СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОЧВ И ГРУНТОВЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ
METHOD FOR PROTECTION OF GROUNDS AND GROUNDWATER AGAINST CONTAMINATION WITH OIL AND OIL PRODUCTS

Изобретение относится к способам защиты почв, грунтов и грунтовых вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, в частности к способам создания противофильтрационных экранов при строительстве нефте- и продуктохранилищ, нефтепроводов, шламонакопителей и др.
Известны способы ограничения движения жидких загрязнителей в почвах и грунтах путем создания твердых или жидких противофильтрационных экранов, которые могут быть как совершенно непроницаемыми, так и полупроницаемыми.
Твердые противофильтрационные барьеры создаются либо на основе растворов (суспензий) химических реагентов, способных к отверждению, либо на основе суспензий, способных кольматировать поровое пространство почв и грунтов.
Известен способ создания противофильтрационного барьера с использованием водных композиций химических реагентов, способных образовывать гель, или водных суспензий портландцемента (патент США №5002431, опубл. 26.03.1991).
Известен способ обработки почвы, предусматривающий использование сшитого вспененного полимерного геля для блокирования потока мигрирующей жидкости (патент США №5462390, опубл. 31.10.1995). Образующийся защитный экран, как и в предыдущем способе, практически полностью прекращает миграцию как гидрофильных (водных), так и гидрофобных (углеводородных) жидкостей.
Известен способ создания противофильтрационного экрана путем кольматации порового пространства почв и/или грунтов смесью глинистого грунта, отходов горнодобывающей промышленности в воде (авт. св. СССР №1749349, опубл. 23.07.1992).
Все указанные способы приводят к образованию экранов, полностью или частично непроницаемых для жидких флюидов, в том числе для воды и водных растворов. Это вызывает изменение водно-физических свойств почв и грунтов и, как следствие, их водного режима. В результате, может происходить переувлажнение и заболачивание почв и почвогрунтов. Это приводит к потере почвенного плодородия вследствие угнетения аборигенной микрофлоры и фауны.
Известны способы предотвращения миграции жидких флюидов путем создания гидравлического барьера (патент Российской Федерации №2141441, опубл. 20.11.1999; патент США №6688812, опубл. 10.02.2004). Барьер образуется за счет нагнетания воды через систему труб или скважин в зону, охватывающую источник загрязнения. Недостатками этих способов являются необходимость инженерного оборудования участка, подлежащего обработке; постоянное поддержание необходимого давления в гидравлической завесе; резкое возрастание обводненности обрабатываемых почв и грунтов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, в котором гидрофобный жидкий экран, предназначенный для блокирования вертикальной миграции загрязнителей, осуществляется на основе действия капиллярных сил (патент США №5988950, опубл. 23.11.1999). В почве создается система, состоящая из самой почвы и гидрофобного вещества, которое поступает в капиллярные поры, таким образом формируя в них барьер, предотвращающий восходящую миграцию загрязнителей, переносимых водой, через почвенные капиллярные поры. К сожалению, этот барьер не блокирует гидрофобные загрязнители. Более того, он сам может вызывать вторичное загрязнение почв и грунтовых вод, так как для его создания в качестве барьера используются опасные для окружающей среды материалы (нефтяные и минеральные масла).
Целью изобретения является создание барьера, предотвращающего нисходящую миграцию гидрофобных загрязнителей в почвах и грунтах.
Результат достигается внесением в почву природных минеральных и органических сорбентов, обладающих высокими водоудерживающими свойствами за счет капиллярных и сорбционных сил, с последующим увлажнением почвенной (грунтовой) среды до состояния полевой влагоемкости. Дальнейшее поддержание состояния полевой влагоемкости среды должно осуществляться периодическим увлажнением поверхности почвы (грунта) с частотой, определяемой интенсивностью и количеством естественных осадков.
Создаваемый барьер блокирует нисходящую миграцию жидких и летучих гидрофобных флюидов в нижние слои почвы и грунтовые воды, но остается проницаемым для воды и водных растворов. В сравнении с аналогами, создаваемый по предлагаемому способу барьер обладает следующими преимуществами: высокой эффективностью удерживания гидрофобных загрязнителей, сохранением водно-физических свойств почвы (грунта), низкой стоимостью и экологической безопасностью, поскольку для его осуществления используются дешевые и экологически безопасные материалы, а затраты на реализацию метода невелики.
Эффективная иммобилизация гидрофобных загрязнителей сорбционно-капиллярным барьером достигается благодаря двум эффектам:
а) увеличению гидравлического сопротивления водонасыщенной почвенной среды по отношению к фильтрации гидрофобных жидкостей вследствие внесения сорбентов в почву и
б) высокой сорбционной емкости внесенных сорбентов по отношению к гидрофобным загрязнителям по сравнению с почвой (грунтом).
