Вступление.
Скаждым годомвсе большевнимания уделяетсяпроблемам,связанным сзагрязнениемокружающейсреды. Наиболееостро данныйвопрос стоитперед жителямикрупных промышленныхгородов. Например,в России, каки в других развитыхстранах мира,наблюдаетсятенденцияснижения продажжилья в экологическинеблагополучныхрайонах городови увеличение- в ближайшемпригороде иэкологическичистых районах.Кроме того,Евразия стоитна первом местев мире по запасамнефти и обладаетразветвленнойсетью предприятийдля ее переработкии транспортировки,в связи с чемвозникаетпроблема очисткипочвы от нефтепродуктов.Наиболее экономическивыгодным ибезопаснымметодом являетсямикробиологическаядеградация.
Н
ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ ОДОБЫЧЕ НЕФТИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ.
Добычанефти и нефтепродуктов,их переработкаи транспортировкатяжело сказываютсяна состояниии плодородиипочвенногопокрова Земли.Общеизвестно,что хорошиепочвы - это обильноеплодородие.Но почвы нанашей планетеиграют и другую,менее известную,но не менееважную роль.В почвенномпокрове Землии ее гумусовойоболочкесосредоточенаосновная доляживого веществасуши и его биогеннойэнергии. Отсюдаэкологическаясистема “ почва- организмы “оказываетсяодним из главнейшихмеханизмовформированиявсей биосферы,ее стабильностии продуктивностив целом.
Дляпримера, в 1986 годуиз недр нашейпланеты былоизвлечено 615млн. т нефти.Но при этомпопутно в результатегорных работизвлечены исброшены вотвалы более8 млрд. т различныхгорных пород.Если их рассыпатьслоем в одинметр, он покроетвсю площадь,занимаемуюныне Аджарией.И это “результат”лишь одногогода работыдобывающейпромышленности.
Охватитьвесь комплекспроблем, связанныхс загрязнениемпочвенныхбиоценозов,задача оченьсложная имногообразная.В почве, населенноймириадамиорганизмов,- от бактерийдо млекопитающих,включительно,- процессы обменастоль многообразныи сложны, чтомы еще толькоподходим к ихпониманию.
Такимобразом, невозможнополностьюисключитьвероятностьновых аварий,разливов нефтии нефтепродуктов.В то же времянормативыконтроляприродопользованиястановятсяс каждым годомвсе жестче,соответственновозрастаютразмеры штрафов.Тольконаучно - исследовательскиеработы могутпомочь в решениистоль сложнойи многоплановойзадачи, какзагрязнениепочв нефтьюи нефтепродуктами.
Длятого, чтобырассматриватьлюбую экологическуюпроблему, необходимопрежде всегознать “ участников“ этой проблемы.В нашем случае“ участниками“ этой проблемыявляются:нефть,нефтепродуктыи почва.Давайте рассмотримих повнимательнеес точки зренияих взаимодействия.
НЕФТЬ ИНефтепродукты.ОСНОВНЫЕФАКТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ.
Нефть- это жидкийприродныйраствор, состоящийиз большогочисла углеводородов(УВ) разнообразногостроения ивысокомолекулярныхсмолисто-асфальтеновыхвеществ. В немрастворенонекотороеколичествоводы, солей,микроэлементов.Главные элементы:С - 83-87%, Н - 12-14%, N,S,O- 1-2%, реже 3-6% за счетS.Десятые и сотыедоли процентанефти составляютмногочисленныемикроэлементы.
В
Легкаяфракция нефти
Включаетнизкомолекулярныеметановые(алканы), нафтеновые(циклопарафиновые)и ароматическиеУВ - наиболееподвижная частьнефти.
Б
МетановыеУВ
Внефтях, богатыхлегкой фракцией,существеннуюроль играютболее высокомолекулярныеметановые УВ(С12-С27),состоящие изнормальныхалканов и изоалкановв соотношении3:1. МетановыеУВ с температуройкипения выше2000Спрактическинерастворимыв воде. Их токсичностьвыражена гораздослабее, чем уУВ с болеенизкомолекулярнойструктурой.
