Астахова диплом1 (1203171), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Результаты исследования почв, загрязненных нефтью, дают основания заключить, что характер и степень загрязнения зависят от природно-климатическях условий формирования почв, их физико-химических и биологических свойств, а также от состава нефти. Нефть оказывает ингибирующее влияние на рост и развитие растений, которое, видимо, обусловлено нарушением экологической обстановки (изменением воздушного, гидротермического режима, агрохимических свойств, связыванием нефтью биогенных элементов - азота, фосфора и тд.) и прямым воздействием содержащихся в нефти нафтеновых кислот и других токсических углеводородов[3]. Полное расщепление углеводородов в почве до Н2О и СО2 возможно лишь при участии целого комплекса микроорганизмов.

Под влиянием нефти происходит изменение реакции среды, резко увеличивается количество углеродистых соединений, усиливаются восстановительные процессы. В загрязненных нефтью почвах снижается емкость поглощения, уменьшается доступность для растений фосфора и калия. Снижается также скорость окислительно-восстановительных реакций и ферментативная активность. Загрязнение почв может вызвать недостаток кислорода и избыток органических веществ.

Поведение нефтепродуктов в почве зависит как от ее свойств, так и от свойств самих нефтепродуктов. В почвах тяжелого механического состава нефтепродукты часто не проникают в глубокие слои почвы и в грунтовые воды. В более легких почвах загрязняющие вещества могут просачиваться до грунтовых вод и частично растворяться в них.

Загрязнение почвы на значительное время отклоняет наземные биоценозы от естественного круговорота веществ и энергии в биосфере, что, несомненно, отражается на общем балансе последней. Под влиянием нефти в почве происходят глубокие изменения. В биологический круговорот включаются новые, чуждые для природных систем вещества, в том числе и канцерогенные. Последние по системе «почва-растения-человек» мигрируют в организм человека и представляют чрезвычайную опасность для его здоровья. Отрицательное воздействие нефтяных загрязнений на почву часто принимает необратимый характер вследствие обедненности биоценоза почвы и адсорбцией ею токсичных и канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, в частности, бензапирен, трудно поддающегося микробиологическому разложению[4].

При загрязнении почвы нефтью и нефтепродуктами происходит качественное и количественное перераспределение в физиологических группах микроорганизмов, которые населяют почву. При высоких дозах загрязнения нефтью ингибируется рост нитрифицирующих бактерий, уменьшается численность актиномицетов, некоторых типов водорослей, что приводит к снижению плодородия, а также биологической активности почвы. Микробиологическая деятельность в течение первого года после загрязнения приводит к образованию нерастворимых в органических растворителях продуктов метаболизма нефти. Под влиянием нефтяного загрязнения нарушается соотношение С:N, в связи с увеличением содержания органического углерода, наблюдается повышение токсических концентраций подвижных форм микроэлементов Мо, Сu, Zn.

Исследуя влияние нефтяного загрязнения на лесные биоценозы, в первую очередь следует уделить внимание состоянию древостоя. Отмечено начало усыхания некоторых деревьев основных видов хвойных при слабой (до 10%) степени загрязнения. В случае сильной (более 40%) степени загрязнения выпадает более половины жизнеспособного древостоя, и усыхание древостоя начинается уже в первый год после разлива нефти, тогда как при слабой и средней (от 10 до 40%) степени загрязнения этот процесс может затягиваться на несколько лет. Достаточно чувствительным показателем влияния нефтяного загрязнения на лесные биоценозы является снижение продуктивности древесных растений. Во многом определяет судьбу лесного биоценоза состояние естественного возобновления основных видов древесных растений, характеризуемое количеством и долей жизнеспособного подроста. Процент жизнеспособности многих деревьев снижается при увеличении степени загрязнения почвы нефтью[5].