В предлагаемом способе используются такие минеральные сорбенты, как цеолиты, глины и диатомиты, и такие органические сорбенты, как торф, целлюлоза, лигнин, древесные опилки, измельченная кора, солома, биомасса культурных и дикорастущих растений, резиновая крошка.
Способ осуществляется следующим образом. В верхний (0-25 см) слой почвы (грунта) вносятся минеральные и/или органические сорбенты. Затем влажность среды доводится до состояния полевой влагоемкости путем поверхностного увлажнения.
В соответствии с предлагаемым изобретением сорбенты вносятся в почву по трем схемам.
По Схеме №1 (Фиг.1) предлагается использование только минеральных сорбентов, которые вносятся в верхний (0-25 см) почвенный слой (2) (h=25 см) почвы (1) в виде смеси с исходной почвой при соотношении сорбент/почва от 1:99 до 1:2. Внесение сорбентов производится одним из двух способов: запахиванием с последующим боронованием либо укладкой смеси предварительно снятой почвы (слой 0-25 см) с сорбентами.
В соответствии со Схемой №2 (Фиг.2) слой органического сорбента (4) (h=5-20 см) помещается под верхним слоем почвы (1). Для этого предварительно удаляется верхний слой почвы на глубину 5-20 см, затем укладывается слой органического сорбента, на который сверху укладывается ранее снятый слой почвы.
Применения схем №1 и №2 достаточно для полного удерживания гидрофобных загрязнителей в слое 0-25 см глинистой или суглинистой почвы.
Комбинированная Схема №3 (Фиг.3) включает создание верхнего слоя (2) из смеси минерального сорбента с почвой при соотношении сорбент/почва от 1:99 до 1:2, а также слоя органического сорбента (4). Здесь h=25 см - толщина общего слоя сорбентов двух различных типов. Сорбенты вносятся следующим образом: а) предварительно удаляется верхний слой почвы на глубину 5-20 см, который смешивается с минеральным сорбентом в выбранном соотношении, б) затем укладывается слой органического сорбента толщиной 5-20 см, в) на слой органического сорбента укладывается подготовленная смесь почвы с минеральным сорбентом. Схема №3 рекомендуется для легких (супесчаных) почв.
Увлажнение почвы водой (3) до достижения состояния полевой влагоемкости производится вне зависимости от использованной схемы. При таком способе образуется гидрофильный капиллярный барьер в поровом пространстве внесенных сорбентов, который препятствует нисходящей миграции гидрофобных загрязнителей в почвах (грунтах).
Пример 1 (соответствует Схеме №1).
2
В полевом стационарном лизиметре, заполненном выщелоченным черноземом, удаляли верхний слой почвы толщиной 25 см, который смешивали с цеолитсодержащей породой Татарско-Шатрашанского месторождения, республика Татарстан (содержание минералов: клиноптилолит - 12%, монтмориллонит - 20%, кварц - 18%, кальцит - 18%, опал/кристобалит - 26%), в соотношении 99:1. Смесь возвращали на место удаленной почвы и увлажняли до состояния полевой влагоемкости. Затем на поверхность увлажненной почвы наносили смесь жидких углеводородов (дизельное топливо) в количестве 15 л/м. Через 6 месяцев из лизиметра отбирались образцы почвы на различных глубинах. Содержащиеся в почвенных образцах углеводороды экстрагировали четыреххлористым углеродом. Содержание углеводородов в экстракте анализировали методом газожидкостной хроматографии. Начиная с глубины 15 см присутствие углеводородного загрязнителя не обнаруживали.
Пример 2 (соответствует Схеме №2).
В полевом стационарном лизиметре, заполненном выщелоченным черноземом, удаляли верхний слой почвы толщиной 15 см. На образовавшуюся поверхность помещали слой резиновой крошки на основе каучука СКМС30-АРКМ15 (размер частиц менее 2,0 мм) слоем толщиной 10 см. На его поверхность укладывали ранее удаленный слой выщелоченного чернозема. Почву увлажняли до состояния полевой влагоемкости. Загрязнение поверхности и анализ углеводородов проводили аналогично Примеру 1. Начиная с глубины 25 см присутствие углеводородного загрязнителя не обнаруживали.
Пример 3 (соответствует Схеме №3).
В полевом стационарном лизиметре, заполненном дерново-подзолистой почвой, удаляли верхний слой почвы толщиной 15 см. На образовавшуюся поверхность помещали слой верхового торфа (размер частиц менее 5,0 мм) слоем толщиной 10 см. На его поверхность укладывали ранее удаленный слой дерново-подзолистой почвы, смешанной с глиной Бикляньского месторождения, республика Татарстан (содержание монтмориллонита - 90%), в соотношении 5:1. Почву увлажняли до состояния полевой влагоемкости. Загрязнение поверхности и анализ углеводородов проводили аналогично Примеру 1. Начиная с глубины 25 см присутствие углеводородного загрязнителя не обнаруживали.