Содержаниетвердых метановыхУВ (парафинов)в нефти - важнаяхарактеристикапри изучениинефтяных разливовна почвах. Парафиныне токсичныдля живых организмови в условияхземной поверхностипереходят втвердое состояние,лишая нефтьподвижности.
Алканыассимилируютсямногими микроорганизмами(дрожжи, грибы,бактерии). Легкиенефтепродуктытипа дизельноготоплива припервоначальнойконцентрациив почве 0,5% за 1,5месяца деградируютна 10-80% от исходногоколичествав зависимостиот содержаниялетучих УВ.Более полнаядеградацияпроисходитпри рН 7,4 (64,3-90%), в кислойсреде (рН 4,5) деградируютлишь до 18,8% .
Твердыйпарафин оченьтрудно разрушается,с трудом окисляетсяна воздухе. Оннадолго может“запечатать”все поры почвенногопокрова, лишивпочву возможностисвободноговлагообменаи дыхания. Это,в первую очередь,приводит кполной деградациибиоценоза.
ЦиклическиеУВ
К нимв нефти относятсянафтеновыеи ароматическиеУВ.
НафтеновыеУВ составляютот 35 до 60 %
О
КароматическимУВ (аренам) относятсякак собственноароматическиеструктуры -6-ти членныекольца из радикалов-СН-, так и “гибридные”структуры,состоящие изароматическихи нафтеновыхколец. Содержаниев нефти ароматическихУВ от 5 до 15 %, чащевсего от 20 до40 %. Основная массаароматическихструктур составляютмоноядерныеУВ - гомологибензола. ПолициклическиеароматическиеУВ (ПАУ) с двумяи более ароматическимикольцами содержатсяв нефти от 1 до4 %. Среди голоядерныхПАУ большоевнимание обычноуделяется3,4-бензпиренукак наиболеераспространенномупредставителюканцерогенныхвеществ.
АроматическиеУВ - наиболеетоксичныекомпонентынефти. В концентрациивсего 1 % в водеони убиваютвсе водныерастения. Нефтьсодержащаяот 30 до 40 % ароматическихУВ значительноугнетает роствысших растений.МоноядерныеУВ - бензол иего гомологиоказывают болеебыстрое токсическоевоздействиена организмычем ПАУ так какПАУ медленнеепроникают черезмембраны клеток.Однако, в целом,ПАУ действуютболее длительноевремя, являясьхроническимитоксикантами.
А
Смолыи асфальтены
Смолыи асфальтены- это высокомолекулярныенеуглеводородныенефтепродукты.Смолы - вязкиемазеподобныевещества, асфальтены- твердые, нерастворимыев низкомолекулярныхУВ. По содержаниюсмол и асфальтеновнефти подразделяютсяна:
малосмолистые( от 1 - 2 до 10 % смоли асфальтенов)
смолистые( 10 - 20 % )
высокосмолистые( 23 - 40 % )
Смолыи асфальтенысодержат основнуючасть микроэлементовнефти, в томчисле почтивсе металлы.Среди нетоксичныхи малотоксичныхметаллов можновыделить: Si,Fe,Al,Mn,Ca,Mg,P.Другие микроэлементы:V,Ni,Co,Pb,Cu,U,As,Hg,Mo,в случае повышенныхконцентрациймогут оказыватьтоксическоевоздействиена биоценоз.
Вредноеэкологическоевлияние смолисто- асфальтеновыхкомпонентовна почвенныеэкосистемызаключаетсяне в химическойтоксичности,а в значительномизменении водно- физическихсвойств почв.Если нефтьпросачиваетсясверху, ее смолисто- асфальтеновыекомпонентысорбируютсяв основном вверхнем, гумусовомгоризонтеиногда прочноцементируяего. При этомуменьшаетсяпоровое пространствопочв.
