Разработка месторождений нефти и газа оказывает значительную техногенную нагрузку на экологическую обстановку. Особую опасность представляет буровой шлам, который образуется при бурении скважин. Он в больших количествах складируется в шламовых амбарах, занимающих площадь до 2500 квадратных метров. Высокое содержание в отходах нефтедобычи различных солей приводит к засолению грунтов, поверхностных и подземных вод, что, в свою очередь, оказывает негативное влияние на почвенный и растительный покров. Сегодня активно изучается экологически безопасный способ восстановления земель методом фиторемедиации. Он основан на извлечении загрязняющих веществ из техногенных почвогрунтов при помощи специально подобранных растений. Ученые Пермского Политеха изучили возможность применения такой технологии для преобразования шламовых амбаров в природные экосистемы.
Статья опубликована в сборнике «Геоэкология и рациональное недропользование: от науки к практике», 2024 год. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проект FSNF-2020-0021).
Буровой шлам – это измельченная горная порода, которая загрязнена остатками химического раствора, применяемого при бурении скважин. Отходы собираются и хранятся в зоне нефтедобычи в специальных шламовых амбарах. Их объем зависит от количества скважин на участке, глубины бурения и продолжительности разработки месторождения. Такие сооружения выводят из оборота значительные площади лесных земель и являются постоянными источниками загрязнения окружающей среды. Наиболее опасное их влияние – это техногенное засоление грунта, поверхностных и подземных вод из-за содержания в составе отходов хлоридов.
Несмотря на высокую экологическую опасность буровых шламов научным сообществом рассматривается вопрос преобразования шламовых амбаров в природные экосистемы. Например, сейчас широко применяется метод их рекультивации с помощью выравнивания поверхности и засыпки амбара песком или песчаным грунтом. Однако такой способ не решает проблему восстановления ландшафтов и не возвращает нарушенные земли в естественный ресурсооборот.
Ученые Пермского Политеха изучили возможность фиторемедиации шламовых амбаров, когда восстановление экосистемы основано на способности растений поглощать из почвы загрязняющие вещества. Специально подобранные виды растений, устойчивые к токсическому действию среды, через корневую систему накапливают загрязнитель в наземной части (корнях, стеблях, листьях, цветках, плодах), которая в дальнейшем утилизируется. Процесс может повторяться до полного очищения почвы и формирования устойчивого фитоценоза (растительного сообщества).
– Для проведения фитотестирования обычно применяют бобовые и злаковые культуры. Мы исследовали токсичность отобранного бурового шлама и в лабораторных условиях провели фитотестирование путем выращивания кресс-салата и овса. Результат сравнивали с песчаной почвой и вермикулитом – минеральным сельскохозяйственным материалом. Также изучали рост тест-культуры при совместном использовании шлама и песчаной почвы, – рассказывает Анна Перевощикова, аспирантка кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ.
На 10 день лабораторного эксперимента прорастание семян кресс-салата в контейнерах со шламом не произошло, тогда как на песчаной почве и вермикулите отмечены рост и развитие тест-культуры. В случае с овсом семена проросли на 5-7 см в контейнерах со шламом и песчаной почвой. Это говорит о том, что злаковое растение (овес посевной) наиболее устойчиво к токсическому действию среды, чем бобовое (кресс-салат). А значит, такие культуры более перспективны для проведения фиторемедиации.
– Химический анализ показал, что буровой шлам содержит большой набор минеральных элементов, таких как кальций и магний, в связи с чем такие отходы при дополнительном внесении соединений азота и фосфора могут стать питательной минеральной средой для растений, что необходимо в условиях гумидного типа климата в лесоболотных экосистемах. Однако высокое содержание хлоридов и растворенных в воде солей способствует замедлению биологической активности почв и нарушению процесса фотосинтеза растений, – объясняет Лариса Рудакова, заведующая кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.
Первые результаты проведенных учеными ПНИПУ исследований показывают потенциальную возможность разработки технологии фиторемедиации шламовых амбаров и интеграции нарушенных территорий в естественный природный ландшафт. Для этого необходимо подобрать, устойчивое к загрязняющим веществам бурового шлама, растительное сообщество, состоящее не только из представителей травянистой растительности, но и кустарников, и древесных пород деревьев. В настоящее время проводятся как лабораторные, так и укрупненные лабораторные испытания, по окончании которых могут быть сделаны выводы об эффективности процесса и получены исходные данные для проведения опытно-промышленных испытаний по формированию фитоценоза в шламовом амбаре.
