способ рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами

Формула изобретения

Способ рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, включающий одновременное внесение в почву азотных, фосфорных удобрений, природного высокопористого минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы с последующим рыхлением на глубину 25-30 см, дозы азотных удобрений рассчитывают по формуле D=Naz·Kaz, где D - стартовая доза азотного удобрения, кг/га; Naz - показатель отклика азотфиксирующей микрофлоры почвы на внесение нефтепродуктов и минерал-мелиоранта алюмосиликатной природы; Kaz - коэффициент пересчета для конкретного типа почвы, значение которого для темно-серой почвы составляет 20, для торфяной супесчаной - 6, и для дерново-подзолистой среднесуглинистой - 55, отличающийся тем, что одновременно с азотными, фосфорными удобрениями и минералом-мелиорантом алюмосиликатной природы или непосредственно перед фитомелиорацией вносят калийные удобрения в количестве 50-250 кг/га, а в качестве источника азота применяют безаммонийные формы азотных минеральных удобрений и/или медленно высвобождающееся органическое удобрение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами в результате аварий и эксплуатационных потерь при добыче, транспортировке и хозяйственной деятельности человека.

Известен способ рекультивации нефтезагрязненных земель (М.З.Гайнутдинов и др. Рекультивация нефтезагрязненных земель лесостепной зоны Татарии. // Сборник научных трудов. Современные проблемы биосферы. - М.: Наука, 1988. - 177-192 с.). Способ заключается в том, что в загрязненную почву вносятся различные виды минеральных удобрений и навоза, известь и их сочетания на фоне рыхления.

Недостатком способа является большая продолжительность восстановления почвы (при 5%-й степени загрязнения почвы - до 3 лет, при 10%-й - до 4 лет), а также внесение высоких доз минеральных удобрений, что экономически не выгодно.

Наиболее близким способом, выбранным нами за прототип, является способ рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктам (патент РФ №2283195, МПК В09С 1/00, опубл. 10.09.2006 г.), в котором в почву вводят в смеси с расчетными дозами минеральных удобрений также минерал-мелиорант алюмосиликатной природы. Рекультивируемый участок рыхлят на глубину 25-30 см.

Недостатком способа является отсутствие учета влияния различных форм азотных удобрений на течение микробиологических процессов в очищаемой почве и уровень ее остаточной фитотоксичности. Кроме того, применение на первых этапах очистки минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы обуславливает возникновение в почве дефицита калия для растений. Вышеуказанные недостатки значительно снижают эффективность последующих фитомелиоративных мероприятий и продлевает сроки полной детоксикации и восстановления почвы.

Основным техническим результатом предложенного способа является уменьшение уровня фитотоксичности почвы и оптимизация калийного питания растений при достижении степени очистки почвы, максимально возможной для конкретного региона, климатической зоны и типа почвы за счет использования оптимальных доз минеральных и органических азотных удобрений, обладающих пролонгированным действием, а также расчетных доз минеральных калийных удобрений.

Основной технический результат достигается тем, что в способе рекультивации почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, включающий одновременное внесение в почву азотных и фосфорных удобрений, природного высокопористого минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы с последующим рыхлением на глубину 25-30 см, дозы азотных удобрений рассчитывают по формуле D=Naz·Kaz, где D - стартовая доза азотного удобрения, кг/га; Naz -показатель отклика азотфиксирующей микрофлоры почвы на внесение нефтепродуктов и минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы; Kaz -коэффициент пересчета для конкретного типа почвы, значение которого для темно-серой почвы составляет - 20, для торфяной супесчаной - 6 и для дерново-подзолистой среднесуглинистой - 55. Согласно предложенному решению одновременно с азотными, фосфорными удобрениями и минералом-мелиорантом алюмосиликатной природы или непосредственно перед фитомелиорацией вносят калийные удобрения в количестве 50-250 кг/га, а в качестве источника азота применяют безаммонийные формы азотных минеральных удобрений и/или медленно высвобождающееся органическое удобрение.

