Введение к работе
Актуальность темы. Проблема охраны окружающей среды приобрела особую остроту в связи с загрязнением почв и водоемов в результате освоения в широких масштабах нефтегазовых ресурсов. В Ханты-Мансийском автономном округе - Югра (ХМАО-Югра) добывается более 50% всей нефти России, что приводит к существенному техногенному воздействию на окружающую среду. Основным объектом воздействия на окружающую среду являются нефтепроводы. На сегодняшний день в округе около 50% трубопроводов эксплуатируется сверх нормативного срока. Только в 2010 г. на нефтепроводах произошла 4371 авария с попаданием в окружающую среду около 5,4 тыс. т нефти (Лопатин и др., 2012).
Отличительными особенностями природных условий региона являются значительная обводненность территории, наличие многолетнемерзлых пород, неблагоприятные природно-климатические условия, обширные проявления экзогенных геологических процессов (заболачивание, пучение, термокарст, солифлюкция, морозобойное растрескивание и др.). Все это не только способствует быстрому распространению нефтяного загрязнения, но и значительно усложняет и удорожает стоимость проведения рекультивационных мероприятий.
Значительный вклад в разработку современных технологий по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на заболоченных землях внесли работы Лопатина К.И., Толстограя В.И., Женихова Ю.Н., Юсупова И.А., Суворова В.И., Зубайдуллина А.А., Суховой И.В., Вершинина Ю.А., Фахрутдинова А.И., Алексеева Т. П., Бурмистрова Т. И., Терещенко Н. Н., Стурман В.И. и др.
Применяемые физические, химические способы очистки от нефти и нефтепродуктов не всегда обеспечивают их полное удаление и, применительно к природно-климатическим условиям ХМАО-Югра, часто не позволяют получать положительный результат. Актуальной при решении задачи рекультивации нефтезагрязненных земель является разработка способов стимулирования активности аборигенной углеводородокисляющей микрофлоры загрязненной почвы, не требующих трудоемких, дорогостоящих операций, связанных с выделением, культивированием и внесением углеводородокисляющей культуры микроорганизмов. Положительный эффект при этом может быть достигнут за счет применения модифицированных торфяных мелиорантов (МТМ), обеспечивающих процессы сорбции и деструкции углеводородов нефти.
Объектом исследования являются нефтезагрязненные заболоченные земли.
Предмет исследования – рекультивация нефтезагрязненных земель с использованием мелиорантов на основе торфяного сырья и осадков сточных вод.
Целью работы является разработка нового мелиоранта на основе торфяного и техногенного сырья и исследование его влияния на процессы сорбции и деструкции углеводородов нефти при рекультивации нефтезагрязненных заболоченных земель.
Для достижения цели были поставлены и выполнены следующие задачи:
-
Проведен анализ влияния нефтедобычи на загрязнение земель на территории ХМАО-Югра.
-
Исследована эффективность различных рекультивационных мероприятий по восстановлению фитоценоза.
-
Выполнено геоэкологическое обоснование возможности и целесообразности использования при рекультивации местных торфяных и техногенных ресурсов.
-
Исследован процесс сорбции нефтепродуктов модифицированными торфяными мелиорантами.
-
Исследован процесс деструкции нефтепродуктов с использованием модифицированных торфяных мелиорантов.
-
Разработана методика прогнозирования продолжительности деструкции нефтепродуктов с применением модифицированного торфяного мелиоранта.
-
Исследован процесс миграции тяжелых металлов в системе «почва - растение» при использовании модифицированных торфяных мелиорантов.
-
Предложена схема выбора технологических мероприятий при рекультивации нефтезагрязненных заболоченных землях с использованием модифицированных торфяных мелиорантов.
Рабочая гипотеза. Посредством выбора рецептуры и методов управления качественными показателями мелиорантов обеспечивается получение модифицированных торфяных мелиорантов, обладающих сорбционными свойствами и деструкцоинной способностью, применение которых позволяет совершенствовать технологию рекультивации заболоченной нефтезагрязненной территории с одновременным решением вопросов утилизации техногенного сырья.
