ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СЕДУ

<

061714 0156 1 ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СЕДУОбщая характеристика экологической обстановки в Крымском районе

Крымский район, являясь составной частью Краснодарского края, занимает площадь 1554,21 квадратных километров или 155421 га. Численность населения на 1.01.1998 г. составляет 133 тысячи человек, из них городское население– 65800 человек и сельское –67200 человек

На территории района 90 населенных пунктов. Два городских (г. Крымск и п. Нижне-Баканский) и 88 сельскохяйственных предприятия, 502 крестьянских и фермерских хозяйства, 11 автозаправочных станций (в том числе 1 газовая),455 торговых предприятий, 40 предприятий общепита и 937 прочих объектов.

Всего в Крымском районе 129 предприятий– природопользователей.

Природные условия и ресурсы способствуют интенсивному развитию промышленности, сельского хозяйства, транспорта, росту численности населения. Это приводит к увеличению потребления природных ресурсов и обострению экологических проблем района.

В последние годы возросла антропогенная нагрузка на природу. Сравнительно высокая плотность населения, неравномерное размещение промышленного и сельскохозяйственного производства, нерациональное использование природных ресурсов, низкие темпы выполнения природоохранных мероприятий привели к деградации отдельных экосистем, нарушению экологического равновесия в природной среде и серьезному негативному влиянию на состояние здоровья населения.

 

1.2 Географическое положение и рельеф

 

Крымский район расположен в юго-западной части Краснодарского края. На севере граница района проходит по реке Кубань, на востоке он граничит с Абинским районам, на западе с Анапским районом, на юге– с землями гослесфонда.

Территория Крымского района входит в две зоны: прикубанскую наклонную равнину и область средневысотных гор западной оконечности Большого Кавказа. На прикубанской наклонной равнине выделяются два геоморфологических района: северный – пониженный Кубанский дельтово-пойменный, или Прикубанские плавни, и центральный – Закубанская наклонная равнина.

Прикубанские плавни занимают северную и северо-восточную часть Крымского района, надпойменную террасу реки Кубани, с севера их граница проходит по реке Кубань, с юга – по реке Адагум и с востока – по реке Абин.

По строению поверхности район прикубанских плавней представляет собой аллювиальную равнину с незначительными колебаниями абсолютных высот (от 5 м над уровнем моря на севере до 18–20м на юге), полою наклоненную на северо-восток в направлении течения предгорных рек.

Закубанская предгорная равнина ограничивает с юга левобережную пойму и дельту реки Кубань. Местные реки в южной части предгорной равнины имеют довольно широкие и глубокие водоразделы. В северной и северо-восточной части равнины эти реки теряют очертания своих долин, и их поймы образуют одну общую долину.

Область предгорий и средневысотных гор западной оконечности Большого Кавказа занимает южную часть Крымского района. В рельефном отношении эта территория является сильно расчлененной, эта область представлена невысокими – от 100 до 200 м над уровнем моря –холмами и водоразделами, вытянутыми преимущественно с юга на север. Крутизна склонов различна.

Большое количество осадков в условиях горного рельефа этой части района вызывает широкое развитие водной эрозии, проявляющейся ежегодно. Сильная изрезанность южной части Крымского района создает определенные трудности в сельскохозяйственном использовании этой территории.

Местные полезные ископаемые осадочного происхождения известняки, кирпичные и керамзитовые глины, песочно-гравийные смеси и йодсодержащие воды являются базой для предприятий стройиндустрии производства медицинских препаратов.

 

1.3 Агроклиматические ресурсы

 

По схеме климатического районирования Краснодарского края территория Крымского района входит во второй агроклиматический район в предгорную зону Северного Кавказа, для которого характерны: продолжительная, теплая, сухая осень, мягкая зима с частыми оттепелями, сравнительно влажная весна и жаркое лето, с довольно продолжительным сухим периодом, достигающим 2 месяцев.

Климат района умеренно-континентальный. По данным городской метеослужбы зима наступает в конце декабря, отрицательные среднемесячные температуры воздуха–1,10–0,40. В отдельные холодные дни января – до –300С. В третьей декаде февраля наблюдается продолжительная оттепель, так называемые «февральские окна». В это время температура воздуха максимально достигает +200С. Часто в марте наблюдается возврат холодов (до-24С0).

