Биологическая очистка производственных сточных вод в естественных условиях

          Рекультивация земель - это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.

           Рекультивация земель должна проводиться с учетом местных почвенно-климатических условий, степени повреждения и загрязнения, ландшафтно-геохимической характеристики нарушенных земель, конкретного участка.

            Земельные участки, нарушенные при ремонте трубопроводов, должны быть рекультивированы в первоначальное состояние.

Затраты на рекультивацию земель должны включаться в годовые планы капитального ремонта нефтепроводов.

За порчу и уничтожение плодородного слоя почвы, невыполнение или некачественное выполнение обязательства по рекультивации нарушенных земель, несоблюдение установленных экологических и других стандартов, правил и норм при проведении работ, связанных с нарушением почвенного покрова, юридические, должностные и физические лица несут административную и другую ответственность, установленную действующим законодательство

1. Обследование загрязненных земель

           На участках, подлежащих рекультивации, специалист организации по охране окружающей природной среды совместно с представителем организации, имеющей лицензию на проведение обследования по выявлению деградированных и загрязненных земель [1], проводят почвенно-мелиоративные изыскания и исследования.

         Выбор состава показателей по контролю за загрязненностью и деградацией почв для разработки мероприятий по охране, повышению плодородия и рациональному использованию земель, производится согласно ГОСТ 17.4.2.03-86 [2] и РД 39-0147098-015-90 [3].

Инструментальные почвенно-мелиоративные изыскания и исследования проводятся в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 [4], ГОСТ 17.4.4.02-84 [5], Временными методологическими рекомендациями [6], ГОСТ 28168-89 [7], РД 390147098-015-90 [3].

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 (загрязненных и незагрязненных, нарушенных и ненарушенных) участках (не менее 1 объединенной пробы с площади 0,5-1,0 га).

На каждую пробу заполняют сопроводительную этикетку и составляют «Ведомость отбора проб и химического анализа почв».

Анализы почвенных образцов проводятся в лабораториях, аттестованных для проведения подобных работ.

Общие требования к методам определения загрязняющих, веществ приведены в ГОСТ 17.4.3.03-85 [8]. Оценка устойчивости почв к химическим загрязняющим веществам устанавливается по ГОСТ 17.4.3.06-86 [9].

Почвенно-мелиоративные картограммы составляют по степени нарушенности, содержанию нефтяных углеводородов. Элементарные участки, относящиеся к одной группе, объединяют в один контур и отмечают соответствующим условным обозначением. На каждом контуре обозначают точки отбора проб, площадь контуров, место аварийного порыва, экспозицию.

По результатам обобщенных данных исследований и изыскательских работ выбирается способ рекультивации, выполняется расчет норм внесения химических мелиорантов, бактериальных препаратов и норм посева семян для биологической рекультивации, разрабатывается ПСД.

2. Рекультивация земель, нарушенных при капитальном ремонте нефтепроводов

         При капитальном ремонте нефтепроводов рекультивация для сельскохозяйственных, лесохозяйственных и других целей, требующих восстановления плодородия почв, осуществляется последовательно в два этапа: технический и, при необходимости, биологический [10] .

Технический этап предусматривает планировку, формирование откосов, снятие и нанесение плодородного слоя почвы, устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений, а также проведение других работ, создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап).

Нормы снятия плодородного слоя почвы, потенциально плодородных слоев и пород (лесс, лессовидные и покровные суглинки и др.) устанавливаются при проектировании в зависимости от уровня плодородия нарушаемых почв с учетом заявок и соответствующих гарантий со стороны потребителей на использование потенциально-плодородных слоев и пород. Снятый верхний плодородный слой почвы используется для рекультивации нарушенных земель или улучшения малопродуктивных угодий.

Сроки проведения технического этапа рекультивации определяются органами, предоставившими землю и давшими Разрешение на проведение работ, связанных с нарушением почвенного покрова, на основе соответствующих проектных материалов и календарных планов.

Биологический этап включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы.

Биологический этап выполняется после завершения технического этапа и заключается в подготовке почвы, внесении удобрений, подборе трав и травосмесей, посеве, уходе за посевами.

Биологический этап направлен на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях.

В целях конкретизации приемов рекультивации нарушенность почвенно-растительного покрова сгруппирована в пять степеней:

1-я - растительный и почвенный  покровы уничтожены полностью;

2-я - растительный покров  уничтожен полностью, а почвенный  слой сохранен на 50% площади;

3-я - растительность уничтожена  на 50-80% площади, почвенный покров  сохранен;

4-я - растительность уничтожена  на 20-50% площади, почвенный покров  сохранен;

5-я - растительный покров  уничтожен на площади менее 20%, почвенный покров сохранен.