Научная новизна. Впервые были проведены исследования изменений сорбционных свойств торфяных мелиорантов в зависимости от содержания осадков сточных вод. Исследовано влияние на деструкции углеводородов нефти путем внесения модифицированных торфяных мелиорантов с различным содержанием осадков сточных вод. Разработана методика прогнозирования продолжительности деструкции углеводородов нефти с применением модифицированного торфяного мелиоранта. Проведен анализ влияния содержания осадков сточных вод на процесс миграции тяжелых металлов Cu, Ni, Cr, Zn в биомассу растений из модифицированного торфяного мелиоранта при деструкции нефтепродуктов. Предложена схема выбора рекультивационных мероприятий, исходя из сохранности растительности и уровня загрязнения на заболоченной территории.
Практическая значимость. По результатам работы предложен модифицированный торфяной мелиорант на основе верхового торфа с содержанием ОСВ от 25 до 33%, обладающий высокими сорбционными свойствами и деструкционной способностью, позволяющий снизить содержание нефтепродуктов за два летних сезона до значений ПДК торфяных почв при начальном уровне загрязнения до 150 г/кг. Предложены технологические приемы рекультивации нефтезагрязненных заболоченных территорий с использованием модифицированных торфяных мелиорантов, позволяющие сохранить торфогенезный слой загрязненной территории. Представленные исследования обосновывают способ утилизации органических отходов и целесообразность их использования при рекультивации нефтезагрязненных земель.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Геоэкологическое обоснование выбора технологии рекультивации нефтезагрязненных заболоченных земель основывается на геоморфологических, почвенных и гидрологических характеристиках территории с сохранением естественного фитоценоза и возможности и целесообразности использования местных торфяных и техногенных ресурсов.
-
Модифицирование торфа посредством гранулирования и введения осадков сточных вод с последующей искусственной сушкой позволяет получить мелиорант, обеспечивающий эффективность процессов сорбции и деструкции при рекультивации нефтезагрязненных заболоченных земель.
-
Модифицированные торфяные мелиоранты отвечают требованиям по содержанию тяжелых металлов в рекультивационном материале. При фиторекультивации на участках с модифицированными торфяными мелиорантами содержание ионов тяжелых металлов в зеленой массе растений соответствует нормативным требованиям.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались: на 13-й Международной выставке-конференции «Уралэкология – техноген», (2003 г.); на ежегодных международных научно-практических конференциях молодых ученых и студентов в рамках Уральской горнопромышленной декады, г. Екатеринбург (2010-2013 гг.), на ежегодных ученых советах НИИ охраны труда, г. Екатеринбург (2011, 2012, 2013 гг.).
Результаты диссертационного исследования используются в Уральском государственном горном университете на кафедре «Природообустройство» при проведении занятий по учебным дисциплинам: «Рекультивация нарушенных земель», «Мониторинг загрязнения окружающей среды». Материалы исследования включены в монографию «Энерготехнологические способы управления качественными показателями торфяных композиционных материалов» и используются для обучения магистров и аспирантов.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 1 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определяемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, содержащего 144 источника. Объем работы – 132 страницы машинописного текста, в том числе 35 рисунков и 17 таблиц.
Благодарности. Автор выражает особую признательность научному руководителю доценту, доктору технических наук Н. В. Гревцеву за постановку задачи, постоянное внимание и консультации на всех этапах работы над диссертацией. Автор выражает глубокую благодарность коллективу НИИ охраны труда г. Екатеринбурга, лаборатории промышленной экологии за поддержку и оказание содействия при проведении экспериментальных исследований.
Диссертационная работа соответсвует следующему пункту паспорта специальности 25.00.36 «Геоэкология» (науки о Земле – геолого-минералогические науки): п.п. 1.10.
