В.М.Волков, С.В.Лушников, С.В.Негодяев, С.Н.Поляков

ООО НТО "Приборсервис"

Введение

Достаточно традиционными (к сожалению) для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов (НП). Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений.
Проблема рекультивации земель и водных объектов в районах разлива нефтепродуктов (РРНП) часто затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеводородокисляющей микрофлоры и естественному самоочищению. В силу высокой затратности как самих рекультивационных мероприятий, так и получения исходных исчерпывающих данных о характере загрязнения и геологии РРНП априорно избранная технология очистки почвогрунтов и подземных вод, как правило, подвергается коррекции. Не удалось избежать этого и на территории нефтехранилища одного из угольных разрезов Кузбасса при проведении рекультивационных работ, рассматриваемых в настоящей статье. Их ход и содержание уже на первом этапе выполнения отличались от запланированных на основании предварительных исследований экологической ситуации и геологии объекта [1]. Нижеприведенная справка по указанным вопросам и истории катастрофы, учитывая новые данные, сохраняет преемственность [1], что избавляет нас от излишней детализации при освещении вопроса.

Вводная часть

Названное нефтехранилище не эксплуатируется уже более 10 лет. Приблизительно в 1992 году в результате аварии из 4000-кубометровой емкости единовременно вытекло на прилегающую технологическую площадку все хранившееся в ней дизельное топливо. До 500куб.м (по разным оценкам) растеклось по ближайшей окрестности и впиталось в грунт. Основным РРНП является площадка размером 80x60кв.м, расположенная на расстоянии около 500м от ближайшей речки, приблизительно в 20м от восточной окраины дачного поселка и отделена от него проходящей в северном направлении автодорогой. На востоке РРНП примыкает к железнодорожной насыпи, за которой на наиболее возвышенном участке находились шесть подземных емкостей. К моменту начала рекультивационных работ они были частично заполнены, подтекали и составляли основной источник вторичного загрязнения РРНП наряду с располагающейся здесь же действующим технологическим участком заправки дизельным топливом. Кроме того, на восточной границе площадки, непосредственно у основания насыпи располагаются четыре нефтеналивные емкости объемом 200куб.м - ныне пустые, но некогда продолжительное время протекавшие.
По западной границе РРНП в соответствии с понижением рельефа проложен придорожный дренажный ров, собиравший подземные и поверхностные воды и отводящий их в поддорожную дренажную трубу на более низкую часть рельефа, где они растекались по поверхности, заливали почвенный слой и рельеф дачных участков и накапливались в понижениях. В пределах самого РРНП, несмотря на систематическую подсыпку щебнем, замазученные пятна постоянно возникали на поверхности. На восточной окраине дачного поселка в двадцати метрах от дороги в непосредственной близости участков имелась яма (далее, дачная яма) глубиной около 1.5м, постоянно наполняющаяся НП.
В геологическом отношении площадка сложена суглинками и глинами мощностью от 5 до 16м, в естественном состоянии не обводненными. Рельеф площадки ровный, практически без возвышений и западин (за исключением искусственной изолированной дрены на юго-востоке РРНП), с явно выраженным уклоном в западном направлении. Поскольку большинство литературных источников и [2], в частности, указывают на возможность значительной глубины проникновения НП по менее дисперсным породам, особенно отложениями речных долин, а таковые в данном случае не были выявлены то это предполагало активный поверхностный сток в сторону дач и речки и неглубокое проникновение НП. В подтверждение последнего имелись вертикальных профили концентрации, полученные при бурении совокупности 15 скважин (положение части из них приведено на рис.2 в качестве ориентиров).
Анализ результатов исследований грунтов, извлеченных из скважин, показал чрезвычайно высокий уровень загрязнения приповерхностных слоев в непосредственной близости от емкостей, расположенных в пониженной части рельефа вдоль линии железной дороги. Это понижение служило накопителем НП от близлежащих емкостей, в том числе из-за линии железной дороги. Оно постоянно заполнялось смесью НП и воды, которые непрерывно фильтровались вниз по рельефу - в западном и южном направлениях. Концентрация НП здесь достигала 55г/кг на глубине 0,5м, а на глубине 1,0 и 2,0 м снижалась до 39г/кг, сохраняясь такой же вблизи северной границы РРНП. Вниз по рельефу в пределах этих глубин содержание НП в грунтах резко снижалось и на границе дач не превышало 3,6г/кг на глубине 1,0м (за исключением окрестности дачной ямы). В целом за пределами РРНП в направлении естественной дрены концентрация НП до 14 раз ниже, чем на основной площадке, но в вертикальном разрезе их распределение неоднозначно. В 7 из изученных 13 профилей на глубине 2,0м содержание НП возрастает по отношению к глубине 1,0м, а в 6 - снижается, однако площадь с высоким загрязнением (более 5г/кг) на глубине 2,0м значительно меньше, чем на глубине 1,0м.
Пространственное растекание НП было наиболее ярко выражено в направлении искусственных дрен (на глубине 1,0м), на глубине 2,0м проявлялось влияние и естественной дрены. Неоднозначный характер распределения НП, очевидно, связан с неоднородностью фильтрационных свойств почвогрунтов. С учетом этой неоднородности можно интерпретировать аномально высокие концентрации НП в окрестности дачной ямы и прогнозировать образование микролинз НП с размерами, меньшими пространственного разрешения сетки использовавшихся скважин.
Анализ общей выборки по пробам, отобранным с глубины более 2,0м, показал, что концентрации НП не менее 5г/кг, для которых в соответствии с рекомендациями В.М.Гольдберга [2] необходимы восстановительные мероприятия, свойственны лишь 6% проб. Неблагоприятная в экологическом отношении зона имеет ограниченную площадь и глубину до 4,0м и совпадает с площадью расположения основных емкостей вдоль железной дороги, имея некоторую вытянутость по потоку подземных вод. Горное пространство, подвергшееся интенсивному загрязнению нефтепродуктами, имеет вид чаши, дно которой с фоновым содержанием нефтепродуктов вблизи источников загрязнения находится на глубине 7,5-10,0 м, а борта - на глубинах 2-4 м.