Способ осуществляется следующим образом. Сухой минерал-мелиорант алюмосиликатной природы разбрасывают по территории в количестве от 1 до 3 т/га в зависимости от степени загрязнения почвы. Одновременно с минералом-мелиорантом алюмосиликатной природы вносят минеральные фосфорные и калийные удобрения, а также минеральное азотное удобрение в безаммонийной форме (калийная, кальциевая селитра) и/или медленно высвобождающееся органическое удобрение (мочевина, навоз, компоста), которое обладает пролонгированным действием. Суммарную стартовую дозу азотного удобрения рассчитывают по формуле D=Naz·К, где Naz определяют разницей уровней потенциальной активности азотфиксации почвы и загрязненного участка после внесения минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы (Виноградский С.Н. Почвенная микробиология, 1952), Kaz - подбирают экспериментальным путем. Для равномерного распределения минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы и удобрений в объеме загрязненного грунта, а также для усиления аэрации проводят рыхление с помощью экологических машин типа ЭМ-М, ЭМ-4М и ЭМ-ЗБМ на глубину не менее 25-30 см, так как при рыхлении на меньшую глубину в рекультивацию не включается весь загрязненный слой. Если степень загрязнения грунта 15% и более, целесообразно провести повторное внесение минерала-мелиоранта с последующим рыхлением. В качестве минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы использовался цеолит и вермикулит различных месторождений.

К фитомелиорации приступают после повторного рыхления почвы путем высева смеси трав (овес, ячмень, тимофеевка, кострец, люцерна и проч.) точный состав которых и доза определяется типом очищаемой почвы, ее кислотностью, наличием признаков засоления и исходным уровнем загрязнения нефтью. В случае высокой (более 10-15%) степени загрязнения и недостаточной по причине фитотоксичности всхожести трав проводят повторный высев после предварительного запахивания трав в качестве зеленого удобрения.

В примерах 1-5 приведены примеры применения предлагаемого способа для различных видов почв.

Пример 1

Исходное содержание нефтепродуктов НП на участке загрязненной темно-серой лесной почвы площадью 1·10⁴ м² составляло 75-80 г на 1 кг почвы, что соответствует 10%-ному уровню загрязнения (от объема почвы). Исходный уровень потенциальной активности азотфиксации почвы (по Виноградскому) на фоновом (незагрязненном) участке составлял 17%. На рекультивируемом загрязненном участке данный показатель возрос до 30%. Внесение минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы (цеолит Шивыртуйского месторождения) в дозе 2,5 т/га способствовало увеличению активности азотфиксации до 75%, что свидетельствует об активном отклике азотфиксирующей микрофлоры почвы на присутствие нефтепродуктов и внесение цеолита (Naz=2,5).

С учетом климатических условий, типа почвы и отклика микроорганизмов-азотфиксаторов на нефтепродукты для расчета стартовой суммарной дозы внесения азотных удобрений (минерального и медленно высвобождающегося органического) коэффициент Kaz составил 17. При этом стартовая доза безаммонийного азотного минерального удобрения (калийной селитры) составила 20-25 кг действующего вещества на 1га, что соответствовало 60-70 кг на 1 га. Стартовая доза внесения медленно освобождающегося органического удобрения (подстилочный навоз КРС) составила 30-35 кг действующего вещества (по азоту), что соответствовало 20-23 т/га. Для оптимизации фосфорного питания углеводородокисляющих микроорганизмов внесли 80-100 кг на 1 га двойного суперфосфата, а для улучшения калийного питания растений - 100-120 кг на 1 га сульфата калия. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхление на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы и удобрений одновременно обеспечивается сорбция нефтяных углеводородов и 5-6 кратное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Уровень фитотоксичности почвы спустя месяц после внесения мелиорирующих компонентов снизился на 85% от исходного состояния, а спустя 2 месяца - почти на 98-99%. Уровень активности азотфиксирующих микроорганизмов на 14 сутки после внесения удобрений и минерала-мелиоранта возрос в 2-3 раза и составил 75-78% от потенциально возможного для данного типа почвы.

Высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов и активность азотфиксации отмечались на протяжении всего первого месяца рекультивации, по истечении которого содержание нефтепродуктов снизилось до 18-20 г/кг почвы, что соответствовало 75%-ной очистке почвы.

