CC BY
121
К.И.Лопатин
— доктор технических наук, генеральный директор Сибирского научно-исследовательского и проектного института
рационального природопользования
В. И. Толстограй
— консультант по рациональному использованию торфяных ресурсов Сибирского научно-исследовательского и проектного института рационального природопользования
Ю.Н.Женихов
— доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой природообустройства и экологии Тверского государственного
технического университета
В.И. Суворов
— доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии, переработки торфа и сапропеля Тверского государственного
технического университета
В.В.Панов
— доктор технических наук, профессор Тверского государственного технического университета
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ
АННОТАЦИЯ. Традиционно применяемые методы рекультивации нефтезагрязненных биоценозов предполагают активное воздействие (фрезерование, промывку нефтезагрязненного слоя, срезание сильно загрязненных участков, внесение значительных доз агрохимикатов, применение бо-лотоходной техники) и наносят больше вреда, нежели пользы. В качестве альтернативной существующим предлагается разработанная специалистами СибНИПИРП технология, основанная на способности экосистем к самовосстановлению. Суть технологии заключается в локализации разлива, удалении свободной нефти и нанесении на нарушенную поверхность слоя воздушно-сухого торфа.
Traditional methods oil contaminated biocenoses recultivation involve rotary cultivation, contaminated soil washing and cutting away, heavy fertilizing, swamp machinery use, etc. which does a lot of harm. Specialists of the Siberian Research and Engineering Institute of Rational Nature Management offer an alternative technology based on self-restoring capacity of ecosystems. The main principle of the technology lies in oil spills containment, free oil removal and air-dry peat coating of damaged surface.
Почвоведы включают неосушенные торфяные болота в свои классификации. С этим можно мириться, хотя следует помнить, что верхний деятельный слой болота не выполняет те же функции, что и почвенный слой.
Однако включение торфяных болот в почвенные классификации приводит к тому, что на них распространяют технологии рекультивации минеральных почв. Этот подход не имеет научного обоснования и является губительным для торфяных болот.
Минеральные почвы и торфяные болота изначально отличаются целями рекультивации. Цель рекультивации минеральных почв — восстановление плодородия путем создания ре-культивационного или плодородного слоя. Целью рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот является восстановление коренных фитоценозов, возобновление процессов торфообразования и, в конечном счете, обеспечение устойчивого функционирования торфяного болота как экосистемы.
Анализ применяемых способов рекультивации нефтезагрязненных торфяных болот указывает на то, что есть понимание недопустимости применения таких способов, как землевание
песком, взрывы, выжигание. Применение бактериальных препаратов в условиях ХМАО, при низких температурах, при высоких уровнях загрязнения нефтью (более 100 г на кг), при удаленности объектов рекультивации, а также для старых разливов неэффективно.
По данным зарубежных ученых, влияние, оказываемое разливом сырой нефти на торфяные болота, зависит от степени замазучивания нефтью и физического вмешательства. Необратимые последствия загрязнения возникают там, где удален растительный покров или где нефть проникает глубоко в органические слои вследствие механического вмешательства.
В настоящее время при рекультивации нефтезагрязненных торфяных болот используется комплексный агротехнический способ, разработанный Тюменской лесной опытной станцией Всероссийского НИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ) и включенный в Практические рекомендации «Рекультивация нефтезагрязненных земель Ханты-Мансийского автономного округа», изданные в 2000 г. Тюменским государственным университетом. Этот способ был подвергнут научной экспертизе ученых Тверского государственного технического университета и размещен в сети Интернет. Выводы следующие: методы рекультивации, использующие глубокое рыхление и фрезерование, промывку нефтезагрязненного торфяного слоя высоким напором воды, срезку и удаление сильнозагрязненного слоя, внесение значительных доз минеральных удобрений, применение гусеничной болотоходной техники и грядообразовательного оборудования, относятся к чрезвычайно активным. Такие методы приносят больше вреда, нежели пользы. Что означает, например, фрезерование или глубокое рыхление торфяной залежи? Если нефтью загрязнен слой 10 см, то при фрезеровании намеренно увеличивают масштаб загрязнения до 20 см для того, чтобы снизить за счет перемешивания с чистым торфом концентрацию нефти, посеять на торфяном болоте чужеродные ему луговые травы и добиться кратковременных всходов для приемки рекультивированного объекта. Это намеренное уничтожение экосистемы болота.