На рекультивируемых участках трасс обычно присутствуют одновременно 3-4 типа нарушенности и это обстоятельство необходимо учитывать при выборе способов выполнения почвовосстановительных работ.

Виды трав посева и их возможное сочетание должны соответствовать рекомендуемым зональной системой земледелия субъектов Российской Федерации. Травы местного происхождения более приспособлены к местным почвенно-климатическим условиям, поэтому более устойчивы к неблагоприятным воздействиям.

Высеваемые травы должны обладать способностью быстро создавать сомкнутый травостой и прочную дернину, устойчивую к смыву и выпасу скота, быстро отрастать после скашивания. Семена трав, предназначенные для посева, должны соответствовать требованиям стандарта и по посевным качествам быть не ниже II класса.

Семена бобовых трав следует по возможности скарифицировать. Перед посевом семена бобовых желательно подвергнуть инокуляции обработке бактериальными удобрениями (нитрагин).

Слежавшиеся минеральные удобрения перед внесением в почву необходимо измельчить и просеять через сито. В случае припосевного внесения удобрений смешивание их с семенами производится непосредственно перед посевом. Сульфат аммония, аммиачную селитру нельзя смешивать, рассеивать и заделывать в почву одновременно с известью. Суперфосфат и калийные удобрения целесообразно вносить вместе с известью.

Перед проведением биорекультивации нарушенных земель на кислых почвах предварительно проводят мелиоративные мероприятия, в том числе известкование почв. Дозы извести устанавливаются по справочным и нормативным документам, действующим в конкретной почвенно-климатической зоне.

В зависимости от дозы извести определяют способ ее заделки в почву. При внесении извести необходимо равномерно распределить ее по полю, лучше перемешать со всем пахотным слоем почвы. Это может быть достигнуто при заделке извести под культивацию.

При поверхностном внесении извести, дозы должны быть уменьшены до 1/2-1/5 от полной дозы. Малые дозы извести действуют на процесс нормализации кислотности почвы более эффективно в первый год после внесения.

Для известкования почв рекомендуется применять молотый известняк (известковая мука), известковый туф (ключевая известь), торфотуф.

В местах перехода нефтепроводов через ручьи и овраги, наиболее приемлемым является выравнивание поверхности бульдозером вслед за укладкой нефтепровода или заравнивание образовавшихся неровностей. Процесс выравнивания должен сочетаться с формированием водоотводящих земляных валиков и созданием бетонированных водоотводов или канав с постепенным уклоном и укреплением дерниной и другими средствами, особенно на склонах с уклоном более 3 град.

После выравнивания участка бульдозером создаются условия вполне достаточные для проведения предпосевной обработки земель, внесения удобрений и мелиорантов.

На крутых склонах и труднодоступных участках наиболее приемлемым является гидропосев. При отсутствии гидросеялки ее может заменить автомобиль-вездеход для пожаротушения водой. В этом случае смесь воды с семенами необходимо регулярно перемешивать.

Расчет необходимого количеств семян, входящих в травосмесь для рекультивации, производится по формуле

Х = Н × П/D, (кг/га) (1)

где Х - норма посева семян, входящих в травосмесь, кг/га,

Н - процент содержания данного вида в смеси, %,

П - расчетная норма высева кондиционных семян в чистом виде, кг/га,

D - хозяйственная годность семян, %.

Описание технологии биологической рекультивации проводится по четырем объединенным зонам. Система природно-сельскохозяйственного районирования земельного фонда приводится в приложении 8.

3. Технология биологической рекультивации в полярно тундровой зоне

       Если нарушенность почвенно-растительного покрова соответствует I или II степени, планировку поверхности можно проводить бульдозером методом срезки. Для засыпки крупных термокарстовых образований и других пониженных участков трассы используется привозной мелкодисперсный грунт. Затем участок подготавливается для предстоящей засыпки плодородным слоем почв или торфяной крошкой. Для этого необходимо участок перепахать на глубину 20-30 см и прикатать катками весом 150-200 кг.

На подготовленный таким образом участок наносится плодородный слой почвы или торфяно-песчаная смесь равномерным слоем не менее 10 см. Торфяную крошку целесообразно первоначально компостировать с известью, а затем готовить торфяно-песчаную смесь.