Пример 2

Исходное содержание НП на участке загрязненной торфяной супесчаной почвы площадью 1·10 ⁴ м² составляло 80-90 г на 1 кг почвы, что соответствует 10-13%-ному уровню загрязнения (от объема почвы). Микробиологическое обследование фонового участка показало низкий уровень азотфиксирующей активности (по Виноградскому) почвы, соответствующий 10-15%. На рекультивируемом загрязненном участке уровень потенциальной активности азотфиксации возрос до 66%. Внесение минерала-мелиоранта (цеолит Пегасского месторождения) в дозе 2 т/га способствовало увеличению активности азотфиксации до 95-98%, что свидетельствует об активном отклике азотфиксирующей микрофлоры почвы на присутствие нефтепродуктов и внесение минерала-мелиоранта (N=7,5-9,5). С учетом климатических условий, типа почвы и отклика микроорганизмов-азотфиксаторов на нефтепродукты для расчета стартовой дозы внесения минеральных азотных удобрений был использован коэффициент 6, а в качестве безаммонийного азотного минерального удобрения была выбрана кальциевая селитра. При этом стартовая доза кальциевой селитры составила 45-50 кг д.в. на 1 га, что соответствовало 300-360 кг на 1 га удобрения. Для оптимизации фосфорного питания углеводород окисляющих микроорганизмов внесли 120-150 кг на 1 га двойного суперфосфата. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхление на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерал-мелиорант одновременно обеспечил сорбцию нефтяных углеводородов и почти 10-кратное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Уровень активности азотфиксирующих микроорганизмов на 10 сутки после внесения минеральных удобрений и минерала-мелиоранта возрос на порядок и составил 95-98% от потенциально возможного для данного типа почвы. За три месяца рекультивации содержание нефтепродуктов снизилось до 22-26 г/кг почвы. Это соответствует 85%-ной очистке почвы.

Пример 3

Исходное содержание нефтепродуктов на участке загрязненной торфяной супесчаной почвы площадью 1·10 ⁴ м² составляло 100-120 г на 1 кг почвы, что соответствует 15-18%-ному уровню загрязнения (от объема почвы). Микробиологическое обследование фонового участка показало низкий уровень азотфиксирующей активности (по Виноградскому) почвы, соответствующий 7-11%. На рекультивируемом загрязненном участке уровень потенциальной активности азотфиксации возрос до 68%. Внесение минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы (цеолит Пегасского месторождения) в дозе 3 т/га способствовало увеличению активности азотфиксации до 95-99%, что свидетельствует об активном отклике азотфиксирующей микрофлоры почвы на присутствие нефтепродуктов и внесение минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы (Naz=9-13).

С учетом климатических условий, типа почвы и отклика микроорганизмов-азотфиксаторов на нефтепродукты для расчета стартовой дозы внесения минеральных азотных удобрений был использован коэффициент Kaz=7. При этом стартовая доза медленно освобождающегося органического удобрения (модифицированная мочевина) составила 65-67 кг действующего вещества на 1 га, что соответствовало 135-140 кг. Для оптимизации фосфорного питания углеводородокисляющих микроорганизмов и калийного питания растений внесли 150-170 кг двойного суперфосфата и 190-200 кг сульфата калия на 1 га. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхление на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы и удобрений одновременно обеспечивается сорбция нефтяных углеводородов и почти 10-кратное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Уровень фитотоксичности почвы спустя месяц после внесения мелиорирующих компонентов снизился на 95% от исходного состояния, а спустя 2 месяца - почти на 100%. Уровень активности азотфиксирующих микроорганизмов на 14 сутки после внесения минеральных удобрений и минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы возрос на порядок и составил 95 - 98% от потенциально возможного для данного типа почвы.

За 4 месяца рекультивации содержание нефтепродуктов снизилось до 15-20 г/кг почвы, что соответствовало 85-90%-ной очистке почвы.