Какие выходы из создавшейся ситуации? Патентный поиск показывает, что научная и инженерная мысль направлена на разработку новых сорбентов и биопрепаратов, способов очистки, применяющих активные методы воздействия.
На таком фоне выделяется технология рекультивации, предлагаемая СибНИПИРП, названная альтернативной и всесезонной. На технологию получен патент РФ.
Взаимодействие сырой нефти с торфяной залежью рассматривается с позиций физики и химии торфа. Нефть из источника воздействия поступает на поверхность торфяной залежи и по уклону поверхности растекается горизонтально, заполняя пониженные элементы рельефа. При этом происходит и вертикальная миграция нефти. Причем скорость горизонтальной миграции нефти превышает скорость миграции вертикальной. Под действием гравитационных сил нефть, перемещаясь вертикально, заполняет пористую структуру, представленную крупными капиллярами, активными порами, элементами макронеоднородности торфяной залежи. Достигнув уровня болотных вод (далее — УБВ), нефть растекается по горизонту воды. Если поступление нефти на загрязненный участок не прекращается, то, насытив торфяную залежь в слое выше УБВ в районе источника загрязнения, загрязнитель растекается по поверхности залежи в горизонтальном направлении, захватывая незагрязненные участки. При этом нельзя характеризовать степень загрязнения нефти объемом или массой нефти, поступившей на единицу площади (1 м2). Этот показатель не учитывает уровень болотных вод на момент загрязнения и, следовательно, толщину (объем) загрязненного слоя. Например, если в одном случае на 1 м2 поступит 20 л нефти при УБВ, равном 20 см, а во втором — 10 л, но при УБВ, равном 10 см, то степень загрязнения будет одинакова в обоих случаях. Надо относить объем или массу нефти к объему торфа, принявшего загрязнитель, для чего следует фиксировать глубину проникновения нефти.
Наличие свободной нефти в пониженных элементах поверхности является свидетельством полного насыщения слоя торфа.
Поэтому суть альтернативной технологии заключается в локализации разлива, в максимально возможном удалении свободной нефти с поверхности нефтезагрязненного участка щадящими методами. Далее с позиций экологии логичнее оставить поверхность торфяного болота на самовосстановление. Экосистема торфяного болота способна сама справиться с загрязнением. При меньшей степени нефтезагрязнения это произойдет быстрее, при большей — медленнее. Углеводороды частично окислятся и разложатся. Образующиеся «киры» растрескаются, произойдет зарастание. Правда, при самовосстановлении надо помнить, что если после удаления свободной нефти с поверхности УБВ через какой-то период времени будет подниматься (за счет дождевых вод), следствием этого будет станет выдавливание части слабосвязанной торфом нефти на поверхность. Если эту нефть не удалять вновь, то она может стать источником вторичного загрязнения водотоков. Однако процессы самовосстановления продлятся десятки, а то и сотни лет. С позиции эколога это небольшой срок. С позиций экономиста, государственного чиновника, обычных людей этот срок недопустимо большой. Появляются этические и психологические последствия в сознании людей. Если до негативного воздействия поверхность торфяного болота являла собой зеленый красивый пейзаж, то после нефтезагрязнения превратилась в безжизненную черную поверхность. Виновник должен понести наказание, но прежде он обязан восстановить нарушенную поверхность. С учетом этих аспектов альтернативная технология предусматривает нанесение на нарушенную поверхность слоя подсушенного модифицированного торфа с определенными показателями и заданной толщины.
Какие функции выполняет насыпной искусственный засыпной слой, помимо того, что «прячет» загрязнение?