Запланированные меры по экологической реабилитации

Исходя из выявленных закономерностей распределения НП в почвогрунтах, наиболее целесообразно для экологической реабилитации территории в [1] было предложено выполнить следующее мероприятия:

1. Изоляция открытой дреной действующего технологического участка со сбором поверхностного и подземного стока и его очисткой от НП;
   
2. Расчистка и углубление действующей открытой дрены по западной границе РРНП для сбора поверхностного и подземного стока с его территории;
   
3. Откачка НП, накопившихся на уровне грунтовых вод в юго-восточной части РРНП и в окрестности дачной ямы;
4. Экскавация грунта с содержанием НП до 55г/кг до глубины 2,0м полосой около 5-10м вдоль линии расположения основных емкостей;
5. Последующая биогенная очистка территории со стимуляцией аборигенной микрофлоры внесением питательных веществ и аэрированием через существующие и дополнительно пробуренные скважины.

Устранение вторичного загрязнения РРНП
Работы по экологической реабилитации территории рассматриваемого РРНП производились с мая 2004 года и были начаты с ликвидации одного из источников вторичного загрязнения территории - расположенных за железнодорожной насыпью шести подземных нефтеналивных емкостей. Их демонтаж и вывозка продолжалась до середины июля и сопровождались дополнительными разливами порядка 1 куб.м дизельного топлива и моторных масел. Для захоронения загрязненного грунта из их ближайшей окрестности была найдена котловина, прилегающая к железнодорожной насыпи с восточной стороны. Предварительно бурением разведочных скважин удалось установить, что ее дно устлано водонепроницаемой глиной на глубину не менее 2м, что позволяет надеяться на надежную изоляцию загрязнителя. Вывезенный сюда грунт был перемешан с внесенными удобрениями и отходами угледобывающих предприятий, в качестве сорбента и способствующего аэрации разрыхлителя. Постоянное увлажнение в котловине названной смеси поверхностными водами и осадками создает необходимые условие для ее очистки аборигенной микрофлорой.
Образовавшиеся при удалении емкостей и загрязненного грунта углубления были засыпаны водонепроницаемой глиной в качестве тампонажа вторичного загрязнения со стороны действующего технологического участка заправки.

