Состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью и способ очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью

Состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью и способ очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к составам для очистки и способам очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью и может быть использовано для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью в местах нефтедобычи и прохождения нефтепроводов.

В современной сельскохозяйственной практике используются различные методы очистки и рекультивации земель, загрязненных нефтепродуктами и пластовой жидкостью. Известен, например, способ очистки и рекультивации загрязненной почвы, включающий ударное воздействие на почву взрывом с помощью зарядов взрывчатого вещества, помещенных в выполненные в почве лунки (патент РФ №2103076 по кл. В 09 С 1/00, 1/06, А 01 В 79/02, приоритет от 11.04.96 г., опубл. 27.01.98 г., Бюл. №3). Данный метод обеспечивает очистку почвы от загрязнения нефтепродуктами за счет импульсного повышения температуры при взрыве, которое уничтожает летучие компоненты нефтепродуктов, однако задачу очистки почвы, загрязненной пластовой жидкостью, данный метод не решает.

Известен также способ очистки поверхностей от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающий нанесение на загрязненную поверхность торфа, измельченного и термообработанного до насыпной плотности 0,09-0,13 г/см куб., содержащего гуминовые кислоты в количестве 20-30 мас.%, а после нанесения торфа дополнительно наносят водную суспензию углеводороддеградирующих бактерий из рода Rhodococcus, содержащую соли азота, фосфора и калия, при этом расход торфа составляет 0,3-0,7 кг на 1 кг загрязнения, а расход водной суспензии составляет 8-12 кг на квадратный метр поверхности (патент РФ №2104103 по кл. В 09 С 1/10, С 02 F 3/34, С 12 N 1/20, с приоритетом от 22.05.96 г., опубл. 10.02.98 г., Бюл. №4). Данный способ очистки, однако, не обеспечивает очистку почв, загрязненных пластовой жидкостью.

Известен также метод мелиоративного освоения засоленных почв (Бурлака В.А., Милюткин В.А. “Исследование и внедрение в Самарской области технологий мелиоративного освоения засоленных почв”, тезисы докладов 44-й научной конференции преподавательского состава ГСХА, САМАРА, 1997 г., с.22), включающий химическую, агробиологическую и агротехническую обработку засоленной почвы. Химическая обработка включает внесение в почву химического мелиоранта, например гипса, агробиолигическая обработка включает глубокую мелиоративную вспашку, а агротехническая обработка включает фрезерование и дискование верхнего надсолонцового горизонта на глубину 8-10 см с последующим или одновременным рыхлением солонцового и подсолонцового горизонтов на глубину 30-35 см и более. Однако известный метод неэффективен при очистке почвы, загрязненной разливом пластовой жидкости.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки почвы от нефтяных загрязнений по патенту РФ №2175580 по кл. В 09 С 1/10, приоритет от 27.12.99 г., опубл. 10.11.2001 г., Бюл. №31. В известном составе для очистки почвы от нефтяных загрязнений, содержащем нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют активный ил из канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0-8 часов после вывода системы на регенерацию, а в качестве удобрения - навоз при следующем соотношении компонентов, мас.%: активный ил 1-2, навоз 25-35, адсорбент 63-74. Известный способ очистки почвы от нефтяных загрязнений включает ее обработку составом, содержащим нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент, при этом в составе в качестве удобрения используют навоз, в качестве нефтеокисляющих микроорганизмов - активный ил из канализационных очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода, отобранный из распределительной камеры вторичных отстойников через 0-8 часов после вывода системы на регенерацию, при следующем соотношении компонентов, мас. %: активный ил 1-2, навоз 25-35, адсорбент 63-74, один раз в месяц дополнительно производят рыхление загрязненной почвы на глубину 50-55 см, при влажности почвы менее 50% производят ее полив, причем оптимальное по объему количественное соотношение загрязненная почва/адсорбент определяют по расчетной формуле, оптимальное соотношение компонентов выбирают по графику, а оптимальную дозу активного ила выбирают по расчетной формуле и графику.

Известный состав для очистки почвы от нефтяных загрязнений и способ очистки почвы от нефтяных загрязнений обеспечивают эффективную очистку почвы от нефтяных загрязнений, но не обеспечивают полной очистки и рекультивации почвы, загрязненной пластовой жидкостью.

Задачей изобретения является создание состава для очистки почвы, загрязненной пластовой жидкостью, и способа очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью, обеспечивающих максимальную очистку и рекультивацию загрязненных участков в течение 3-4 лет.

Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений, включающей состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью и способ очистки почвы от указанного загрязнения. Состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью включает химмелиорант, адсорбент, органическое удобрение, при этом в качестве химмелиоранта используется, например, гипс, в качестве адсорбента, например, солома злаков или торф, в качестве удобрения - навоз крупного рогатого скота, при следующем соотношении компонентов, мас.%: химмелиорант 3,5-5,7, органическое удобрение 15,7-29,0, адсорбент 67,5-78,6. Данное соотношение компонентов было установлено экспериментально. Способ очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью включает ее обработку указанным составом, причем нанесение состава на загрязненную почву производится послойно, на слои почвы толщиной до 30 см, 30-60 см и т.д., со сдвижкой верхнего обработанного слоя за пределы пятна, а для отвода водных растворов продуктов химических процессов выполняют горизонтальные дренажные кротовины, затем производят вспашку, обеспечивающую перемешивание состава со слоем обрабатываемой почвы, после чего возвращают сдвинутую почву в пятно.

Сущность предлагаемой группы изобретений заключается в том, что с помощью предлагаемого состава для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью и способа указанной очистки обеспечивается улучшение водо- и воздухопроницаемости почвы и создание мульчирующего рыхлого верхнего слоя почвы с целью предотвращения поверхностного испарения влаги, что обеспечивает эффективную и экономичную очистку почвы, а также ее высокие экологические показатели и позволяет восстановить плодородие почвы, загрязненной пластовой жидкостью, за 3-4 года.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 дан разрез профиля пятна загрязненной почвы, на фиг.2 показана расстановка рабочих органов и принцип работы солонцового плуга, например, типа ПТН-3-40А.

Ущерб, наносимый почвенному покрову в местах разлива пластовой жидкости и пластовой жидкости в смеси с нефтью, несоизмерим с разливом чистой нефти. На загрязненных только нефтью участках нефть адсорбируется в слое почвы толщиной 0-20 см, в то время как в местах разлива пластовой жидкости почва деградирует на глубину до 1-2 и более метров. При этом характер загрязнения характеризуется сплошным размещением солей в почвенном горизонте, снижением концентрации солей сверху вниз, расположением пятен по складкам местности. На фиг.1 изображен профиль пятна при загрязнении солями пластовой жидкости на глубину 1,2 м (наиболее часто встречающийся случай). Очистка загрязненного участка почвы с помощью предлагаемого состава для очистки и способа очистки почвы осуществляется следующим образом.

Сначала дисковым культиватором проводится рыхление верхнего слоя загрязненной почвы на глубину 10-12 см. Затем поверхность почвы выравнивается. После этого на выровненную поверхность наносят состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью. Состав включает в себя химмелиорант, например гипс, в количестве до 18 тонн (что находится в пределах 3,5-5,7 мас.%), 250-350 тонн адсорбентов, например остатки растений кукурузы от силосных ям и курганов, торф, измельченная солома, стружка и др. (что составляет 67,5-78,6 мас.%), и 50-150 тонн органических удобрений (т.е. 15,7-29,0 мас.%), например навоза крупного рогатого скота. Оптимальное соотношение компонентов состава выбирается исходя из характера загрязнения конкретного участка. Затем производят двукратное дискование и вспашку отвальными плугами (фиг.1, а, б, фиг.2, а) на глубину до 30 см. После этого бульдозером сдвигают разрыхленный слой почвы за пределы пятна (фиг.1, б). Затем вносят на открывшуюся поверхность пятна состав с расчетным количеством гипса, адсорбентов и органических удобрений (на слой 30-60 см) равномерно по поверхности пятна. Затем щелевателем-кротователем или чизелем на глубину 60-65 см по профилю участка нарезаются кротовины, после чего проводят вспашку обычным или солонцовым плугом, например плугом ПТН-3-40А, в 3-х ярусном варианте со снятыми отвалами корпусов первого яруса, на глубину 48-51 см (фиг.1, в и фиг.2, б, в), обеспечивающую перемешивание состава со слоем обрабатываемой почвы. После этого бульдозером возвращают сдвинутую почву в пятно и выравнивают поверхность (фиг.1, г). Для скорейшего восстановления плодородия почвы целесообразно проводить парование, а в зимне-весенний период - снегозадержание с последующим посевом фитомелиоративной культуры.