Начало лета в 1-2 декаде мая. Самый теплый месяц–июль, среднемесячная температура +22,60С. Продолжительность летнего периода 135–140 дней.

Температурный режим района благоприятен для развития сельского хозяйства. Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше +50–243 дня в равниной части, и 228 дней–в предгорной. Сумма температур выше +100 составляет –3443, что является положительным свойством положительным свойством климата, позволяющим получать высокие урожаи ряда теплолюбивых культур. В районе насчитывается 65 дней с температурой свыше +200С. Наиболее холодным месяцем является январь со среднемесячной температурой от 1,50 С до –20С. Сравнительно теплая зима способствует выращиванию в районе неукрывного винограда. Однако в отдельные годы температура может опускаться до –360С, хотя продолжительность ее действия небольшая. Максимальное промерзание почвы по многолетним данным наблюдалось на глубине 45 см.

Осадков в предгорной зоне выпадает несколько больше (698 мм в год), чем на равнине (628 мм). Максимум их приходится на теплый период: в предгорьях 370 мм и равнине –386 мм. В июне-июле осадков выпадает более 60 мм в месяц. Однако накопление влаги ив почве происходит в основном за счет осадков холодного периода, так как в теплый период они большей частью расходуются на испарение. Поэтому агротехника должна способствовать накоплению и сохранению влаги холодного периода. Летние осадки выпадают в основном в виде непродолжительных ливней, которые в условиях предгорной зоны вызывают сильную эрозию.

Общий запаса влаги, накапливаемой в почве, повсеместно культур. Однако, несмотря на хорошую увлажненность, в районе довольно часто наблюдаются засухи. За вегатиционный период насчитывается около 65 дней без осадков. Район часто подвергается воздействию суховеев. Чаще всего они бывают на востоке (свыше 70 дней).

По осадкам Крымский район входит в зону умеренного увлажнения, но осадки очень неустойчивы, особенно летом. В среднем в год –657 мм. Наибольшее в декабре – 71 мм, а минимум – в апреле и августе 39-40 мм. С наступлением теплого периода года наблюдается интенсивное развитие грозовой деятельности.

Особенности географического положения района и усиливающийся парниковый эффект являются основными причинами возникновения грозовой деятельности зимой (январь–декабрь). В год насчитывается до 30 грозовых дней. Диаграмма влажности воздуха в % за 1986 и 1998 гг.

На урожайность всех сельскохозяйственных культур, на осадки и их распределение, а также испарение и относительную влажность воздуха большое влияние оказывают ветры. Преобладающими ветрами в районе являются ветры двух направлений: северо-восточного им юго-западного. Северо-восточные ветры преобладают зимой, летом они вызывают суховеи, сильно иссушающие почву, и резко снижают урожай сельскохозяйственных культур. Юго-западные ветры приносят дожди с моря и преобладают в летний период. Сильные ветры (более 15 м/сек) наблюдаются в основном в холодный период года– с октября по март. За это время по многолетним данным с сильным ветром насчитывается 16,4 дня в холодный период, а в теплый период–7,6. Сильные ветры дуют чаще с юго-запада.

 

1.4 Состояние атмосферного воздуха

 

Известно, что без пищи человек может прожить недели, без воды – дни, а без воздуха лишь минуты. В среднем человек потребляет в сутки 0,7 кг пищи, 2 литра воды, а через свои легкие пропускает 13-14 кг воздуха, потребляя при этом свыше 500 литров кислорода.

В последние десятилетия качественный состав воздуха, которым дышит все живое на Земле, изменяется в худшую сторону, что влечет за собой серьезную опасность здоровью населения. Атмосферный воздух над Крымским районом также подвергается загрязнению. Из общей массы выброшенных в атмосферу вредных веществ, с превышением допустимой нормы, выброшено 1307,382 т. ( в 1996 г– 492,322 т.) Основными источниками загрязнения являются промышленные, сельскохозяйственные предприятия и автотранспорт, причем доля выбросов загрязняющих веществ автотранспортом составляет 70% от общего количества выбросов по району.

