РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАРА АРНА

Атырауский государственный университет имени Х.Досмухамедова

Махметова Н., Есенаманова М., Абуова А., Есенаманова Ж.

Месторождение Кара Арна было открыто в 1956 году. Промышленная нефтеносность его установлена структурно поисковым бурением в 1956-1957 гг. Первый подсчет запасов нефти был утвержден в ГКЗ СССР в 1961 году. На основании утвержденных запасов в 1962 году была разработана предварительная технологическая схема разработки нефтяных горизонтов месторождения Кара Арна.

В промышленную разработку месторождение было введено в 1974 году на основе технологической схемы, составленной ЦНИЛ ПО «Эмбанефть» в 1973 году. В процессе эксплуатации технологические схемы неоднократно изменялись, в результате чего в процесс добычи нефти были вовлечены все три нефтеносных горизонта.

В настоящее время, на обследованной территории производственная деятельность предприятия не осуществляется. Участок свободен от застроек и не задействован в процессе добычи, транспортировки и переработки нефти. Общая площадь нарушенных земель согласно проведенных исследований составляет 4,247 га (таблица 1).

Таблица 1 - Параметры и географические координаты нарушенных участков

№ участка	Площадь, га	Площадь, м^2	Глубина загрязнения, м	Объем загрязнения, м^3	Объем загрязнения, тонн	Географические координаты участков
						С.Ш.	В.Д.
1	0,41	4100	0,005	20,5	28,085	46° 16’ 09.40”	53° 22’ 49.72”
2	0,023	230	0,01	2,3	3,151	46° 15’ 57.91”	53° 22’ 44.37”
3	2,82	28200	0,15	4230	5795,1	46° 15’ 56.15”	53° 22’ 43.05”
4	0,144	1440	0,005	7,2	9,864	46° 15’ 52.94”	53° 22’ 38.77”
5	0,358	3580	0,13	465,4	637,598	46° 15’ 56.60”	53° 22’ 35.31”
6	0,19	1900	0,1	190	260,3	46° 15’ 56.05”	53° 22’ 32.74”
7	0,18	1800	0,15	270	369,9	46° 15’ 55.64”	53° 22’ 31.294”
8	0,08	800	0,005	4	5,48	46° 15’ 55.07”	53° 22’ 35.52”
9	0,04	400	0,1	40	54,8	46° 15’ 54.53”	53° 22’ 30.48”
10	0,002	20	0,1	2	2,74	46° 15’ 53.12”	53° 22’ 33.37”
	4,247			5231,4	7167,018

Были проведены полевые исследования нефтезагрязненных участков. Было заложено 10 скважин, из которых отбирались почвенные образцы со всей глубины загрязнения. В дальнейшем они были направлены на проведение химических анализов в испытательную лабораторию КГКП «Аналитическая лаборатория по охране окружающей среды», находящуюся в г. Атырау.

В отобранных образцах определялись следующие показатели: содержание гумуса, рН среды, подвижный фосфор, общий азот, емкость катионного обмена, калий, натрий и содержание нефтепродуктов.

Анализы выполнялись в аккредитованной лаборатории по общепринятым методикам.

Исследования показали, что содержание гумуса колеблется в довольно широких пределах от 0,5% в скважине №1 до 5,4% в скважине №7. Но это крайне предельные показатели. В основном, на остальных отобранных участках, содержание гумуса составило 1,1 – 1,3%, что является характерным показателем для почв данного региона.

Показатель рН среды был близок к нейтральному – от 7,5 до 7,9, что тоже характерно для данных почв.

Отмечается высокое содержание подвижного фосфора в образцах, отобранных со всех скважин – от 25,7 до 35,9 мг/кг почвы.

Содержание общего азота для данных почв в пределах от 0,067 до 0,198%.

Очень высокая емкость поглощения установлена в обследованных образцах, что говорит о высокой буферности почвы.

Допустимое содержание нефтепродуктов в почве считается в пределах 1000 мг на кг почвы. Лабораторными анализами во всех отобранных образцах загрязненной почвы было установлено многократное превышение допустимого содержания нефтепродуктов.

В настоящее время существует несколько способов рекультивации нефтезагрязненных земель.

1. Загрязненный нефтепродуктами слой почвы снимается и подвергается термической обработке на специальных установках. При этом нефтепродукты полностью сгорают. Но вместе с ними сгорает и органическое вещество почвы, погибает вся микрофлора и почва превращается в грунт, не пригодный к дальнейшему использованию в сельском хозяйстве.

2. Загрязненный нефтепродуктами слой почвы также снимается и транспортируется на площадки, где он будет, подвергнут биологической очистке с помощью микроорганизмов. Недостатком данного метода является его затратность, связанная с выемкой и транспортировкой загрязненного грунта, строительством карт для микробиологической очистки, затем возврат грунта, планировка и т.д.