Вспашка и дальнейшая обработка почвы проводятся при помощи малогабаритных тракторов, используя зубово-дисковые бороны, культиваторы и зубовые бороны типа «Зиг-заг».

В верхнем слое почвы должна быть измельчена до гранул (комков) размеров не более кукурузного зерна, что достигается перекрестной обработкой легкими боронами и прикатыванием катками весом 75-100 кг.

При нарушениях почвенно-растительного покрова III степени планировку методом срезки проводить нельзя во избежание уничтожения оставшегося почвенного слоя. Сначала проводится подготовка участка для нанесения плодородного слоя почвы (торфяно-песчаной смеси) и выполняются работы рекомендованные при рекультивации участков с I и II степенями нарушенности .

При проведении рекультивационных работ на территории с IV и V степенями нарушенности планировка проводится только подсыпкой плодородного слоя или торфяно-песчаной смеси. Предпосевная обработка в этом случае сводится к разделке вновь внесенной почвы и прикатыванию катками (75-100 кг).

После предпосевной подготовки участки с различной степенью нарушенности практически оказываются в одинаковых условиях, и дальнейшие работы проводятся по единому принципу.

Посев или подсев лучше всего проводить осенью, в сентябре (предснежный). Перед посевом недостаточно влажные почвы следует увлажнить на глубину 10 см. Посев следует проводить в безветренную погоду сеялками или вручную. На протяженных трaссax и склонах можно рекомендовать гидропосев или посев с использованием авиации.

При посеве сеялками семена мельче 1 мм должны высеиваться в смеси с сухим песком в соотношении 1:1 по объему. Семена заделываются на глубину 0,5-1,0 см. После посева почва прикатывается катками весом 75-100 кг. На почвах, образующих корку, прикатывание не производится. Норма высева семян - 50-60 кг/га.

На участках с IV и V типами нарушенности необходимо проводить подсев семян с нормой высева от 20 до 50% от полной нормы.

В случае изреживания растительности на рекультивируемых участках проводится дополнительный подсев.

После схода снега необходимо по мере высыхания засеянной почвы производить регулярные поливы с увлажнением почвы на глубину до 20 см. В среднем расход воды 20-30 м3 на 1 га. В жаркие солнечные дни полив производят утром (до 10 ч.) или вечером (после 19 часов). Полив производят при помощи дождевальных установок.

4. Технология биологической рекультивации в лесотундровой, северотаежной и среднетаежной зонах

       Перед проведением рекультивации нарушенных земель в этих зонах проводят мелиоративные мероприятия: отвод поверхностных вод, планировку поверхности и, при необходимости, известкование (рН<6).

Порядок подготовки участка к посеву определяется его размерами, конфигурацией и крутизной склона. Планировка производится бульдозером.

После планировки создаются условия, достаточные для предпосевной подготовки почвы и проведения посевов. В этих случаях наиболее приемлемым является гидропосев, который предусматривает подбор таких обязательных компонентов, как удобрения, мульчирующие и стабилизирующие вещества, что позволяет получить травостой высоких противоэрозионных качеств в сезон посева без предварительного нанесения плодородного слоя. Посев может выполняться и сеялками различных модификаций для посева трав. Посев производится рано весной, летом или осенью под зиму.

Для указанных зон рекомендуются повышенные дозы органических 50-60 т/га и минеральных удобрений 60-80 кг/га (азота, фосфора и калия).

При посеве на рекультивируемых участках и особенно на склонах с учетом смыва и неблагоприятных условий для прорастания норма высева семян должна быть повышена на 20%.

Посев сеялкой производится вдоль участка, начиная с края или середины. Первый проход для соблюдения прямолинейности рядков следует осуществлять по провешенной линии.

Гидропосев трав осуществляется гидросеялкой. В качестве мульчирующего и стабилизирующего материала могут использоваться отходы целлюлозно-бумажного производства скоп и шламовая масса.

Обычный компонентный состав гидросмеси в расчете на 1 га рекультивируемой площади приведен в таблице 1.

Таблица 1

Нормы скопа и воды для составления гидросмеси

Гидросмесь готовится в емкости агрегата путем перемешивания компонентов до равномерного состояния непосредственно перед посевом.

Готовая смесь наносится на поверхность с помощью гидрометателя, а на более отдаленные от гидросеялки места - с применением пожарного рукава и брандспойта. Для равномерного распределения гидросмеси лучше применять двухкратное ее нанесение с учетом скорости впитывания раствора грунтом. Посев в весенне-летний и осенний периода проводится сразу после ремонта нефтепровода и планировки участка бульдозером.