Изоляция района разлива нефтепродуктов
В остальном ход рекультивационных работ предполагался в соответствии с вышеприведенными рекомендациями [1] за исключением выполнения масштабной экскавации наиболее загрязненных почвогрунтов из полосы, расположенной вдоль линии размещения основных емкостей в восточной части РРНП. Для расстилания в интересах биогенной очистки вынутого в этом случае грунта не хватило бы свободных площадок. Кроме того, было установлено, что в направлении названной полосы происходит масштабное истечение НП, аккумулированных в железнодорожной насыпи, особенно возрастающее в дождливую погоду. Оценка их запасов, как и активное и скорое извлечение проблематично. Естественно, что единовременное удаление всего грунта в упомянутой полосе не решает проблемы реабилитации территории. В этой связи было признано более целесообразным ограничиться вывозом наиболее загрязненного метрового слоя почвы и прокладкой дренажного (восточного) рва для изоляции подземного стока действующего технологического участка заправки и сбора НП и загрязненных ими вод с ближайших окрестностей, включая железную дорогу.
Вслед за восточным рвом и был прорыт южный и углублен западный придорожный рвы на глубину до 4,5м для сбора поверхностного и подземного стока НП и загрязненных вод с территории РРНП и изоляции от него близлежащей окрестности. Аналогичным образом была углублена дачная яма. Поверхностный сбор НП из всех дренажных водоемов осуществлялся в течение всего осенне-летнего сезона и, несмотря на связанные с уровнем выпадающих атмосферных осадков колебания, имела место тенденцию снижения количества собираемых НП. Незначительность парциальной доли воднорастворимых фракций в составе дизельного топлива, равно как и отсутствие близкорасположенных очистных сооружений для обезвреживания загрязненных НП вод обусловили отказ от сбора последних. Взамен для предотвращения выброса НП из придорожного рва в направлении дач на поддорожную сливную трубу было установлено колено, погруженное в дренажные воды ниже уровня поверхностной пленки НП. Для улавливания остаточного загрязнения в виде радужной пленки на выходе трубы устанавливались сменяемые активные боны [3], под сточную струю периодически подсыпался специальный гранулированный алюмосиликат, а также вносились минеральные удобрения по берегам сливного ручья для подкормки камышовой и болотной растительности. Естественно все это сочеталось с непрерывным сбором НП с поверхности всех открытых дрен. В результате сокращения поступления НП уже через несколько дней в сливном ручье наблюдалось активное восстановление водной растительности, а через месяц и в придорожном рве. В последнем случае это совпало со снижением поступления в него НП. К этому времени недельный сбор НП не превышал 100 литров и продолжал падать на протяжении всего сезона. Концентрация НП в водах ручья при этом не превышала 0,58 мг/дм².