Полевые работы необходимо выполнять в сжатые сроки, избегая излишнего иссушения почвы. Работы по внесению предлагаемого состава на поверхность пятна, загрязненного пластовой жидкостью, с последующим двукратным дискованием и вспашкой почвы, ее буртование за пределами пятна позволяет более качественно произвести перемешивание состава с почвой и избежать излишнего переуплотнения почвы после возвращения грунта в пятно. Сдвижка верхнего слоя почвы необходима потому, что обеспечивает более качественное перемешивание состава с загрязненной почвой, возможность более глубокой нарезки кротовин для отвода за пределы пятна растворов легкорастворимых солей, соды и других продуктов, образующихся в результате мелиоративного эффекта. Внесенная в очищаемый слой почвы органика способствует, прежде всего, аэрации почвенного слоя, более быстрой фильтрации влаги, а также более глубокому проникновению корневых систем растений и обеспечению их питательными веществами. Компоненты состава доставляются до загрязненного участка порознь, из разных мест отгрузки, но в пятне на выровненном участке нормируются и смешиваются. Учитывая большие объемы состава, перемешивание производится тракторами бульдозерами типа Т-170 и ковшовыми фронтальными погрузчиками типа ТО-18, ТО-28. Затем состав распределяется по поверхности загрязненной почвы и последующими технологическими операциями тщательно перемешивается с установленным объемом загрязненной почвы. На момент окончания работ вспушенность почвы составляет 18-22 см. Объемная масса почвы снижается с 1,4 г/см куб. до 1,1-0,9 г/см куб., общая порозность возрастает с 44 до 62-68%. Создавшаяся среда в слое почвы толщиной до 80-90 см является достаточно рыхлой, что препятствует подъему влаги из нижележащих горизонтов. В целях получения высокого мелиоративного эффекта данное пятно целесообразно пропаровать, эффективно используя выпавшие осадки. Уход за паром заключается в проведении рыхления поверхности почвы, уничтожении образующейся корки для сохранения влаги в почве. Это лучше производить зубовыми боронами в 1-2 следа или БИГами.

Весной перед посевом фитомелиоративной культуры и после посева производится прикатывание почвы. Кроме того, перед посевом или одновременно с ним необходимо внести 60-80 кг/га азотных удобрений, например аммиачную селитру, имеющую кислую среду, в целях интенсивного развития растений в начальный период. Посев целесообразно проводить узкорядным или разбросным методом и с завышенной в 1,5-1,6 раза нормой высева, обеспечивая быстрое закрытие поверхности поля всходами растений. В качестве фитомелиоративной культуры целесообразно высевать многолетние травы или однолетние культуры с глубоко проникающей корневой системой. Прежде всего это люцерна, козлятник, эспарцет, донник двулетний или однолетний или их смесь, щавель кормовой, кормовая свекла, рожь озимая. После уборки фитомелиоративной культуры все растительные остатки, включая солому ржи и листья свеклы, необходимо вывозить за пределы пятна, поскольку в их составе содержится большое количество солей. По истечении 3-4 лет в данном пятне необходимо провести щелевание-кротование или глубокое чизелевание для рыхления и формирования кротовин и улучшения фильтрации влаги. Основной мелиоративный эффект достигается в первые 2-3 года после проведения работ: в период парования и первого года произрастания фитомелиоративной культуры.

Результаты четырехлетних исследований показали, что при отсутствии в составе для восстановления почв, загрязненных пластовой жидкостью, одного из компонентов при различных сочетаниях доз других очищения почвы, загрязненной пластовой жидкостью, не происходит, что свидетельствует о наличии синергического эффекта. Влияние соотношения компонентов состава на восстановление земель, загрязненных пластовой жидкостью, и на урожайность фитомелиоративной культуры, например донника однолетнего, приведены в таблице.

№ варианта	Наименование компонентов состава	Доля компонентов, мас.%	Средняя урожайность зеленой массы в фазу цветения за 1999-2002 г., ц/га
1	Химмелиорант	2,8
	Адсорбент	83,4	60,0
	Органическое удобрение	13,8
2	Химмелиорант	2,0
	Адсорбент	78,4	140,0
	Органическое удобрение	19,6
3	Химмелиорант	4,4
	Адсорбент	69,5	270,0
	Органическое удобрение	26,1
5	Химмелиорант	5,6
	Адсорбент	66,6	200,0
	Органическое удобрение	27,7
5	Химмелиорант	8,3
	Адсорбент	62,5	110,0
	Органическое удобрение	29,2