Потери нефти в результате нарушения целостности магистральных и внутрипромысловых нефтепроводов достигают огромных величин и колеблются, по оценкам разных исследователей, в довольно широком диапазоне. На каждый км² в зоне месторождений и трасс нефтепроводов приходится до 0,02 т разлитой нефти в год. Аналитические обзоры показывают, что потери нефти в результате аварийных проливов составляют более 3% от годовой добычи нефти. Наиболее крупные потери углеводородов связаны с повреждениями линейных сооружений, которые обусловлены коррозией металла, низким качеством сварных швов и механическим разрушением трубопроводов. Понятно, что на современном уровне развития нефтедобывающей промышленности не представляется возможным исключить все вредные факторы воздействия на окружающую среду, но во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении.

С химической точки зрения сырая нефть представляет собой сложную смесь нескольких тысяч жидких углеводородов (80–90%) с примесью других органических соединений (нафтеновые кислоты, асфальтены, смолы, меркаптаны и др.), а также воды (до 10%), растворенных газов (до 4%), минеральных солей и микроэлементов. Установлено, что «типичная» нефть содержит в среднем 57% алифатических углеводородов, 29% ароматических углеводородов, 14% асфальтенов и других соединений.

Основными загрязняющими веществами, которые образуются в процессе добычи и переработки нефти, являются углеводороды (48%) и оксид углерода (44%). Кроме этого, нефть содержит около 30 металлов, среди которых максимальные концентрации (порядка долей %) характерны для ванадия и никеля.

В отличие от многих антропогенных воздействий, нефтяное загрязнение оказывает комплексное воздействие на окружающую среду и вызывает ее быструю отрицательную реакцию. Таким образом к деградации ландшафтов и снижению продуктивности земель приводят хронические разливы нефти и нефтепродуктов. Воздействие нефтепроводов на почвенный покров выражается в основном в механическом нарушении почвенного покрова при строительстве и ремонтных работах трубопроводов и химическом загрязнении почв при авариях.

Для оценки нефти как загрязняющего вещества природной среды предложено использовать следующие признаки: содержание легких фракций, содержание парафинов, содержание серы.

Летучие ароматические углеводороды (легкие фракции нефти) – толуол, ксилол, бензол, нафталин и др., которые обладают повышенной токсичностью для живых организмов, легко разрушаются и удаляются из почвы. Поэтому период острого токсического действия сравнительно небольшой. Парафины не оказывают сильного токсического действия на почвенную биоту или планктон и бентос морей и океанов, но благодаря высокой температуре отвердения существенно влияют на физические свойства почвы, изменяют ее структуру. Содержание серы свидетельствует о степени опасности сероводородного загрязнения почв и поверхностных вод.

Легкая фракция нефти (t_кип < 2000 Сº), куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафины) и ароматические углеводороды – наиболее подвижная часть нефти.

Большую часть легкой фракции составляют метановые углеводороды с большим числом углеродных атомов от 5 до 11. Нормальные (неразветвленные) алканы составляют в этой фракции 50–70%. Метановые углеводороды легкой фракции, находясь в почвах, водной и воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью. Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, большинством организмов не ассимилируются, хотя могут быть окислены. Их токсичность ослабляется в присутствии нетоксичного углеводорода, который уменьшает общую растворимость алканов.

Легкая фракция, мигрируя по почвенному профилю и водоносным горизонтам, расширяет, иногда значительно, ореол первоначального загрязнения. Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40% легкой фракции.

Метановые углеводороды во фракции, кипящей выше 20000 Сº (пристан С₁₉Н₄₀, фитан С₂₀Н₄₂ и др.) практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у низкомолекулярных структур.

Содержание твердых метановых углеводородов (парафина) в нефти колеблется от очень малых количеств до 15–20%. Эта характеристика очень важна при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин не токсичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания (+180 Сº и выше) и растворимости в нефти (+400 Сº) в условиях земной поверхности он переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности.

Твердый парафин плохо разрушается и с трудом окисляется на воздухе. Он может надолго забить все поры почвенного покрова, лишить почву влагообмена и газообмена. Это приведет к полной деградации биоценоза.

К циклическим углеводородам в составе нефти относятся нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Общее содержание нафтеновых углеводородов в нефти изменяется в среднем от 35 до 60%. Циклические углеводороды с насыщенными связями окисляются очень трудно, это происходит из-за их малой растворимости и отсутствии функциональных групп. Биодеградация полярных алканов проходит легче, окисление идет главным образом по месту присоединения боковой цепи или месту соединения циклов.