Сбор нефтепродуктов
В течение приблизительно недельного промежутка времени, предшествующего заполнению отрытых и углубленного дренажных рвов водами и стабилизации их уровня, на обнаженных берегах рвов удалось наблюдать и зафиксировать горизонты преимущественного дренирования НП. Они совпадали с некогда плодородным слоем толщиной от 0,2 до 0,6м, залегавшего на глубинах от 1,5 до 2,0м между верхним слоем засыпного грунта (преимущественно слабоцементированного песчаника) и подстилающим слоем водонепроницаемых глин. Это наблюдалось во всех открытых дренах за исключением дачной ямы (здесь НП дренировал из слоя синей глины в интервале глубин от 0,7 до 2м). Существенная неоднородность дренирования НП по названному аккумулирующему слою и масштабность их поступления в дренажные котлованы позволила сделать вывод о существовании в РРНП микролинз с запредельными для существования углеводородокисляющей микрофлоры уровнями загрязнения в слое наибольшей аккумуляции НП. Это было подтверждено разведочным бурением по берегам дрен. Буроямные скважины глубиной 2,0м при попадании на микролинзу (как правило, напротив мест максимального истечения в дрену) заполнялись НП, иногда на 70% ее объема без поступления воды в течение нескольких минут. Очевидно, что в этих условиях началу стимулированной удобрениями биогенной очистке РРНП должен был предшествовать спуск НП из микролинз.
Перечисленное побудило нас создать дополнительную дрену для ускорения сбора НП с территории, подлежащей рекультивации. С этой целью от основной емкости, из которой некогда произошел основной разлив дизельного топлива, в направлении скважины №23, в окрестности которой по данным [1] располагался глобальный максимум подземного распределения загрязнения, был проложен на глубину до 2,3 м дополнительный дренажный ров, разделяющий РРНП в меридиональном направлении, (далее центральный ров). Он стал наиболее эффективным и малообводненным сборником НП из полосы глубин от 1,5 до 2 м. Ежесуточное поступление в него НП составляло от 400 в конце июня до порядка 100 литров в середине сентября.
Особые проблемы были связаны с железнодорожной насыпью и прилегающим к нему участком территории РРНП с расположенными на нем емкостями. Здесь из щебневой насыпки наблюдалось непрерывное истечение в направлении восточного дренажного рва значительного количества нефтепродуктов, которое не ослабевало в течение всего сезона и заметно усиливалось во время и после выпадения дождей. Поскольку экскавация в этом районе не допустима, то качестве средства ускорения очистки был применен полив участка водой из восточного рва.
С похожей проблемой мы столкнулись в окрестности дачной ямы. Поступление НП в нее на уровне не менее 100 - 150л в сутки не ослабевало долгое время, несмотря на изоляцию естественной дрены придорожным рвом. В этой связи была проведена разведка бурением 27 скважин на глубину 2м с периодом 1,5м в трех линиях, параллельных автодороге, в предположении о том, что НП аккумулированы в теле некогда существовавшего водотока с территории РРНП в направлении ближайшей речки. Одна линия скважин располагалась за ямой (на удалении 1м от нее), две других между дорогой и ямой на расстоянии 3м и 11м от последней.
Результаты разведки подтвердили выдвинутую гипотезу. Было установлено, что на глубинах свыше 0,7м залегает отложение синей глины шириной 6-8 м, предельно напитанные НП в интервале глубин от 0,7 до 2,0м. Отложение вытянуто в направлении предполагаемого водотока и ограничено по бокам желтой водонепроницаемой глиной, практически свободной от НП. Все скважин в пределах полосы наполнились НП до уровня 0,3м в течение нескольких минут. Напротив, скважины вне полосы остались пустыми на продолжении нескольких дней и грунт, вынутый из них, не имел запаха НП. Дачная яма находилась в пределах этой полосы.
На первоначальном этапе работ пришлось ограничиться спуском этой масштабной линзы НП, в дополнительно проложенные дренажные рвы, и ежедневной откачкой НП.
Для сбора НП из искусственных дрен применялись ассенизационные машины, оборудованные вакуумными насосами. Наиболее эффективно закачка протекала в ветреную погоду, когда поверхностная пленка НП сгонялась ветром в тот или иной конец рва с мелководным "аппендиксом", искусственно организованным для уменьшения захвата спутной воды. Собранные НП сливались в 25-кубовую цистерну и после отстоя вывозились на утилизацию. При закачке из отстойной цистерны их приходилось отфильтровывать от плавающих в них погибших насекомых, птиц и земноводных и просто мусора. Всего за описанный период на утилизацию было сдано 21куб.м нефтепродуктов.
Скапливающаяся в нижней части отстойной цистерны спутная вода выливались на грунт РРНП. При этом вытекавшая из сливного патрубка струя пропускалась через наполненный специальным гранулированным алюмосиликатом мешок из водопроницаемого материала. Образования радужной пленки на поверхности сливаемой воды в этом случае не наблюдалось.

Очистка почвогрунтов, удаленных из района разлива нефтепродуктов
Параллельно с основными работами в РРНП к югу от него на асфальтированной площадке осуществлялась биогенная очистка грунта, удаленного из дренажных водоемов и наиболее загрязненного (с содержанием НП до 55г/кг) участка в восточной части РРНП. После расстилания его слоем 30 см были внесены удобрения и алюмосиликаты по определенной схеме [4,5], а также древесные опилки. В течение всего сезона грунт увлажнялся дождеванием водой из дренажного рва до уровня влажности 70% и еженедельно перемешивался легким бульдозером и обогащался вносимыми опилками. К концу сезона уровень загрязнения снизился до 1,3г/кг.

