное удлинение при разрыве, % 750
Устойчивость к разрыву, Н 132
Температурный диапазон применения, оС от минус 60 до плюс 75
Срок службы, г более S0
Устойчивость к кислотности рН 0.5-14
Воздействие ультрафиолетового излучения и солнечного света не подвержена
Плотность полимеров в составе пленки, г/см1 1
Устойчивость к смещению грунта хорошая
После изоляции слоя почвы с донными осадками нефтяного шлама и возможными включениями влаги атмосферных осадков гео-мембранной пленкой, фильтрация из него на поверхность будет ликвидирована, слой почвы сверху пленки будет защищен. Укладка первого слоя пленки — это наиболее трудоемкий и ответственный этап, требующий специальных приготовлений.
Следующим этапом технической рекультивации является частичная засыпка выемки амбара привозным грунтом. Засыпка производится техногенным грунтом III группы, к кото-
Рис. 1. Схема рекультивации нефтешламового амбара
рой относятся грунты, непригодные для произрастания растений, как правило, фитотоксичные, для освоения которых необходимо предварительное проведение химической мелиорации. Для этой цели может использоваться грунт, загрязненный мазутом и битумными остатками, а также удаляемый при проведении ликвидации аварийных розливов нефти. В такого рода грунтах, к сожалению, недостатка нет. Это позволит не только избежать затрат больших объемов хороших потенциально плодородных грунтов, но и решить проблему утилизации нефтезагрязненных грунтов.
Проблема утилизации или регенерации нефтезагрязненных грунтов возникает практически на каждом предприятии нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности при неизбежных розливах. Снимаемый после разлива слой почвы, как правило, не всегда принимается на полигоны захоронения отходов, а биологическая его переработка требует значительных финансовых и временных затрат, организации специальных площадок, создания особых условий протекания процессов. Поэтому экологическим службам целесообразно произвести расчеты потенциальной емкости шламовых амбаров для их использования под засыпку грунтом III категории, условия засыпки должны регламентироваться.
С целью изоляции насыпного техногенного грунта от последующих слоев потенциально плодородной и плодородной почвы поверх него по известной технологи выстилается второй слой из полимерной пленки, роль которого сводится к изоляции корневой системы будущей растительности от грунта III категории.
Заключительный этап технической рекультивации представляет собой работы по землеванию, то есть засыпку оставшейся части выемки с формированием таких условий, необходимых для произрастания травянистой и древесной растительности, чтобы толщина слоя почвы была достаточна для полноценного развития корневой системы низкорастущих древесных пород и составляла не менее 2.5 м 5.
Первоначально производится засыпка суглинком, затем наносится плодородный слой почвы толщиной 0.15 м. Для данных работ может использоваться почва, извлекаемая при проведении строительных работ (заложении фундаментов и пр.). Одновременно производится срезка суглинистой дамбы экскаватором с перемещением в засыпку ямы.
Возможен также вариант, когда при проведении рекультивационных работ дамба, где уже сформировалось растительное сообще-
ство, оставляется в нетронутом виде как элемент ландшафта. Это позволило бы отделить восстанавливаемую площадь от окружающих ее промышленных объектов, а кроме того, обеспечить определенный режим ее водного снабжения. Однако срезка и разравнивание дамбы позволяют существенно сократить объем привозного грунта, поэтому данный вариант является приоритетным.
Заключительный этап формирования техногенного ландшафта — разравнивание засыпанной поверхности, желательно гусеничной техникой для избежания излишнего тромбова-ния грунта.
В рамках биологической рекультивации производится засев засыпанной поверхности травосмесью и посадка низкорастущих древесных пород.
Высеваемые травы должны обладать способностью быстро создавать сомкнутый травостой и прочную дернину, быстро отрастать после скашивания. Необходимо использовать травы местного происхождения, более приспособленные к местным условиям и более устойчивые к неблагоприятным воздействиям 6.
Оптимальным является формирование злакового сообщества с посевом таких растений, как ежа сборная (Dactylis glomerata), тимофеевка луговая (Phleum pretense), лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), овсяница луговая (Festuca pratensis), а также представителей бобовых, например, клевера ползучего (Trifolium repens), чины луговой (Lathyrus pratensis) 7.
Содержание видов растений в смеси приведено в табл. 3. Норма высева семян составляет 1.5 кг на 100 м2.
Таблица 3 Примерный состав травосмеси, используемой при проведении биологической рекультивации
Наименование Содержание, %
Клевер ползучий 20
Тимофеевка луговая 30
Ежа сборная 20
Овсяница луговая 30
При использовании высоких древесных пород существует риск разрыва со временем геомембранной пленки их мощными корнями после проникновения на большую глубину, поэтому необходимо сажать низкорастущие породы с меньшей корневой системой. Кроме того, подбор древесно-кустарниковой растительности необходимо проводить с учетом природно-климатической зоны.