С
ЗАГРЯЗНЕНИЕНЕФТЕПРОДУКТАМИ.
Загрязнениенефтепродуктамисоздает новуюэкологическуюобстановку,что приводитк глубокомуизменению всехзвеньев естественныхбиоценозовили их полнойтрансформации.Общая особенностьвсех нефтезагрязненныхпочв - изменениечисленностии ограничениевидового разнообразияпедобионтов(почвенноймезо- и микрофауныи микрофлоры).Типы ответныхреакций разныхгрупп педобионтовна загрязнениенеоднозначны:
Происходитмассовая гибельпочвенноймезофауны:через три дняпосле авариибольшинствовидов почвенныхживотных полностьюисчезает илисоставляетне более 1% контроля.Наиболее токсичнымидля них оказываютсялегкие фракциинефти.
Максимумчисленностимикроорганизмовсоответствуетгоризонтамферментациии снижаетсяв них по профилюпочв по мереуменьшенияконцентрацийУВ. Основной“ взрыв “микробиологическойактивностипадает на второйэтап естественнойдеградациинефти.
В процессеразложениянефтепродуктовв почвах общееколичествомикроорганизмовприближаетсяк фоновым значениям,но численностьнефтеокисляющихбактерий ещедолгое времяпревышает теже группы внезагрязненныхпочвах (южнаятайга 10 - 20 лет).
Изменениеэкологическойобстановкиприводит кподавлениюфотосинтезирующейактивностирастительныхорганизмов.Прежде всегоэто сказываетсяна развитиипочвенныхводорослей:от их частичногоугнетения изамены однихгрупп другимидо выпаденияотдельныхгрупп или полнойгибели всейальгофлоры.Особенно значительноингибируетразвитие водорослейсырая нефтьи минеральныеводы.
Изменяютсяфотосинтезирующиефункции высшихрастений, вчастностизлаков. Экспериментыпоказали, чтов условияхюжной тайгипри высокихдозах загрязнения- более 20 л/м2растения ичерез год немогут нормальноразвиватьсяна загрязненныхпочвах.
Исследованияпоказали, чтов загрязненныйпочвах снижаетсяактивностьбольшинствапочвенныхферментов. Прилюбом уровнезагрязненияингибируютсягидролазы,протеазы,нитратредуктазы,дегидрогеназыпочв, несколькоповышаетсяуреазная икаталазнаяактивностипочв.
Итак,процессы естественнойрегенерациибиогеоценозовна загрязненныхтерриторияхидут медленно,причем темпыстановленияразличныхярусов экосистемразличны. Сапрофитныйкомплекс животныхформируетсязначительномедленнее, чеммикрофлораи растительныйпокров. Пионерамизарастаниянарушенныхпочв частоявляются водоросли.
Основныепроблемы, возникающиепри данномспособе очисткиводы, связаныс технологиейприменениямикроорганизмов,в которой должныучитыватьсяклимат, сезонныеизменениятемпературы,наличие достаточногоколичествапитательныхвеществ и т.д.Кроме перечисленныхпроблем, дляочистки почвыхарактернатакже проблемараспространенияв объеме микроорганизмов,утилизирующихнефтепродукты,так как в этомслучае отсутствуетперемешивание.
Несмотря наперечисленныевыше проблемы,в мире существуютне только технологии,находящиесяв стадии разработки,но и технологии,которые ужеготовы к внедрению.
Хроникасобытий
19.09.2001
НаИсетскомводохранилищеЕкатеринбургаместные жителиобнаружилина воде большоемаслянистоепятно. Представителисанэпиднадзора,прибывшие наместо происшествия,установили,что пятнообразовалосьиз-за утечкинефтепродуктов.
Ежедневнов распоряжениештаба ЧС соСвердловскогоотделения СЖДнаправляютсяпо 15 человекдля работы поликвидациипоследствийзагрязнения.Более 150 тысячрублей выделенона приобретениесорбента (вещество,поглощающеемаслянистыепятна).
