способ рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами

Формула изобретения

1. Способ рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами, включающий интенсивное рыхление, внесение сорбента, химмелиоранта, интенсивный полив дождеванием и высадку растительных культур, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют сухие запрессованные брикеты избыточного ила, при этом отработанные брикеты удаляют из почвы путем просеивания последней на виброситах, в качестве химмелиоранта используют рассыпчатый влажный избыточный ил; при содержании солей в почве более 10 мас.% осуществляют предварительный вывоз и промывку засоленного грунта пресной водой.

2. Способ рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами, по п.1, отличающийся тем, что расход воды на полив дождеванием составляет 450-500 м³/га.

3. Способ рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами, по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительных культур используют растения-галофиты, например амарант, полынь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам рекультивации техногенно нарушенных земель, в частности рекультивации почв, загрязненных минерализованными нефтесодержащими водами, например нефтепромысловыми пластовыми, подтоварными водами.

Известен способ рекультивации засоленных почв путем закладки закрытого дренажа, устройства приточных каналов, подачи на участок промывной воды и отвод ее через дренаж, с последующим высевом на участке семян саликорнии (см, например, Патент РФ № 2324029, C1 E02B 11, опубл. 10.05.2008 бюл. № 13).

Недостатками известного способа являются сложность и трудоемкость реализации предлагаемой технологии. Способ подразумевает использование большого количества привозной пресной воды, а также необходимость утилизации образующихся после промывки дренажных стоков, что удорожает технологию.

Известен способ рекультивации засоленных почв, включающий высев на засоленной почве однолетних растений-галофитов (амарант) с последующей их уборкой (см, например Патент РФ № 2109425, C1 A01B 79, опубл. 27.04.1998).

Недостатками данного способа являются ограниченность применения способа (содержание солей до 3%), низкая эффективность предлагаемой технологии, а также длительность самого процесса расселения.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ рекультивации почв, загрязненных нефтепромысловыми пластовыми водами, задачей которого является рассолонцевание и расселение загрязненных земель (см. Патент № 2095954, А01В 79/00, С09К 17/00, опубл. 20.11.1997). Способ включает интенсивное рыхление, внесение сорбентов, химмелиорантов (гипса, фосфогипса и др.), интенсивный полив дождеванием (1000 м³/га) и высадку кормовых и грунтоукрепляющих культур. Способ позволяет комплексно и относительно быстро произвести расселение верхних почвенных горизонтов.

Недостатками прототипа являются значительный расход привозной пресной воды, при этом соли не удаляются из грунта, а лишь вымываются в нижележащие горизонты, что при поднятии уровня грунтовых вод приведет к повторному засолению. Внесение больших доз гипса или фосфогипса в засоленную почву приводит к образованию значительного количества сульфата натрия, который, вымываясь осенне-весенними осадками, также будет накапливаться в нижележащих горизонтах. Значительная промывка водой приведет к вымыванию в нижележащие горизонты, вместе с нежелательными солями, и всех питательных водорастворимых органических и минеральных веществ, что без последующего внесения органо-минерального удобрения (азото-фосфорные соединения) приведет лишь к дальнейшему опустыниванию территории.

Задача изобретения состоит в том, чтобы, сохраняя быстроту, предотвратить возможность повторного засоления, а также повысить плодородие верхних почвенных слоев после обработки.

Поставленная задача решается тем, что в способе рекультивации почв, загрязненных минерализованными водами, включающем интенсивное рыхление, внесение сорбента, химмелиорантов, интенсивный полив дождеванием и высадку растительных культур, согласно изобретению, в качестве сорбента используют сухие запрессованные брикеты избыточного ила, при этом отработанные брикеты удаляют из почвы путем просеивания последней на виброситах, в качестве химмелиорантов и биоудобрения используют рассыпчатый влажный избыточный ил; в качестве культур используют растения-галофиты, например амарант, полынь и др. Норма расхода воды на полив дождеванием составляет 450-500 м³/га (45-50 л/м²). При содержании солей в почве более 10 мас.% осуществляют предварительный вывоз и промывку засоленного грунта пресной водой.

Начальным этапом реализации технологии является выделение зон с повышенным содержанием солей. Грунт с содержанием солей более 10 мас.% вывозится и многократно промывается пресной водой на специальных установках, до остаточного содержания солей не более 0,1 мас.%. Промытый грунт возвращают обратно, равномерно распределяют по территории и запахивают в верхние слои почвы. Внесение брикетов ила осуществляется легкой спецтехникой на глубину 0-30 см, с последующим обязательным дождеванием пресной водой из расчета 450-500 м³/га (45-50 л/м²). При этом происходит интенсивное перераспределение водорастворимых почвенных ионов с концентрированием последних в брикетах ила. Удаление отработанных брикетов осуществляется путем просеивания почвы на виброситах.

Сухие запрессованные брикеты избыточного ила получают путем штемпельного прессования при давлениях 80-150 атм избыточного ила с влажностью 30-40 мас.%, оптимальные размеры брикетов 50×50×30 мм. Полученные брикеты обладают высокой сорбционной обменной емкостью в отношении многих ионов, в том числе в отношении хлорид-ионов и катионов щелочных металлов. Полученные брикеты устойчивы к механическому воздействию и способны сохранять свою структуру и форму при достаточно длительном контакте с водой (не менее 72 часов) без потери прочностных свойств.