Характеристика видов древесно-кустарниковой растительности, рекомендуемых для проведения биологической рекультивации
Наименование вида Высота, м Регионы распространения Характеристика вида
Вишня степная (Cerasus Fruticosa Pall.) 0.5-1 (редко до 2) Европа, юго-западные районы Западной Сибири, Казахстан, Республика Башкортостан. Мезоксерофит, засухоустойчив, светолюбив, газоустойчив, нетребователен к почвам. Характерен для лесостепной и степной зоны. Вид ценен для закрепления сухих склонов, откосов и полезащитных полос в смеси с другими кустарниками 8
Облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.) 0.5-3.5 Европа, Молдавия (юг), Украина, Кавказ, Пами-ро-Алай, Забайкалье, Малая Азия, Иран, Китай, Монголия, Республика Башкортостан Гигромезофит. Зимостоек, светлолюбив, нетребователен к почве, часто растет на бедных гумусом галечниках, выдерживает некоторое засоление почвы. Корневая система слабомочковатая, шнуровидная поверхностная. Вид пригоден как почвоук-репитель на песчаных почвах, на откосах, особенно на почвах подверженных ветровой и водной эрозии 5
Клен американский, ясенелистный (Acer negundo L.) до 25 Естественный ареал — леса центральной части Северной Америки, вторичный ареал - Евразия Светолюбив, морозостоек. Нетребователен к почвам. Высокая скорость роста и устойчивость к загрязнению воздуха. Корневая система - в долинах - поверхностная, широкая. Пригоден для защитных и придорожных посадок 5 В юго-западной части РБ является «породой-сорняком».
Терн обыкновенный (Prunus Spinosa) 3.5-4 Европа, Малая Азия, Республика Башкортостан Зимостоек, нетребователен к почве, засухоустойчив, светлолюбив. Применяется для закрепления склонов. Средняя длина корневой системы 1.2м 5
Шиповник собачий (Rosa canina) 1-3 Европа, Средняя Азия, Кавказ, Средний Урал, Западная Сибирь, Республика Башкортостан Светолюбив, морозостоек. Не переносит тяжелых глинистых и каменистых почв; на засоленных почвах развивается плохо. Максимальная длина корневой системы 2.5 м 5
В лесостепных и степных условиях наиболее подходят такие породы, как вишня степная (Cerasus Fruticosa Pall.), облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.), клен американский (Acer negundo L.), терн (Prunus Spinosa), шиповник собачий (Rosa canina) 7. Характеристики данных видов приведены в табл. 4.
Таким образом, в отличие от существующих технологий рекультивации, предлагаемая технология позволяет обеспечить:
1) предотвращение дальнейшего загрязнения глубоких почвенных горизонтов нефтепродуктами, а также капиллярного проникновения нефтяных остатков на поверхность;
2) снижение стоимости рекультивацион-ных работ за счет использования техногенного грунта;
3) захоронение значительного объема загрязненного грунта, образующегося при розливах нефти и ее продуктов на нефтеперерабатывающих предприятиях и являющегося отходом IV класса опасности.
Применение предлагаемого способа рекультивации позволяет возвратить в пользование значительную площадь изъятых земель при достаточно небольших денежных затратах. При этом еще одним его достоинством является то, что процесс рекультивации возможно проводить как одномоментно (беспрерывно при наличии необходимых объемов земли), так и методом приращения (засыпка проводится постепенно).
1. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан.— Уфа: 2010, 2011, 2012.
2. Рабочий проект рекультивации мазутной ямы, расположенной на территории ООО «Битум».— Салават, 2001.— 32 с.
3. Чертес К. Л., Быков Д. Е. и др.// Экология и промышленность России.— 2008.— №6.— С.16.
4. Никонов Д. В. Материалы геосинтетики.— СПб.: А-пресс, 2005.— 150 с.
5. Шадрин Г. Г. Озеление сельских поселков.— М.: Московский рабочий, 1976.— 176 с.
6. РД 39-00147105-006-97. Инструкция по рекультивации земель, нарушенных и загрязненных при аварийном и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов.
7. Нидон К., Петерман И., Шеффель П. и др. Растения и животные. Руководство для натуралиста.— М.: Мир, 1991.— 263 с.
8. Чурангулова З. С. О защитном лесоразведении в Башкирском Зауралье. — Уфа: Министерство лесного хозяйства, природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Башкортостан, 1998.— 92 с.
1. Gosudarstvennyy doklad o sostoyanii prirodnykh resursov i okruzhayushchey sredy Respubliki Bashkortostan.— Ufa: 2010, 2011, 2012.
2. Rabochiy proekt rekul’tivatsii mazutnoy yamy, raspolozhennoy na territorii OOO «Bitum».— Salavat, 2001.— 32 s.
3. Chertes K. L., Bykov D. E. i dr. // Ekologiya i promyshlennost’ Rossii.— 2008.— №6.— S.16.
4. Nikonov D. V. Materialy geosintetiki.— SPb.: A-press, 2005.— 150 s.
5. Shadrin G. G. Ozelenie sel’skikh poselkov.— Moscow: Moskovskiy rabochiy, 1976.— 176 s.
6. RD 39-00147105-006-97. Instruktsiya po rekul’tivatsii zemel’, narushennykh i zagryaznennykh pri avariynom i kapital’nom remonte magistral’nykh nefteprovodov.
7. Nidon K. i dr. Rasteniya i zhivotnye. Ruko-vodstvo dlya naturalista.— Moscow: Mir, 1991.— 263 s.
8. Churangulova Z. S. O zashchitnom lesorazvedenii v Bashkirskom Zaural’e.— Ufa:Ministerstvo lesnogo khozyaystva, prirodnykh resursov i okhrany okruzhayushchey sredy Respubliki Bashkortostan, 1998.— 92 s.