3. Третий вид рекультивации связан с микробиологической очисткой на месте загрязнения, является наиболее оптимальным.

Учитывая целевое назначение земель, характеристику почв, природно-климатические условия на месторождении, настоящим проектом предусматривается технический и биологический этап рекультивации, связанный с очисткой почвы от нефтепродуктов. После выполнения технического этапа рекультивации, посев трав при биологическом этапе, не предусмотрен, в связи с тем, что получить всходы культурных многолетних трав практически не возможно. В связи с этим, земли оставляют на самозарастание.

Данная технология позволяет в зависимости от загрязнений и типа почвы производить рекультивацию почвы без сбора, транспортировки, т.е. выемки загрязненного грунта.

Применение цеолитной технологии исключает повторное загрязнение окружающей среды. Токсичные нефтепродукты трансформируются до безвредных соединений. Конечными продуктами очистки являются СО₂ и Н₂О. Технология не имеет побочных негативных воздействий на природную среду.

Данная технология является экологически безопасной, экономически выгодной по сравнению с другими методами.

Проектом предусмотрено проведение рекультивации на месторождении «Кара-Арна» АО «Матен Петролеум» цеолитно-микробиологическим методом в 2 этапа:

- технический этап;

- биологический этап.

На техническом этапе происходит выветривание нефти, испарение и частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности почвы, восстановление микробиологических сообществ, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов, частичное восстановление сообщества почвенных животных. Часть компонентов превращается в твердые продукты, что улучшает водно-воздушный режим почвы. Аэрация и увлажнение почвы в значительной мере способствуют интенсификации этих процессов, снижению концентрации нефти и более равномерному ее рассеиванию.

Технический этап включает в себя:

1. Первичное обследование загрязненного участка, в ходе которого проводится отбор проб почвы для определения количественного содержания нефтепродуктов.

Отбор проб осуществляют с учетом рельефа и степени нарушенности и загрязненности почвенного покрова с таким расчетом, чтобы в каждом случае была представлена часть почвы, типичная для генетических горизонтов или слоев данного типа почв.

Пробы отбирают на исходных участках (не менее 1 объединенной пробы с площади 0,5 - 1,0 га) – данные работы выполнены на этапе проведения почвенных обследований.

Пробы отбираются с соблюдением установленных правил и стандартов. Анализы почвенных образцов проводятся в лабораториях, аттестованных для проведения подобных работ.

2. После максимального удаления свободной нефти проводится планировка загрязненной территории с помощью бульдозера или другой техники.

3. Подготовка участка к проведению рекультивационных работ.

Проводится механическая обработка почвы, используя специализированную технику: вспашка, рыхление, буртование, фрезерование, боронование. Механическая обработка почвы увеличивает объем кислорода, создавая аэробную среду для биоразложения и выветривания легких, наиболее токсичных фракций.

По результатам обобщенных данных исследований и изыскательских работ выполняется расчет норм внесения мелиорантов, минеральных удобрений, бактериальных препаратов в зависимости от уровня нефтезагрязнения и разрабатывается ПСД.

Биологический этап включает в себя:

1. Внесение реагентов, стабилизирующих почвенную кислотность: известь, гипс.

Отличительной особенностью степной и сухостепной зон является недостаточная увлажненность почвы. Обе зоны хорошо обеспечены теплом. В этих зонах распространены солонцовые почвы, требующие гипсования (для нейтрализации щелочности и избытка натрия).

Повышенная щелочная реакция почвенного раствора и избыток натрия вызывают образование почвенной корки, снижают продуктивность почв. Поэтому избыточную щелочность необходимо нейтрализовать гипсованием, т.е. химической мелиорацией, при которой щелочные соли устраняются из почвы.

Нормы внесения гипса 5 т/га.

2. Внесение в почву дефицитных элементов питания: азотных, фосфорных и калийных удобрений

Внесение удобрений проводится с целью интенсификации жизнедеятельности микробных сообществ в почве и увеличения биомассы растений, что, в свою очередь, способствует усилению процессов восстановления плодородия земель. Минеральные удобрения вносят с учетом потребности нефтеокисляющих микроорганизмов в биогенных элементах.

Эффективность органических и минеральных удобрений в засушливых зонах снижается из-за низкой увлажненности почвы.

Поэтому при подготовке почвы для внесения минеральных удобрений особое внимание должно быть обращено на сохранение влаги в почве, придание поверхностному слою мелкокомковатого сложения, выравнивание поверхности. Это достигается дополнительной планировкой, обработкой дисковыми орудиями, боронованием и прикатыванием.

Нормы внесения: азофоска- 5 ц/га.