Внастоящее времясодержаниенефтепродуктовв пробах водыиз Исетскоговодохранилищане превышаетнормативы.Угрозы ухудшениякачества водыне существует.
Источникзагрязненияпредставителямисанитарныхи природоохранныхслужб не установлен.Предположенияо возможномсливе ГСМ изжелезнодорожныхцистерн неподтвердились,о чем свидетельствуютмногочисленныепробы грунта,сделанныесотрудникамипромышленныхэкологическихлабораторий,сообщил Центробщественныхсвязей.
16.06.98года ОАО “Апатиты”разлив мазутаиз негерметичногорезервуарана рельеф ;
13.11.1998года загрязнениенефтепродуктамиакватории г.Мурманска сзатонувшегоМБ-307 СФ :
6.12.1998года загрязнениемазутом Кандалакшскогозалива “ГУП“Кандалакшскаятеплосеть”из ж/д цистерныпри сливенефтепродуктовна котельную№ 1.
НаСахалине - мазутнаятревога
Землетрясениевызвало новуюутечку топливаиз затонувшеготеплохода.
ЯПОНСКИЙтеплоход"Такэо-мару",вот уже 20 летпокоящийсяна дне близберегов Сахалинав заливе Гаврилова,вновь напомнило себе обильнымивыбросамимазута. В пятницув ближайшемсахалинскомморском портуШахтерск послеобнаруженияна поверхностиводы над судномнового огромногопятна длинойсвыше 70-ти метрови площадьюоколо 500 квадратныхметров былаобъявленачрезвычайнаяэкологическаяситуация.
П
Танкер"Такэо-мару"затонул нарейде порта26 октября 1979 года.В момент катастрофына его бортунаходилосьболее 320 тонннефтепродуктов.Огромные волнызахлестнулинезакрытыетрюмы, и судноперевернулось.Спаслись лишьдва моряка,остальные 19членов экипажапогибли. Впервыедавняя катастрофанапомнила осебе 1 августа1999 года, когдана рейде портавпервые появилиськрупные нефтяныепятна. Водолазы,обследовавгод назад судно,пришли к выводу,что топливныетанки теплохода,который пролежална 15-метровойглубине 20 лет,разъела соленаяморская вода,что и сталопричиной выходана поверхностьнефтепродуктов.Местные экологическиеорганизацииуже не раз поднималивопрос о том,что "мазутнуюбомбу" необходимоподнять со дна.Однако у российскихспасателейсредств дляэтого нет, абывшие японскиевладельцы"Такэо-мару"предпочитаютотмалчиваться.
ИССЛЕДОВАНИЕЗАГРЯЗНЕНИЯВОД
ТАГАНРОГСКОГОЗАЛИВА НЕФТЕПРОДУКТАМИ
о
Нефтьи НП относятсяк числу наиболеераспространенныхи опасных веществ,загрязняющихобъекты окружающейсреды, в томчисле и морскиеводы. Они оказываютвредное воздействиена многие живыеорганизмы ина все звеньятрофическойцепи. ПопаданиеНП в природныеводоемы
вызываетизменениекачества природныхвод, что проявляетсяв увеличениечисленностибактерий, визмененииорганолептическихсвойств воды,в
у
Методобладает высокойчувствительностью,наиболее полноотражает суммарноесодержаниеНП в воде (включаялегколетучиекомпоненты).Все измеренияданной работыпроводилисьна ИК-ФурьеспектрометреIMPACT-400. Его использованиепозволяетснизить время,необходимоедля снятияспектра образца,а возможностьувеличениячисла сканирований,записьхранение ипреобразованиеинформациив ЭВМ позволяетзначительноувеличитьчувствительностьметода.