Наиболее токсичными компонентами нефти являются углеводороды. Одного процента концентрации в воде достаточно для гибели всех водных растений. При увеличении содержания ароматических соединений в нефти возрастает ее гербицидная активность. Содержание ароматических углеводородов в нефти изменяется от 5 до 55%.

Более быстрое токсическое действие на организм оказывают бензол и его гомологи, чем полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Они являются хроническими токсикантами и действуют гораздо более длительное время. Ароматические углеводороды трудноразрушаемы и медленно окисляются микроорганизмами.

К высокомолекулярным компонентам нефти относятся смолы и асфальтены. Они определяют ее физические свойства и химическую активность. Структурный состав смол и асфальтенов составляют высоко конденсированные полициклические ароматические структуры, состоящие из десятков колец, соединенных между собой гетероатомными структурами, содержащими серу, кислород, азот. Смолы – вязкие, мазеподобные вещества с относительной молекулярной массой 500–1200, асфальтены – твердые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных углеводородах с массой 1200–3000. В них содержится основная часть микроэлементов нефти.

Основным негативным действием асфальтенов и смол, при загрязнении почвенного покрова нефтью, является изменение водно-физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его, уменьшая поровое пространство почвы. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они снижают поступление к ним влаги, в результате чего растения засыхают.

Когда нефть выступает на поверхность почвы, то она оказывается в хорошо аэрируемой среде. Биогеохимические факторы и деятельность микроорганизмом способствуют ее дальнейшему распространению.

В почвах нефть и нефтепродукты могут находиться в следующих формах:

а) в пористой среде – в парообразном и жидком легкоподвижном состоянии, в свободной или растворенной водной или водно-эмуль­сионной фазе;

б) в пористой среде и трещинах – в свободном неподвижном состоянии, играя роль вязкого или твердого цемента между частицами и агрегатами почвы;

в) в связанном состоянии на частицах почвы, в том числе на гумусовой составляющей почвы;

г) в поверхностном слое почвы, в том числе в виде плотной органоминеральной массы.

Будучи смесью различных по строению и свойствам компонентов, нефть разлагается очень медленно – процессы деструкции одних соединений ингибируются другими, при трансформации отдельных компонентов происходит образование трудноокисляемых форм и т.д.

Скорость деградации нефти, активность самоочищения почв или устойчивое сохранение в них загрязняющих веществ в разных ландшафтах заметно различаются.

Примечательно, что при авариях нефтепроводов в зимнее время воздействие нефти на окружающую среду имеет свою специфику: растительности, находящейся в состоянии покоя и мерзлым почвам будет нанесен меньший вред, чем летом, несмотря на то, что зимой общая эффективность самоочищения от пленок сырой нефти в 3 раза меньше, чем в условиях положительных температур. Здесь основную роль играет испарение со снежной и ледяной поверхности – 50–80% и фотоокисление – 15–35%. Пятна нефти нарушают термическое состояние снега и льда, тем самым усиливая их таяние. Благодаря этому образуются проталины, препятствующие распространению нефти. Прекращение растекания нефти и ее локализация будут происходить также за счет увеличения ее вязкости при низких температурах. Лед способен захватывать нефть с поверхности воды в количестве до 25% собственной массы. [6]

1.4 Разработка рекомендаций

Основная проблема наших железнодорожных предприятий заключается в том, что начальство и рабочие уделяют недостаточное внимание очистке территорий от нефтепродуктов, а также обезвреживанию загрязненных почв и грунтов. Они не проводят очистные работы в местах заправки локомотивов горючим. В результате систематических проливов дизельного топлива на глубине 5-15 метров под площадками экипировки локомотивов образуются жидкие топливные линзы объемом до сотен тонн и более, что приводит к загрязнению грунтовых вод в радиусе до нескольких десятков километров. Во многих странах Европы уже давно проводится очистка грунта под площадками заправки локомотивов.

Характеристики

Список файлов ВКР