5. Технология биологической рекультивации в южнотаежнолесной и лесостепной зонах

      Мелиоративные мероприятия в этих зонах сводятся к культурно-техническим: уборке мусора, камней, устранению просадочных трещин и замкнутых понижений, выполаживанию неровностей и т.д. Известкование или гипсование почв проводится на небольших площадях при рН<6.

Подготовка участка к посеву сводится к тщательной обработке почвы. При возможности обрабатывают ее по типу полупара, чтобы вызвать массовое прорастание сорняков с тем, чтобы уничтожить их при последующих обработках. После планировки нарушенных земель на участках проводят, по мере необходимости, боронование, дискование, культивацию, прикатывание и посев. Перед предпосевной обработкой вносят удобрения в следующих дозах: органических 20-30 т/га, минеральных 50-60 кг/га (азота, фосфора, калия).

Нормы высева семян трав на нарушенных землях увеличивают в полтора раза по сравнению с обычными. В двухвидовых смесях компоненты травосмеси берутся в равных соотношениях, а норм высева каждого компонента уменьшается на 20-25% по сравнению с одновидовыми. В трехвидовых смесях бобовые компоненты занимают 30-40% от общего веса, злаковые - 70-60%. В случае гидропосева и посева на склонах норма высева семян с гидросмесью повышается еще в 1,5 раза.

Основной способ посева - посев зернотравяными сеялками рядовым способом. На крутых склонах и труднодоступных участках необходимо применять гидропосев.

1.6.Технология биологической рекультивации в степной и сухостепной зонах

      Отличительной особенностью степной и сухостепной зон является недостаточная увлажненность территории и высокоплодородные 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. Дозы гипса определяются по справочной и нормативной документации, действующей на данной территории.

При подготовке почвы для посева трав особое внимание должно быть обращено на сохранение влаги в почве, придание поверхностному слою мелкокомковатого сложения, выравниванию поверхности. Это достигается планировкой, обработкой дисковыми орудиями, боронованием и прикатыванием.

Эффективность органических и минеральных удобрений в указанных засушливых зонах снижается из-за низкой увлажненности почвы, а повышенные дозы могут оказать даже отрицательный эффект на продуктивность почв. Поэтому в этих зонах рекомендуются следующие дозы органических 30-40 т/га и минеральных 40-60 кг/га удобрений.

Норма высева семян аналогична нормам высева в лесостепной зоне. Посев многолетних трав в данном регионе - преимущественно зернотравяной сеялкой. Лишь на крутых склонах (более 10 град.) необходимо применять гидропосев.

7. Рекультивация земель, нарушенных и загрязненных при аварийном ремонте нефтепроводов

         Процесс рекультивации земель, нарушенных и загрязненных при авариях на нефтепроводах, включает [12]:

удаление из состава почвы нефти;

рекультивацию земель (технический и биологический этап).

Рекультивация загрязненных нефтью земель проводится в несколько стадий, сроки проведения которых должны быть указаны в проекте. Сроки и стадии рекультивации намечаются в соответствии с уровнем загрязнения, климатическими условиями данной природной зоны и состоянием биогеноценоза.

Выделяются два уровня загрязнения:

умеренное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем активизации процессов самоочищения агротехническими приемами (внесением удобрений, поверхностной обработкой и глубоким рыхлением и т.д.);

сильное загрязнение, которое может быть ликвидировано путем проведения специальных мероприятий, способствующих созданию аэробных условий и активизации углеводородоокисляющих процессов.

В табл.2 приводятся степени загрязнения, которые могут изменяться в пределах ±25% в зависимости от местных почвенно-климатических условий.

Таблица 2

Показатели степени загрязнения земель нефтью*

*В таблицу могут быть  внесены соответствующие дополнения  по мере утверждения новых  экологических нормативов, а также  внесения дополнительных требований  территориальных природоохранных  органов по согласованию с Минприроды России.

На сильно загрязненных нефтью участках для ускорения процесса биодеградации нефти могут вноситься биологические препараты, имеющие разрешение государственных служб к применению. Применять препараты следует согласно инструкции по их применению и по технологии, согласованной с местными органами Госкомзема.

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.

Биологический этап включает 2 стадии - пробный посев трав и фитомелиоративный с внесением минеральных удобрений и посевом устойчивых к загрязнению многолетних трав.

При умеренном загрязнении достаточно проводить только технический этап рекультивации в расчете на самоочищение почвы.

