Введение к работе
Актуальность темы. Предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности являются одними из основных источников загрязнения компонентов окружающей среды, в частности, земель. По оценкам специалистов, в мире ежегодно добывается 2 млрд. 500 млн. тонн нефти, при этом около 45-50 млн. тонн нефти, или примерно 2 % теряется, половина из которой попадает на сушу. В результате хозяйственной и иной деятельности нарушаются естественные процессы самоочищения природной среды, т. е. наблюдается деградация территорий, нуждающихся в восстановлении.
В природоохранной практике существуют различные способы рекультивации нефтезагрязненных почв, ни один из которых не является совершенным. В этой связи актуальна разработка и реализация технологий, позволяющих добиться экологически и экономически приемлемых результатов.
Разработанная технология экологической ремедиации техногенно-нарушенных земель зоны воздействия Волгоградского нефтеперерабатывающего завода является экологически безопасной, экономически эффективной и технологически доступной.
Степень разработанности темы. В СССР в конце 50-х годов XX века зародилось новое научно-практическое направление в области охраны окружающей среды – рекультивация нарушенных земель.
К настоящему времени разработаны и реализованы работы по рекультивации нарушенных земель по следующим направлениям:
- рекультивация химически загрязненных земель;
- рекультивация земель, загрязненных нефтепродуктами и нефтью;
- рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами;
- рекультивация земель, загрязненных пестицидами;
- рекультивация нарушенных земель свалками;
- рекультивация и обустройство полигонов ТБО;
- рекультивация земель, нарушенных при подземных горных работах, при строительстве и эксплуатации линейных сооружений.
Существующие технологии восстановления почв: механические, физико-химические и биологические, как правило, применяются изолировано друг от друга и не являются универсальными. В связи с этим назрела необходимость разработки комплексной технологии ремедиации техногенно-нарушенных земель, позволяющей осуществлять детоксикацию нефтезагрязненных почв, улучшать их физико-химические и биологические свойства.
Цель работы – экологическая ремедиация нефтезагрязненных земель с целью их возврата в хозяйственный оборот на примере зоны воздействия Волгоградского нефтеперерабатывающего завода.
Задачи исследований:
- осуществить аналитический обзор существующих способов, методов, препаратов для рекультивации нефтезагрязненных земель;
- провести исследования экологического состояния почвенного покрова территорий зоны воздействия ООО “ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка”: территории размещения комплекса очистных сооружений (далее – ОС); территории санитарно-защитной зоны (далее – СЗЗ) и территории размещения полигона твердых промышленных отходов (далее – ТПО);
- разработать препараты на основе природных минералов для биоремедиации техногенно-нарушенных земель;
- разработать технологию экологической ремедиации нефтезагрязненных земель, состоящей из двух этапов: биоремедиация и фиторемедиация почв;
- разработать технические и агротехнические мероприятия по реализации технологии экоремедиации земель;
- провести опытно-промышленную апробацию технологий экоремедиации нефтезагрязненных загрязненных земель, отличающихся применяемыми препаратами (один на основе вермикулита, другой – перлита);
- определить наиболее эффективное сочетание препарата и фиторемедианта, используемых в технологии экологической ремедиации нефтезагрязненных земель;
- на основе компьютерного моделирования процессов биоремедиации и фиторемедиации нефтезагрязненных земель получить функции прогнозирования поведения экосистемы при реализации разработанной технологии;
- провести оценку эколого-экономического эффекта от реализации разработанной технологии.
Научная новизна работы:
- впервые разработана технология экоремедиации нефтезагрязненных земель, основанная на двух взаимодополняющих и взаимосвязанных этапах: биоремедиация и фиторемедиация;
- разработана технологическая схема поэтапной реализации технологии экоремедиации техногенно-нарушенных земель;
- для восстановления нефтезагрязненных почв созданы эффективные и инвестиционно привлекательные ремедианты на основе минералов природного происхождения, обладающие высокой скоростью деструкции углеводородов нефти и возможностью очистки земель с очень высоким уровнем загрязнения;
- построены регрессионные модели зависимости процессов биоремедиации и фиторемедиации нефтезагрязненных земель от времени;
- получены функции прогнозирования поведения экосистемы при реализации разработанной технологии экоремедиации.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что:
- результаты диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе кафедры “Мелиорация земель и природообустройство” Волгоградского государственного аграрного университета;
- полученные функции прогнозирования поведения экологической системы могут быть использованы экологическими службами нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий (в том числе и отделом экологии Волгоградского нефтеперерабатывающего завода) при моделировании процессов загрязнения и очистки техногенно-нарушенных земель;
- возможность внедрения разработанной технологии экоремедиации нефтезагрязненных земель рекомендована к рассмотрению на техническом совете ООО “ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка”.
Промышленное применение данной технологии позволит за счет значительного снижения содержания нефтепродуктов в почве улучшить состояние земель в зоне влияния промышленных предприятий, а также за счет восстановления естественного состояния земель сократить площадь нефтезагрязненных территорий.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования основаны на аналитическом обобщении известных научных и технических результатов. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик с последующей компьютерной обработкой с применением лицензированной программы “PTC Mathcad 14.0”. Исчисление размера предотвращенного вреда, причиненного почвам, осуществлялось согласно утвержденной “Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам, как объекту охраны окружающей среды”.
Положения, выносимые на защиту:
- технология экологической ремедиации техногенно-нарушенных земель и принципы ее реализации;
- препарат на основе природного минерала (вермикулита) для биоремедиации земель, загрязненных нефтепродуктами;
- регрессионные модели зависимости процессов биоремедиации и фиторемедиации нефтезагрязненных земель от времени, заключающиеся в применении препарата на основе вермикулита и сахарного сорго.
Степень достоверности и апробация результатов обоснована и подтверждена:
- результатами лабораторных исследований, полученных в аккредитованной лаборатории ООО “ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка”;
- построенными регрессионными моделями зависимости процессов биоремедиации и фиторемедиации земель от времени и функциями прогнозирования поведения экосистемы при реализации комплексной технологии экоремедиации нарушенных земель;
- полученными в ходе проведения регрессионного и корреляционного анализов результатами экспериментальных исследований с применением лицензированной программы “PTC Mathcad 14.0”;
- результатами исчисления размера предотвращенного вреда, причиненного почвам, рассчитанного согласно утвержденной “Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды”.
Научные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях: “Мелиорация в России - традиции и современность” (Москва, 2012 г.), “Интеграция науки и производства. Стратегия устойчивого развития АПК России в ВТО” (Волгоград, 2013 г.), “Актуальные проблемы социально-экономического развития Прикаспийского региона в условиях инновационной экономики” (Элиста, 2012 г.), “Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий” (Астрахань, 2012 г.), “Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф” (Пенза, 2012 г.); на международной научной конференции “Качество внутреннего воздуха и окружающей среды” (Будапешт, 2012 г.).
По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 статьи – в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ, и 1 монография общим объемом – 33,32 п.л. (5,34 п.л. приходятся на долю автора).