Дальнейшим этапом является внесение в обработанный грунт, в качестве химмелиоранта и биоудобрения, рассыпчатого ила, влажностью 50-70%. Избыточный ил представляет собой ценный органо-минеральный субстрат, содержащий, по сухому веществу, мас.%: веществ белкового происхождения - 50, жиров - 20, углеводов - 8. В иле содержится важные биогенные макро- и микроэлементы. Содержание гумусовых веществ в иле составляет 50 мас.%. Валовое содержание азотно-фосфорных соединений - 3 мас.%, кальция - 2 мас.% [Трубникова Л.И. Утилизация избыточного активного ила предприятий нефтехимии. // Экология и промышленность России. - 2001. - № 8. - 9-11]. Внесение ила способствует повышению плодородия почвы, а кальций, содержащийся в иле, способствует замещению и последующему выщелачиванию остаточного количества ионов натрия из почвенных коллоидов.

Завершающим этапом является высадка растений-галофитов, способных накапливать в своей массе значительное количество солей. Семена высаживают весной, с повышенной на 20-30% нормой высева, в конце вегетационного периода выросшие растения скашивают и удаляют за пределы обрабатываемой территории.

На фиг.1 представлена зависимость величины остаточного содержания хлорид-ионов от времени контакта брикетов ила с засоленной почвой.

На фиг.2 представлена диаграмма эффективности снижения содержания хлорид-ионов в модельных образцах в зависимости от времени проведения рекультивации.

На фиг.3 представлена зависимость степени очистки реальных образцов засоленной почвы, отобранных на территории ООО «Оренбурггаздобыча», от времени проведения рекультивации.

Пример 1. Для проведения опыта готовили четыре емкости с почвой, размерами 60×60×30 см. В емкости вносились водные растворы хлорида натрия. Конечная концентрация солей в модельных образцах почвы после перемешивания составила 1, 5, 10 и 15 мас.%. В приготовленную почву вносились запрессованные брикеты ила из расчета 100 г ила на 1 кг почвы. Почву обильно увлажняли (50 л/м²). Брикеты выдерживали в почве в течении 3 суток. Опыты проводились в лабораторных условиях при комнатной температуре. Снижение концентрации солей определяли по снижению концентрации хлорид-ионов в почвенных образцах. Концентрацию хлорид-ионов определяли путем титрования почвенных вытяжек раствором азотнокислого серебра [ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке]. Отбор проб осуществляли каждые 12 часов. Результаты исследования представлены на фиг.1.

Как видно из фиг.1, избыточный ил способен активно сорбировать хлорид-ионы из почвенных растворов, при этом наибольший эффект наблюдается в первые сутки. Степень очистки почвы за сутки от данного иона при исходных концентрациях 1, 5, 10 и 15 мас.% составила соответственно 89%, 76%, 70% и 67%.

Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Брикеты ила выдерживались в почве в течение суток, после чего их удаляли путем просеивания почвы на вибросите. Далее в обработанную почву в качестве химмелиоранта и биоудобрения вносили рассыпчатый влажный избыточный ил и высаживались однолетние растения-галофиты из семейства амарантовых (Salsola collina и Salsola ruthenicd). Культивирование проводили на открытом воздухе в течении 120 суток, отбор проб осуществлялся каждые 30 суток. Периодически, по мере необходимости, осуществлялся полив пресной водой, из расчета 1,5-2 л/м². Результаты исследования представлены на фиг.2.

Как видно из фиг.2, внесение ила и высадка растений-галофитов позволила снизить остаточное содержание хлорид-ионов в среднем более чем в два раза. При этом наибольший эффект достигается за счет сорбции хлоридов брикетами избыточного ила. Высадка растений-галофитов эффективна при содержании солей менее 5%. При концентрации солей более 10 мас.% целесообразна предварительная промывка почвы пресной водой.

Пример 3. Исследование проводили на модельной установке с реальными образцами грунта, отобранными с участка, подвергшегося техногенному засолению (территория ООО «Оренбурггаздобыча»). Исходное содержание хлоридов изменялось в пределах от 0,5 до 13 мас.%. Рекультивация загрязненного участка производилась в несколько этапов.

Начальным этапом рекультивации являлось выделение зон с повышенным содержанием солей. Грунт с содержанием солей более 10 мас.% вывозился и многократно промывался пресной водой до остаточного содержания солей не более 0,1 мас.%. Промытый грунт возвращался обратно, равномерно распределялся по территории и запахивался в верхние слои почвы (25-30 см). Внесение брикетов ила осуществлялось на глубину до 30 см, с последующим дождеванием пресной водой из расчета 500 м³/га. Брикеты ила выдерживали в почве в течение суток, после чего удаляли путем просеивания почвы на вибросите. В обработанную почву вносили рассыпчатый влажный избыточный ил из расчета 40-45 т/га и засевали культурой Salsola collina, с повышенной на 20% нормой высева. Периодически, по мере необходимости, осуществлялся полив пресной водой до полной влагоемкости. Рекультивацию проводили в течение 120 суток на открытом воздухе, отбор проб осуществляли каждые 30 суток. Результаты представлены на фиг.3.

Как видно из фиг.3, использование данной технологии позволяет за 120 суток рекультивации достичь уровня ПДК для хлорид-ионов.

Таким образом, предлагаемая технология является эффективной для рекультивации минерализованных почв.