3. Внесение мелиоранта– природного минерала цеолита

На первом этапе микробиологической очистки загрязненной почвы проводятся работы по повышению биогенности почвы и снижению токсичности нефтяного загрязнения. С этой целью для активизации аборигенной микрофлоры вносится мелиорант-цеолит, обладающий высокой емкостью поглощения.

Природный цеолит, являясь минералом-мелиорантом, одновременно обеспечивает сорбцию нефтяных углеводородов, стимулирует активность углеводородокисляющих и азотфиксирующих микроорганизмов, что обусловливает высокую скорость деструкции нефти.

Для усиления эффекта биопрепаратов их наносят (иммобилизируют) на цеолиты. Цеолиты позволяют защитить прикрепленные клетки нефтедеструкторов от негативных факторов почвенной среды и создать непосредственно в нефтезагрязненном слое почвы высокую концентрацию клеток нефтеокисляющих бактерий. Это позволяет более эффективно и в более короткие сроки провести очистку почв от нефти и нефтепродуктов. Сами по себе цеолиты являются природными минералами алюмосиликатной природы и не несут в своем составе каких-либо токсикантов.

С целью улучшения структуры почвы вносится структуратор – сероцеолитный композиционный материал.

Нормы внесения: цеолит - 15 т/га, сероцеолитный композиционный материал – 5 т/га.

4. Внесение органических удобрений.

Для почв, бедных органическим веществом, целесообразно внесение веществ, для интенсификации сопряженного метаболизма углеводородов сообществом почвенных микроорганизмов, повышающих биогенность грунта.

Нормы внесения органического удобрения: 40 т/га.

5. Внесение биопрепарата «Бакойл-KZ».

Успешная, экологически безопасная рекультивация загрязнений возможна только при применении микробиологического метода с использованием активных культур нефтеокисляющих микроорганизмов.

Для ускорения процесса биодеградации нефти в почву вносятся биологические препараты, имеющие разрешение государственных органов к применению.

Микроорганизмы, входящие в состав биопрепаратов серии «Бакойл-KZ» представлены типичной почвенной микрофлорой, характерной для почв исследуемого региона. Штаммы бактерий и дрожжей после выделения подвергаются селекции и переводятся в чистую культуру для последующего их хранения в коллекции микроорганизмов. На каждый штамм получен акт их непатогенности и нетоксичности. Также штаммы нефитотоксичны. Таким образом, все штаммы бактерий и дрожжей в составе биопрепаратов абсолютно безопасны в экологическом и санитарном отношении.

Применяемый Биопрепарат «Бакойл-KZ-1» состоит из культур - Acinetobacter calcoacethicus 2A, Microbacterium lacticum 41-3, Micrococcus roseus 49, Arthrobacter teregens III, биопрепарат «Бакойл-KZ-2» - состоит из штаммов нефтеокисляющих бактерий Micrococcus roseus 34, Micrococcus roseus 40, Rhodococcus erythropolis 7-A. Микроорганизмы, входящие в состав биопрепаратов «Бакойл-KZ-1» и «Бакойл-KZ-2», адаптированы к природно-климатическим условиям Западного Казахстана и к средам с высокой соленостью (более 4%) и к разной кислотности (рН-5-9), безопасны для почвенного микробиоценоза, так как выделены из нефтезагрязненных почв исследуемого региона.

Для обработки используется рабочий раствор биопрепарата с добавлением минеральных азотных и фосфорных удобрений. После обработки производится фрезерование почвы на глубину загрязнения.

Обработка биопрепаратом проводится с интервалом 2 раза в течение сезона при контроле численности микроорганизмов (гетеротрофных и углеводородокисляющих) в соответствии с инструкцией применения биопрепаратов.

Нормы внесения биопрепарата: 432-672 кг/га в зависимости от степени загрязнения

Показателем эффективности очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами служит снижение концентрации углеводородного загрязнения до безопасного уровня, что обеспечивает процессы самовосстановления почвы. Для подтверждения процедуры обезвреживания готовый грунт подвергают лабораторным исследованиям для определения в нем допустимого уровня загрязняющих веществ.

Выполнение всех технических решений, указанных в проекте, приведет к восстановлению естественного растительного покрова, что благотворно качественно скажется на состоянии окружающей среды прилегающих территорий и облагораживании местности.

Список литературы

1. Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв. Издательство: МГУ, 2004г. Москва, 1993г.;

2. Систематический список и основные диагностические показатели почв равнинной территории Республики Казахстан, Алматы, 1995г.

3. Технические указания по проведению почвенно-мелиоративных и почвенно-грунтовых изысканий при проектировании рекультивации земель, снятии, сохранении и использовании плодородного слоя почв. Алматы, 1993 г.;

4. Экологический Кодекс Республики Казахстан от 9 января 2007 года №212-III (с изменениями и дополнениями