МетодикаколичественногоопределенияНП в морскойводе основанана:
-экстракцииНП из водытетрахлоридомуглерода;
-пропусканииэкстракта черезхроматографическуюколонку с Al2O3 дляотделенияполярныхуглеводородов;
-определениисодержанияНП в пробахморской водына ИК-Фурьеспектрометре.
РезультатыопределенияНП в пробахморской водыТаганрогскогозалива показываютповсеместноепревышениепредельнодопустимойконцентрации(ПДКвр -0,05мг/млдля НП). СреднеесодержаниеНП в отобранныхпробах составило1,05мг/мл (21 ПДК).Наибольшеезагрязязнениевод было отмеченов восточнойчасти Таганрогскогозалива
(69ПДК).
ЗначительноезагрязнениеНП прибрежныхрайонов заливаобусловленопоступлениемих со стокамирек Миус, Ея,Дон и материковымстоком. Так, врайоне Миусскоголимана содержаниеНП составило41 ПДК, а у входав Ейский лиман- до 60 ПДК. Некотороеснижение загрязнения(до 10ПДК) в
ц
осуществляетсятолько поискусственнымканалам. В районахподводныхотвалов - морскихсвалках грунта,изымаемогопри ремонтныхдноуглубительныхработах насудоходныхканалах, такженаблюдаетсязначительноезагрязнениевод НП, особеннов придонныхслоях. В поверхностномслое воды содержаниеНП составило- 22ПДК, в придонном- 66ПДК. ПрактическиповсеместноеповышениесодержанияНП в
придонныхслоях, говорито том, что именнодонные отложения,загрязненныеНП, способствуютвторичномузагрязнениюпридонных массводы, а следовательнои всей акваторииТаганрогскогозалива. Т.о., анализрезультатовпоказываетповсеместноезагрязнениевод Таганрогскогозалива НП врезультатеинтенсивнойантропогенной
нагрузки,которое представляетсерьезнуюугрозу не толькоЭкосистемеТаганрогскогозалива, но ивсего Азовскогоморя.
Н
Другоесудно – «МэдБалкер» подкамбоджийскимфлагом – былоарестованов начале ноября.Во время егозаправки у13-ого причалапорта произошелразлив полуторатонн мазута,что специалистыоценили в 487-мьтысяч гривень.Пока судовладелецне возместитущерб, либо непредоставитбанковскихгарантий наэту сумму, «МэдБалкер» останетсяв Одесскомпорту.
Такжев Одессе разработанкомбинированныйэкологическичистый методочистки грунта,загрязненногонефтью и нефтепродуктамилюбого фракционногосостава. Наоснове этогометода созданаавтономнаямобильнаяустановкапроизводительностьболее 1 тоныгрунта в час,обеспечивающаяочистку любоготипа грунтовпри остаточнойконцентрациинефтепродуктав грунте менее0,05 % по массе, приэтом возможноповторноеиспользованиенефтепродукта.
ЕСТЕСТВЕННАЯТРАНСФОРМАЦИЯНЕФТИ В ПОЧВЕ.
И
Физико-химическоеи частичномикробиологическоеразрушение
алифатическихУВ.
Микробиологическоеразрушениенизкомолекулярныхструктур разныхклассов, новообразованиесмолистыхвеществ.
Трансформациявысокомолекулярныхсоединений- смол, асфальтенов,полициклическихУВ.
В соответствиис этапамибиодеградациипроисходитрегенерациябиоценозов.Процессы идутразными темпамина разных ярусахэкосистем.Значительномедленнее, чеммикрофлораи растительныйпокров, формируетсясапрофитныйкомплекс животных.Полной обратимостипроцесса, какправило, ненаблюдается.Наиболее сильнаявспышка микробиологическойактивностиприходитсяна второй этапбиодеградациинефти. При дальнейшемснижении численностивсех группмикроорганизмовдо контрольныхзначений, численностьуглеводородокисляющихорганизмовна многие годыостается аномальновысокой посравнению сконтролем.