Очистка почвогрунтов в районе разлива нефтепродуктов
Для проведения запланированной биогенной очистки территории со стимуляцией аборигенной микрофлоры внесением питательных веществ и аэрированием через пробуренные скважины со всей территории РРНП был предварительно удален метровый слой щебня. Это явилось необходимым условием для успешного бурения скважин и доставки минеральных удобрений в полосу глубин присыпанного плодородного слоя, аккумулировавшего НП.
Внесение удобрений на участке, примыкающем к придорожному рву, были начаты после заметного снижения количества поступающих в него НП и приостановлены из-за чрезмерной обводненности территории. Значительная часть пробуренных скважин затягивалось подчас до внесения в них удобрений. Кроме того, практически сразу была обнаружена микролинза с предельно высоким содержанием НП с протяженностью в направлении рва около 2 м, ограниченная чередующимися участками предельно обводненного грунта и водонепроницаемой глины. В этой связи была проведена разведка бурением 60 скважин на глубину 2м с периодом около 1м на 8-метровом удалении от рва, которая выявила еще 2 микролинзы НП, обводненные по сторонам и запертые глиняными замками.
После обезвоживания участка и удаления НП из обнаруженных микролинз спускными канавами, прорытыми на глубину до 2,0м в направлении придорожного рва, внесение удобрений через буроямные скважины было продолжено. Всего было пробурено 180 скважин (с периодом 1м в 3 ряда, разнесенные на 1,5м) на глубину подошвы плодородного слоя. Удобрения (по 5кг азофоски и 3кг аммиачной селитры) высыпались на их дно, присыпались небольшим слоем земли. После этого скважина плотно набивалась древесными опилками, перемешенными с 2кг специального гранулированного алюмосиликата. Предполагалось, что при такой заправке скважин удобрения преимущественно растворятся в водах, омывающих аккумулирующий НП плодородный слой, а утрамбованные и пропитанные удобрениями опилки, предохраняя скважину от затягивания или обезвоживания и не препятствуя ее аэрации, совместно с распределенным по ее объему цеолитом будут сорбировать выступающие НП, улучшая условия жизнедеятельности аборигенной микрофлоры.
Пробным бурением в РРНП, а также в процессе прокладки центрального дренажного рва было установлено, что при отсыпке территории в его окрестности, а также всего участка между ним и восточным рвом использовалась горная недробленая порода (преимущественно слабоцементируемый песчаник) с размерами камней вплоть до субметрового и метрового диапазона. Данное обстоятельство исключало возможность широкого применения бурояма, однако предельно высокая водопроницаемость такого насыпного грунта обеспечило условия для доставки удобрений на глубину аккумулирующего НП плодородного слоя путем внесения их на поверхность участка с последующим транспортом растворами. Для подкормки аборигенной микрофлоры в этих условиях были применены отходы предприятия, содержащие водный раствор аммиачной селитры с концентрацией до 250 г/дм³. Удобрения вносились по схеме [5,6], рассчитанной для данного вида почвогрунтов. Для улучшения впитывания раствора и аэрации участок был взрыт на глубину 1м клыком тяжелого бульдозера и периодически орошался дождеванием.
В результате проведенных мероприятий наметилась тенденция увеличения относительного содержания фракции солярного масла в НП, поступающих во все без исключения дрены в РРНП. Визуально это проявилось в просветлении собираемых НП от характерного цвета дизельного топлива до желтого. Это наряду с появлением в них многочисленных хлопьевидных включений (результата деструкции НП) и активным ростом водной растительности в придорожном рве и указывало на процессы биологической очистки почвогрунтов.

Заключение

По итогам выполнения первого этапа природовосстановительных работ можно констатировать:

1. Устранен основной источник вторичного загрязнения РРНП, а сам район изолирован от такого воздействия из-за железной дороги. При этом он продолжает находиться под остаточным воздействием загрязнения нефтепродуктами, накопленными в железнодорожной насыпи и грунтах ближайшей прилегающей территории. Найден и опробован способ ускорения их очистки. Продолжительность остаточного воздействие в настоящее время труднопрогнозируема из-за отсутствия надежных данных о масштабе загрязнения. Поэтому не исключена вероятность того, что реабилитацию этого участка придется завершать от после окончания работ на основной территории, приняв меры по его надежной изоляции.
2. Прервано распространения НП и загрязненных ими вод из РРНП по наклону рельефа: в южном направлении устройством изолированной открытой дрены и непрекращающимся сбором НП, а и западном минимизацией их сброса в сочетании с мероприятиями по его подавлению до концентраций не более 0,58 мг/дм³.
3. Выполнены мероприятия по снижению вредного воздействия на окружающую среду очага загрязнения на восточной окраине дачного поселка и созданы дополнительные условия для ускорения его обезвреживания. При этом процесс сбора НП пока далек от завершения и стимуляция биогенной очистки преждевременна.
4. Созданы условия для протекания биогенной очистки почвогрунтов на территории РРНП в полосе глубин до 2,0м, выполнены мероприятия по ее стимуляции и установлено начало ее протекания. Следует полагать, что при продолжении сбора дренируемых НП и при стимуляции биогенной очистки территории ее темп будет нарастать.
5. С применением методов стимулированной биогенной очистки выполнено обезвреживание загрязнения почвогрунтов, удаленных из дренажных водоемов, а также с поверхности наиболее загрязненных частей РРНП (со снижением уровня загрязнения с 55 до 1,3г/кг).

Авторы выражают глубокую признательность Ермашовой Н.А. за помощь в проведении работ и

Литература