В южнотаежнолесной и лесостепной зонах с тяжелыми суглинистыми почвами, для которых опасность ветровой эрозии невелика, необходимо провести рыхление, преимущественно отвальную обработку на глубину до 20 см. Эти участки остаются в течение технического этапа рекультивации в виде пара (пахотный участок без посева). Там, где рыхление может привести к появлению эрозии, на загрязненных нефтью участках проводится поверхностная обработка на глубину 8-10 см с оставлением необработанных полос шириной 2-3 м поперек склонов или направлений господствующих ветров.

В течение техническою этапа необходимо периодически проводить увлажнение загрязненных участков. Это, в первую очередь, касается природных зон - степной и сухостепной. В зимний период в этих зонах необходимо проводить снегозадержание.

Время окончания технического этапа зависит от степени загрязнения и климатических условий. Ориентировочное время окончания первого этапа можно прогнозировать по табл.3.

Таблица 3

Сроки технического этапа рекультивации

На биологическом этапе рекультивации вначале проводится пробный посев трав. Цель этого мероприятия - оценить остаточную фитотоксичность почвы, интенсифицировать процессы биодеградации нефти и улучшения агрофизических свойств почвы, уточнить сроки перехода к заключительной стадии рекультивации.

Перед пробным посевом трав проводится вспашка (на глубину загрязнения), рыхление и дискование. В подготовленную почву высеваются бобовые культуры, возделываемые в данной зоне (горох, люпин, донник, сераделла и др.). Посев и уход за посевами осуществляется по технологии, принятой для данной почвенно-климатической зоны.

 На второй стадии  биологическою этапа спустя 1,5-2,5 года после загрязнения проводится  посев многолетних трав. Он начинается, если пробный посев трав дал  всходы не менее чем на 75% площади. Перед посевом многолетних трав  проводится боронование, внесение  минеральных удобрений, культивация  почвы.

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.

На почвах с повышенной естественной кислотностью (рН<6) после завершения технического этапа рекультивации следует провести известкование. Необходимо учитывать, что органические вещества и микроэлементы, содержащиеся в составе нефти, при определенной трансформации и снижении концентрации до 300 мг нефти на 1 кг почвы могут быть стимуляторами роста растений и пищевыми компонентами для почвенного биогеноценоза.

На подготовленных участках проводится посев многолетних трав. Выбор видов трав проводится исходя из местных почвенно-климатических условий и рекомендаций зональной системы земледелия субъектов Российской Федерации.

Для контроля за восстановлением земель и качеством выращенной биомассы одновременно проводится посев тех же культур по аналогичной технологии на контрольном (незагрязненном) участке в буферной зоне между зоной загрязнения и землями, используемыми для хозяйственных целей. Если зарастание на загрязненном участке составляет не менее 75% площади земель по сравнению с зарастанием на контрольном участке, то рекультивационные работы считаются законченными и участок следует передать землевладельцу.

Зеленую массу возделываемых трав по окончании рекультивации использовать в кормовых целях не рекомендуется. Ее оставляют на рекультивируемом участке и используют в качестве сидерального удобрения (после обработки дисковыми лощильщиками зеленую массу запахивают).

8. Требования безопасности при проведении рекультивационных работ

       Работы по рекультивации земель должны проводиться в соответствии с требованиями «Правил капитального ремонта подземных трубопроводов» [10], РД 39-110-91 «Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на магистральных нефтепроводах» [12], «Правил безопасности при эксплуатации магистральных нефтепроводов» [13], «Правил пожарной безопасности при эксплуатации магистральных нефтепродуктопроводов» [14].

Во время проведения работ необходимо выполнять типовые инструкции по безопасной эксплуатации применяемого оборудования, технических средств и материалов.

Загрязненный нефтью участок земли оконтуривается информационными знаками, запрещающими выпас скота, разведение костров и т.п.

К работе на машинах и агрегатах допускаются лица, прошедшие инструктаж по охране труда, санитарным правилам обращения с удобрениями и другими материалами.

Работа с минеральными удобрениями должна проводиться в спецодежде, респираторах и резиновых перчатках.

Категорически запрещается употреблять в пищевых и кормовых целях растительную продукцию, формирующуюся на загрязненной почве, до окончания периода рекультивации.

Сельскохозяйственная техника транспортируется в нерабочем положении; после завершения работ очищается от грязи, остатков семян, удобрения, промывается водой и хранится под навесом.

Минеральные удобрения хранятся в складах химических реактивов и реагентов отдельно по видам согласно правилам хранения.

Семена высеваемых культур хранятся отдельно от удобрений, реактивов и ядохимикатов.