По территории района проходит 3 автотрассы: «Краснодар– Новороссийск», «Крымск-Порт-Кавказ», «Славянск–Новороссийск», которые перегружены в 2 раза (количество транспортных единиц в районе –35073, в том числе частных –31223 единицы).

Большой объем веществ, загрязняющих атмосферу автотранспортом, связан

с тем, что выхлопные газы автомобилей превышают нормы токсичности и дымности.

Из 285 промышленных предприятий района, имеющих транспорт, только 3 имеют контрольно-регулировочные пункты.

На сельскохозяйственных предприятиях также неблагополучно обстоит дело с охраной воздушного бассейна.

Промышленность района представлена следующими предприятиями:

Вариниковский элеватор– ст. Варениковская, Троицкий завод йода– ст. Троицкая, АООТ «Бако»–ст. Бакинская, ТОО Карьероуправление «Анапское». Основные предприятия, перерабатывающие сельхозпродукцию и обслуживающие райцентр, сконцентрированы в Крымске. Часть промышленных предприятий компактно расположена в восточной части, а часть рассредоточена в жилой зоне города. Территория промзоны граничит: с юга и востока с сельскохозяйственными угодьями, с севера – с рекой Алагум, с запада (ул.М.Жукова)и северо-запада – с жилой зоной города.

В промышленной зоне сконцентрированы, главным образом, предприятия стройиндустрии, такие как: ККД «Крымский», ряд ПМК и МПМК, имеются участки ЖБИ и РБЧ, АБЗ, комбикормовый завод, транспортные предприятия АК-1201, АК-4, УМИТ «АПСК», железнодорожное депо.

В застройке города преобладают 1–2 этажные постройки, лишь в центре города и новом микрорайоне 5 и 9-этажные дома. В городе Крымске проживает 61000 человек. Сам город по географическому положению вытянут с северо-востока на юго-запад и находится в геологической яме, что вызывает застой воздушных масс над городом. Через город проходит две автомагистрали: Краснодар-Новороссийск, Керчь– Новороссийск, а также железнодорожная ветвь Новороссийск–Краснодар.Город Крымск можно отнести к неплохо озелененным городам, во много за счет частных садово-ягодных посадок, защитных полос, покров. Зеленое кольцо

вокруг города расположено в радиусе 7-ми км., но в последние годы значительно застроено 1–2-х этажными постройками в связи с ростом города. Фоновая растительность города представлена в основном древесными породами: тополь пирамидальный и белый, акация белая, дуб ножкоцветный, пушистый, сосна обыкновенная и крымская, ель голубая, ясень, клены, бук, яблоня, груша, вишня.

В 1998 году в атмосферу над районом было выброшено 3704,2 тонны вредных веществ, в том числе твердых–1658,8 т., газообразных–3539,01 т. Из 19 предприятий, расположенных на территории района, 3 предприятия – «Тепловые сети», «Атлант», автоколонна 1201– не имеют норматива и массу сверхнормативных вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, составляет 359,4 т., в том числе твердых–67,5 тонны, газообразных–292,3 тонны.

За 1998 год «Атлант» выбросил в атмосферу 209,6 тонны, в том числе 0,21 тонны твердых веществ и 209,39 тонны газообразных вредных веществ.

Автоколонна 1201 осуществила выброс 16,8 тонны вредных веществ, из них 1,6 тонны приходится на твердые вещества 15,2 тонны – на газообразные.

Таблица 1 показывает динамику выбросов вредных веществ над Крымским районном в 1996 году–1997 годах.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 Сравнительная характеристика загрязнения атмосферного воздуха на территории Крымского района вредными веществами, имеющими небольшой удельный вес в валовом выбросе

 

 

Наименование ингредиента 

 

1996 г. 

 

1997 г. 

 

1998 г. 