Как видно из таблицы, соотношение компонентов состава по 1-му и 5-му вариантам не обеспечивает формирование полноценного урожая фитомелиоративной культуры (донник однолетний). Соотношение компонентов состава в 1-ом варианте недостаточно для создания благоприятных физических свойств почвы прежде всего из-за недостатка адсорбентов и органики, обеспечивающих водно-воздушный режим почвы и питание растений в загрязненной среде. В 5-ом варианте лишь на первом этапе условия для роста и развития растений благоприятны, а в бездождье уже в первой половине лета общая порозность почвы вдвое превышает оптимальные значения, не обеспечивая подтока влаги из нижележащих горизонтов, что ведет к прекращению роста и увяданию растений. Мелкие же поры почвы оказываются закупоренными гипсом, при этом гипс и загрязненная почва из верхних горизонтов перемещаются в слой 27-30 см, процессы мелиорации затрудняются и замедляются. Наиболее эффективным является состав по варианту 3. Это подтверждается и урожайностью, и общим состоянием растений. В годы с повышенными летними осадками, а также в более увлажненных районах оправдано применение варианта 4. В засушливых степных районах, а также в засушливые годы равнозначный эффект дает вариант 2 (в первый год посева). В последующие годы на данных участках отличия по показателям качества и количества урожая с/х культур возрастают не в пользу варианта 2. Для поддержания и улучшения физических свойств почвы необходимо будет внести состав в такой же дозировке и в следующем году, что приведет к необоснованным затратам на выполнение полного цикла работ (около 70% общих затрат).

В 2001 году на землях ООО “Золотая нива” Кинель-Черкасского района Самарской области, на черноземе обыкновенном, загрязненном неоднократными разливами пластовой жидкости с концентрацией водорастворимых токсичных солей до 460 мг в 1 кг почвы, после проведенного обследования для ее очистки внесли состав, состоящий из (гектарные нормы) 18 т известняковой муки, 300 т адсорбентов в виде остатков растений кукурузы от силосных ям (220 т) и мелкоизмельченной пшеничной соломы (80 т), для активизации почвенной биоты и обеспечения питательными веществами, легкодоступными для растений, внесли органические удобрения - по 100 т полуперепревшего навоза крупного рогатого скота в слои почвы до 30 см и 30-60 см. В 2002 году был посеян и выращен ячмень. Урожайность зерна ячменя на восстановленной участке была не ниже, чем на фоновых, а растения по окрасу и ширине листовой пластины выгодно отличались от растений на фоновых участках.

В 2002 году на землях ЗАО “Пахарь” Волжского района Самарской области на площади 4,2 га при содержании токсичных водорастворимых солей до 420 мг/кг почвы и глубине загрязнения слоя более 50 см был внесен в два слоя: до 30 см и 30-60 см состав из следующих компонентов: отсев гипса по 20 т, торф и измельченная солома - 220 т, полуперепревший навоз от крупного рогатого скота по 140 т. В 2003 году на участке с восстановленным плодородием почвы урожайность зерна была выше фоновых участкой более чем на 3 ц/га или 12%, а по качеству зерна не уступала последним.

Изобретение позволяет обеспечить эффективную очистку участков почвы, загрязненных пластовой жидкостью, восстановить в течение 3-4 лет плодородие почвы, обеспечить экологическую безопасность получаемой на очищенных участках сельскохозяйственной продукции.

1. Состав для очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью, включающий химмелиорант, адсорбент и органическое удобрение, отличающийся тем, что указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

Химмелиорант 3,5-5,7

Органическое удобрение 15,7-29,0

Адсорбент 67,5-78,6

2. Состав для очистки почвы по п.1, отличающийся тем, что в качестве химмелиоранта используется, например, гипс.

3. Состав для очистки почвы по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используется, например, солома злаков или торф.

4. Состав для очистки почвы по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического удобрения используется, например, навоз крупного рогатого скота.

5. Способ очистки почвы от загрязнения пластовой жидкостью, включающий ее обработку составом, содержащим органическое удобрение и адсорбент, отличающийся тем, что в указанный состав дополнительно введен химмелиорант при следующем соотношении компонентов, мас. %: химмелиорант - 3,5-5,7; органическое удобрение - 15,7-29,0; адсорбент - 67,5-78,6, обработку загрязненной поверхности указанным составом производят послойно, причем состав наносят на слой почвы толщиной до 30 см, затем слой обработанной почвы сдвигают за пределы пятна, а на открывшуюся поверхность наносят компоненты указанного состава, после этого щелевателем-кротователем или чизелем нарезают в почве кротовины на глубину 60-65 см, а затем производят вспашку на глубину 48-51 см, обеспечивающую перемешивание состава со слоем обрабатываемой почвы, после чего возвращают сдвинутую почву в пятно.