Ю
Рассматриваяобщие закономерноститрансформациинефти в почве,Ю.И. Пиковский(1988) отмечает, чтонефть - этовысокоорганизованнаясубстанция,состоящая измножестваразличныхкомпонентов.Она деградируетв почве оченьмедленно, процессыокисления однихструктур ингибируютсядругими структурами,трансформацияотдельныхсоединенийидет по путиприобретенияформ, трудноокисляемыхв дальнейшем.На земной поверхностинефть оказываетсяв другой обстановке- в аэрируемойсреде. Основноймеханизм окисленияУВ разных классовв аэробнойсреде следующий:внедрениекислорода вмолекулу, заменасвязей с малойэнергией разрыва(С-С, С-Н) связямис большой энергией,следовательно,процесс протекаетсамопроизвольно.
Главныйабиотическийфактор трансформации- ультрафиолетовоеизлучение.Фотохимическиепроцессы могутразлагать даженаиболее стойкиеполициклическиеУВ за несколькочасов.
Конечныепродукты метаболизманефти в почвеследующие:
Углекислота,которая можетсвязыватьсяв карбонаты,и вода.
Кислородныесоединения(спирты, кислоты,альдегиды,кетоны), которыечастично входятв почвенныйгумус, частичнорастворяютсяв воде и удаляютсяиз почвенногопрофиля.
Т
Твердыекорочки высокоминеральныхкомпонентовнефти(нефтепродуктов)на поверхностипочвы (киры).
Вместес тем изучениютрансформациивсей системысоединений,входящих всостав нефти,на природныхмоделях уделялосьеще мало внимания.Скорость разложениянефти по даннымразных авторовразличаетсяв пять и болеераз, восстановлениепервоначальнойпродуктивностиземель приактивнойрекультивациипроисходилов одних случаяхв течение года,в других растягивалосьот несколькихлет до 12 и более.Так,
Э
На фонеобщего сниженияконцентрацийнефти в почвеснижение содержанияее групповыхкомпонентовпроисходитнеравномерно.Быстрее другихкомпонентовуменьшаетсяотносительноеи абсолютноесодержаниеметаново-нафтеновойфракции. ЭтиУВ легче поддаютсябиодеградации,кроме того,они более растворимыв воде, чтооблегчает ихвынос за пределыучастковзагрязнения.
Одновременнов нефти увеличиваетсясодержаниесмолистыхвеществв. Этоувеличениепроисходитне только засчет уменьшениядоли другихкомпонентови более высокойустойчивостисмол, но и засчет их новообразованияв процессетрансформациинефти.
Относительноесодержаниенафтено-ароматическойфракции иасфальтеновв нефти во временименяетсянезначительно,хотя их абсолютноесодержаниев почве такжеснижается.
Всоставенафтено-ароматическойфракции всехизучавшихсяразновидностейнефти установленодин и тот женабор полициклическихароматическихУВ. Эти УВ представленышироким диапазономалкилзамещенныхструктур - отнизко-кольчатых(нафталины ифенантрены)до многокольчатыхсо структурой3,4-бенз(а)пирена.Наблюденияпоказали, чтово время инкубациинефти в почвепроисходитпостепенноеснижение вофракции всехгрупп полициклическихароматическихУВ. Наиболеебыстро снижаетсясодержаниеУВ с меньшимк-вом ядер вструктуре:нафталинов,бензфлуоренов,фенантренов,хризенов. Медленнеевсего происходитснижение пиренов,которые являются,по видимому,наиболее устойчивымисреди УВ данногокласса.
Возможностидеградацииприродной средыпри добыче итранспортировкенефти могутотражатьсяна ландшафтно-геохимическихпрогнозныхкартах.
И
План
Вступление…………………………..1
Общиесведения онефти инефтепродуктах……………………...2-3
Нефтьи нефтепродукты.Основные факторызагрязнения………………..3-8
Загрязнениенефтепродуктами…8-10
Хроникасобытий………………10-18
Естественнаятрансформациянефти в почве……………………………..18-23