Азота двуокись, всего (т)

соответствует нормативу (т)

соответствует лимиту (т)

выброшено с превышением (т) 

148,461

89,929

10,940

47,595 

184,824

51,949

56,634

72,656 

126,4 

Ангидрид сернистый, всего (т)

норматив

лимит

сверхлимит 

420,987

321,719

45,563

53,706 

235,513

181,213

23,300

31,005 

95,0 

Углерода окись, всего (т)

норматив

лимит

сверхлимит 

985,701

818,710

17,935

149,053 

519,389

237,556

146,586

135,256 

263,6 

Бензин (углеводорода) всего (т)

норматив

лимит

сверхлимит 

741,132

728,748

0,687

11,699 

1938,255

1701,220

228,197

8,840 

 

Пыль различного происхождения

всего (т)

норматив

лимит

сверхлимит 

 

175,770

174,996

0,166

0,608 

 

173,582

162,973

3,846

6,757 

 

 

1.5 Гидрографическая сеть

 

Гидрографическая сеть на территории Крымского района представлена 31 рекой, протяженность которых колеблется от 17 км до 35,6 км и более, 140 озерами, ставками и прудами.

К наиболее крупным река района относятся: Кубань, Адагум, Кудако, Псебепс и Псиф, берущие начало на северных склонах западного отрога Главного Кавказского хребта.

Основными водотоками района являются реки: Кубань, Адагум, Баканка, Кудако, Псебепс, Абин, Вторая, Шибик, Куафо, Липки, Богаго, Гечепсин, Меккерстук, Псиф, Непиль, Хобза, Щуха, Чекупс,Чекон, Русская, Неберрджай, Псыж, Сибзирь, Шумая. Самым крупным и многоводным водотоком является Кубань. Режим реки характеризуется большим количеством паводков (от 2 до 8 и более), возможных в любой месяц, но наименее выраженных в сентябре –октябре, а наиболее продолжительный паводок длится с апреля по июль и составляет 52% годового стока реки. Воды Кубани очень мутные, среднеминерализованные.

Река Адагум– пресноводная, питает водой почти все лиманы, имеющиеся на территории района. Наиболее крупные из них– Закатай, Бабиный, Латаный, Кривой. Река Адагум, вторая после Кубани водная артерия района, в зимние месяцы таит в себе серьезную опасность для сельских жителей и горожан. В период сильных ливней и активного таяния снега в горах Адагум подтопляет большие площади, нанося материальный ущерб городскому хозяйству и жителям близлежайших территорий. Так, в январе 1995 год материальный ущерб, нанесенный хозяйствам города Крымска и Крымского района во время катастрофического наводнения, составил 2092,1 млн. рублей (тысяч рублей в современной исчислении).

Многочисленные горные реки, мелководные и спокойные летом, в отличие от Кубани, имеют самый высокий уровень воды зимой и весной. Все реки района в период паводков переполняются водой, затопляют прилегающие площади, нанося большие убытки хозяйствам, расположенным в районе затопления.

Умеренный климат, обилие осадков, хорошо развитая гидрографическая сеть создает благоприятные условия для формирования грунтовых вод района.

Основным источником питания грунтовых вод являются воды реки Кубань и других рек. Грунтовые воды в плавнях находятся на глубине от 0 до 120 см, в поймах рек – до 150см, а в степной и предгорной частях грунтовые воды находятся на большой глубине.

По химическому составу воды смешанные, сульфатные, натриево-кальциевые, сульфатно-гидрокарбонатные, кальциевые и реже другие. Мощность небольшая–1–3 м. В Крымском районе, наряду с большим количеством рек, широко распространены родники. В районе выделяются 7 родниковых зон: коло хутора Школьного, поселка Саук-Дерек, на территории Табак совхоза, возле села Русского, села Молдаванского, реки Богого и станицы Неберджаевской.

 

1.6 Почвы района

 

Сложность рельефа, большое разнообразие почвообразующих и подстилающих пород, различные растительные формации и степень увлажнения почв способствовали формированию на территории района очень сложного почвенного покрова.

В горной части района представлены серые, темно-серые, лесные, бурые лесные насыщенные, остаточно-карбонатные почвы в различной степени оподзоленные.

Степную равнину занимают мощные черноземы, на западе– выщелоченные, а по мере продвижения на восток они меняются слитными черноземами.

Северная плавневая часть района, при постоянном избыточном грунтовом увлажнении и кратковременном затоплении, занята лугово-степными почвами, преимущественно черноземного типа.

На затопляемых участках плавней Кубани сформировались лугово-болотные и болотные почвы.

Большое разнообразие форм рельефа, различный механических состав, глубина залегания плотных пород и производственная деятельности человека способствует развитию эрозионных процессов. Наиболее сильно они развиты на лесных почвах, в меньшей степени на черноземах, а в плавневой зоне эрозионные процессы отсутствуют.