Пример 4

Исходное содержание нефтепродуктов на участке загрязненной дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы площадью 1·10⁴ м ² составляло 150 г на 1 кг почвы, что соответствует 25%-му уровню загрязнения (от объема почвы). Исходный уровень потенциальной активности азотфиксации почвы (по Виноградскому) на фоновом (незагрязненном) участке составлял 5-6%. На рекультивируемом загрязненном участке данный показатель составил 20%. Внесение минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы (цеолит Щивыртуйского месторождения) в дозе 3,0 т/га способствовало увеличению активности азотфиксации до 36%, что свидетельствует о среднем отклике азотфиксирующей микрофлоры почвы на присутствие нефтепродуктов и внесение цеолита (Naz=1,8).

С учетом климатических условий, типа почвы и отклика микроорганизмов-азотфиксаторов на нефтепродукты для расчета стартовой дозы внесения медленно высвобождающегося органического удобрения был выбран коэффициент Kaz=40. Учитывая высокую степень загрязнения почвы нефтепродуктами, для разрыхления почвенной толщи решено было использовать в качестве органического удобрения подстилочный навоз КРС. При этом стартовая доза навоза составила 80-90 кг действующего вещества (по азоту) на 1 га, что соответствовало 50-60 т/га. Применение в качестве источника азота навоза КРС позволило снизить дозы фосфорных и калийных удобрений. При этом для улучшения фосфорного питания углеводородокисляющих бактерий использовали двойной суперфосфат в дозе 80-100 кг/га, а для оптимизации калийного питания растений внесли 120-150 кг сульфата калия на 1 га. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхление на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерала-мелиоранта алюмосиликатной природы и удобрений одновременно обеспечивается сорбция нефтяных углеводородов и почти 7-8-кратное увеличение численности углеводород окисляющих микроорганизмов. Уровень фитотоксичности почвы спустя месяц после внесения мелиорирующих компонентов снизился на 75% от исходного состояния, а спустя 2 месяца на 80-88%. На всем протяжении периода наблюдений (3 месяца) уровень активности азотфиксирующих микроорганизмов колебался в диапазоне 32-41%. За три месяца рекультивации была достигнута 65-70%-ная степень очистки почвы. Содержание остаточных нефтепродуктов в почве не превышало 45-52 г/кг почвы.

Пример 5

Исходное содержание НП на участке загрязненной темно-серой лесной почвы площадью 1·10⁴ м² составляло 90-100 г на 1 кг почвы, что соответствует 18-20%-ному уровню загрязнения (от объема почвы). Исходный уровень потенциальной активности азотфиксации (по Виноградскому) почвы на фоновом (незагрязненном) участке составлял 32%. На рекультивируемом загрязненном участке данный показатель возрос до 57%. Внесение минерала-мелиоранта (цеолит Чанканайского месторождения республики Казахстан) в дозе 2 т/га способствовало увеличению активности азотфиксации до 68%, что свидетельствует об активном отклике азотфиксирующей микрофлоры почвы на присутствие нефтепродуктов и внесение минерала-мелиоранта (N=2,0-2,4). С учетом климатических условий, типа почвы и отклика микроорганизмов-азотфиксаторов на нефтепродукты для расчета стартовой дозы внесения минеральных азотных удобрений был использован коэффициент (Kaz), равный 20; а в качестве органического удобрения была выбрана мочевина. При этом стартовая доза (D) мочевины составила 40-50 кг д.в. на 1 га, что соответствовало 87-110 кг на 1 га удобрения (мочевины с 46%-м содержанием действующего вещества азота). Для оптимизации фосфорного питания углеводород окисляющих микроорганизмов внесли 100-120 кг на 1 га двойного суперфосфата. Для равномерного распределения внесенных компонентов и улучшения аэрации почвы проводили рыхление на глубину не менее 25-30 см.

Сразу после внесения в почву минерал-мелиорант одновременно обеспечил сорбцию нефтяных углеводородов и 6-кратное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов. Уровень активности азотфиксирующих микроорганизмов на 10 сутки после внесения минеральных удобрений и минерала-мелиоранта возрос в 2-3 раза и составил 70-75% от потенциально возможного для данного типа почвы.

Высокая численность углеводородокисляющих микроорганизмов и активность азотфиксации отмечались на протяжении всего первого месяца рекультивации, по истечении которого содержание нефтепродуктов снизилось до 24 г/кг почвы. Это соответствует 76%-ной очистке почвы.