Во-первых, экологическую. При поднятии уровня болотных вод часть нефти, которая находится в крупных капиллярах торфа, в макроструктурных неоднородностях торфяной залежи, будет выдавливаться на поверхность залежи. При этом с дождевыми водами по уклону поверхности выдавливаемая нефть может поступать в водотоки, загрязняя их. По нашим данным, выдавливается до 20% поглощенной торфом нефти. Слой засыпки сорбирует эту нефть, удерживает за счет высокой сорбционной способности и предотвращает ее миграцию. Экологическая функция засыпного слоя связана и с активизацией метаболизма существующих в нефтезагрязненном торфогенном (деятельном) слое микроорганизмов, количество которых обусловлено биохимическим процессом торфообразования; и оно значительно выше, чем у других почв. Через 2—3 года содержание влаги в слое засыпки выравнивается, приближаясь к таковому для неосушенной торфяной залежи, что не препятствует его зарастанию влаголюбивой растительностью. Вместе с тем за этот срок «утепляющее» действие слоя засыпки в отношении микробного ценоза приводит к снижению концентрации нефти в загрязненном слое.
Во-вторых, слой засыпки является искусственным слоем для зарастания коренной растительностью. Важно, чтобы начались торфообразовательные процессы. Загрязненный слой в этом случае, не являясь источником вторичного загрязнения, останется со временем в торфяной залежи небольшой по мощности инородной прослойкой, и не более того. При таком подходе не следует ставить целью снижение остаточного содержания нефти, как критерия приемки, до небольших величин, достичь которых можно лишь применяя активные методы рекультивации.
Здесь мы выходим на необходимость разработки новых критериев приемки рекультивированных торфяных болот.
В настоящее время, в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ от 12.09.2002 г. № 574 и постановлением Правительства ХМАО—Югры от 10.12.2004 г.
№ 466-п утвержден региональный норматив «Допустимое остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ на территории ХМАО—Югры». Для торфяных болотных верховых почв торфяного слаборазложившегося и неразложенного горизонта значение норматива принято равным 60 г/кг воздушно-сухой почвы; для очесного горизонта — 100 г/кг; для иных торфяных горизонтов — 30 г/кг. Норматив для торфяных болотных переходных и низинных почв (торфяной слой) принят равным 20 г/кг. Эти нормативы вошли и в «Типовой технический стандарт» Группы ТНК-ВР. Обоснованием значений нормативов является зарастание поверхности торфяных болот луговой растительностью; научного обоснования, учитывающего специфику торфяной залежи и торфа, отмеченные выше документы не содержат.
На наш взгляд, норматив допустимого остаточного содержания нефти (НДОСН) должен соответствовать такому количеству, которое единица объема верхнего слоя торфяной залежи способна поглотить и удержать, то есть нефтеемкости. При таком содержании нефти не будет выдавливания свободной нефти из крупных пор, капилляров торфа, неоднородностей торфяной залежи на поверхность, не будет миграции нефти в сопредельные среды, то есть обеспечиваются экологические требования к нормативу. Вместе с тем, снижение норматива ниже значения нефтеемкости потребует дорогостоящих методов биоразложения нефти или активных методов воздействия.
Введение понятия нефтеемкости в технологию рекультивации торфяных болот позволит дать ориентировочный прогноз количества удаляемой свободной нефти, определяемого как разность между объемом разлитой нефти и нефти, способной поглотиться и удержаться торфом. Кроме этого, зная нефтеемкость и объем загрязненной торфяной залежи, легко установить количество загрязнителя в торфяной залежи, необходимое для расчета платы за негативное воздействие на окружающую среду.
Важно установить и иные (помимо НДОСН), не менее важные критерии приемки, например, процент зарастания нефтезагрязненной поверхности болотной растительностью. Это отдельные локальные задачи, решение которых требует научного обоснования и практической проверки.
Тверской государственный технический университет с 2005 г. по заказу СибНИПИРП начал полевую проверку альтернативного способа рекультивации. В ходе полевых и лабораторных исследований изучаются микробиологические процессы, динамика концентрации нефти в залежи и в слое засыпки при разных уровнях нефтезагрязнения. Следует отметить положительный эффект от применения новой технологии как по снижению концентрации нефти в загрязненном слое из-за активизации микробиологических процессов, так и по сорбции торфяной засыпкой выдавливаемой нефти и по зарастанию засыпки болотной растительностью.
Таким образом, необходимо:
1) необходимо провести опытную промышленную проверку новой технологии рекультивации;
2) обосновать и принять НДОСН после проведения рекультивационных работ на торфяных болотах;
3) обосновать и принять, помимо НДОСН, критерии приемки рекультивированных торфяных болот.