 

1.7 Земельные ресурсы, их состояние, охрана и использование

 

Общий земельный фонд района составляет 15 5421 га, в том числе особо охраняемые земли – 12200 га.

На сельскохозяйственные угодья приходится 84 664 га, в том числе пашни 57 6777 га.

Состав сельхозугодий:

  • заболоченные угодья– 2953 га (из них пашня 153 га);
  • засоленные сельхозугодья –3346 га ( 3146–пашня);
  • –солоноватые сельхозугодья –1504 га (912 га);
  • переувлажненные сельхозугодья–13143 га (пашня –12528 га);
  • орошаемые земли –26278 га, в том числе орошенная земля –23360 га и оросительная сеть 29180 га;
  • осушенные земли – 826 га, в том числе осушенная сеть –20 га;
  • мелиорируемые земли, подлежащие реконструкции– 13970 га;
  • нарушенные земли– 108 га, из них обработанные –14 га.

    Следует отметить, что продолжается изменение площадей интенсивных видов угодий, пашни и многолетних насаждений из-за глобального повышения уровня грунтовых вод, водной эрозии, истощения гумусового горизонта, уплотнения почв и разрушения ее структуры за счет применения тяжелой сельскохозяйственной техники, переувлажнения, заболачивания, засоления орошаемых земель.

    При выполнении строительных работ не всегда производится снятие плодородного слоя почвы, что является непременным природоохранным требованием. Вызывает тревогу ежегодное уменьшение внесения в почву органических и минеральных удобрений. Основными источниками загрязнения почвы на территории Крымского района является производственная деятельность промышленных и сельскохозяйственных предприятий, автотранспорт, аварийные ситуации на предприятиях нефтегазодобывающей промышленности, неумеренное применение средств защиты растений, неправильное складирование и утилизация производственных и бытовых отходов.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2

    2.1 Воздействие на приземной слой атмосферы

     

    Основными загрязнителями атмосферы являются продукты испарения нефти и нефтепродуктов. Загрязнение приземного слоя атмосферы оказывает существенное отрицательное влияние на человека и растительности вследствие общетоксического действия перечисленных ингредиентов. Особую опасность представляет загрязнение воздуха вблизи населенных пунктов. В этих случаях возможность наложения или аккумуляции различных загрязнений значительно усугубляет характер последствий.

    Например, при утечке жидкого аммиака из цистерн жидкая фаза, растекаясь по дневной поверхности, испаряется и образует аэрозольное облако, так же, как и жидкие углеводороды. Размеры аэрозольного облака могут быть значительны в зависимости от количества разлившегося аммиака. Так, при утечке 700 т. жидкого аммиака аэрозольное облако может покрыть территорию площадью 4 тыс. га. Лиственный покров деревьев под воздействием паров аммиака обесцвечивается, а вблизи места аварии на площади 4,3 га зелень полностью чернеет.

    Пары аммиака в атмосфере загораются только от источника огня при температуре около 6500 С и концентрации в воздухе 15-28%.

    К наиболее опасным загрязнителям воздуха относятся окись углерода и сернистый ангидрид, образующиеся в результате сгорания природного газа, нефти и нефтепродуктов, а также аммиак и этилен.

    Окись углерода представляет собой бесцветный газ, оказывающий отрицательное воздействие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы человека. Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК) окиси углерода в воздухе населенных мест составляет 1 мг/м3, максимальная разовая (средняя за 20 мин)–3 мг/м3.

    Сернистый ангидрид – бесцветный газ с острым запахом, ощутимый человеком при его концентрации в воздухе 5–7 мг/м3. Концентрация 20–50 мг/м3 сернистого ангидрида вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и дыхательных путей. Более высокая его концентрация вызывает одышку, иногда потерю сознания. Максимальное время пребывания человека в воздушной среде, содержащей 120 мг/м3 сернистого газа, не превышает 3 мин, а при содержании 300 мг/м3–1 мин. Среднесуточная ПДК составляет 0,03 мг/м3, а максимальная разовая–0,05 мг/м3.

    Во влажном воздухе сернистый газ соединяется с капельками воды и образует аэрозоль серной кислоты с резким запахом, порог ощущения которой –0,6–0,85 мг/м3. При вдыхании аэрозоль вызывает раздражение слизистой оболочки дыхательных путей. Рефлекторные изменения дыхания отмечаются при концентрации аэрозоля 3,5–5 мг/м3. Среднесуточная ПДК его составляет 0,1 мг/м3, максимальная разовая–0,3 мг/м3.

    Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом, порогом ощущения 37 мг/м3. Он обладает сильным раздражающим действием на дыхательные пути. Среднесуточная и максимальная разовая ПДК его в воздухе 0,2 мг/м3.

    Этилен– бесцветный газ, оказывающий наркотическое воздействие на человека. Среднесуточная максимальная разовая ПДК этилена в воздухе составляет 3 мг/м3.

    Отрицательное влияние загрязненного воздуха, особенно содержащего сернистый газ, на растительность заключается в подавлении ее роста.

    Наиболее чувствительны к загрязнению воздуха ель, сосна, пихта, лиственница, ольха, ива, береза (установлено, что вредное воздействие сернистого газа на хвойные деревья обнаруживается на расстоянии до 80 км от места его выброса); из злаковых и бахчевых культур – пшеница, рожь, ячмень, овес, люцерна, клевер; из низших –кустистые лишайники.

    2.2 Воздействие на воду

     

    Река считается загрязненной, если состав воды изменился под влиянием производственной деятельности настолько, что вода стала непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

    Различают следующие основные виды водопользования: хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное. В соответствии с этими видами водопользования нормируются состав и свойства воды и предельно допустимая концентрация вредных веществ (таблица 2).

     

    Таблица 2 Предельно допустимая концентрация вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования

     

     

     

     

    Загрязнитель 

     

    Лимитирующий показатель вредности

    Предельно допустимая концентрация (в мг/л) вредных веществ в объектах водопользования 

    Хозяйственно-питьевого и культурно-бытового 

     

    Рыбохозяй-ственного 

    Аммиак

     

    Бензин

    Керосин

    Масло соляровое

    Нефть высокосернистая

    Нефтьпрочная

    Нефть и нефтепродукты в растворенном и эмульгированном состояниях

    Этилен 

    Общесанитарный

    Токсикологический

    Органолептический

    То же

    Токсикологический

    Органолептический

    То же

    Рыбохозяйственный

     

     

     

     

     

    Органолептический 

    2,0


    0,1

    0,1


    0,1

    0,3


     

     

     

     

     

    0,5 


    0,05



    0,01



    0,05

     

     

     

     

     

     

    Попадание нефтепродуктов может привести к утрате водоема как объекта одного или нескольких видов водопользования. Возможные последствия загрязнения усугубляются высокой стойкостью нефти к окислению и токсичностью отдельных ее фракций. Нефть, попадая в воду, растекается вследствие ее гидрофорбности по поверхности, образуя тонкую нефтяную пленку, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды. При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространение по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно и образуют данное загрязнение. Установить прямую связь между объемом утечки и площадью загрязнений поверхности воды, дна водоема, его берегов, а также стойкость загрязнений весьма трудно.

    В результате загрязнения воды нефтью изменяются ее физические, химические и органолептические свойства, что существенно ухудшает условия обитания в воде животных и растений, использование такой воды в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях усложняется. Ввиду многообразия возможных последствий оценка даже прямого ущерба затруднительна. В этом отношении весьма интересна классификация нефтяного загрязнения водоемов (таблица 3), разработанная ГосНИОРХом по материалам многолетних исследований.

     

    Таблица 3 Классификация нефтяного загрязнения водоемов

     

    Категория загрязнения 

    Характеристика загрязнения 

    Содержание нефти, мг/л 

    В грунте 

    В воде 

     

    Слабое

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Среднее 

     

    Нефтяная пленка отсутствует, привкус нефти слабый, запах не ощущается. Загрязнение не оказывает влияния на газовый режим, минерализацию, окислитель и БПК воды. Рыба в водоеме обитает нормально, размножается, но имеет привкус нефтепродуктов. Отрицательное влияние на планктон незначительно, на бентос –не установлено.

    Вода имеет запах и привкус нефти, поверхность покрыта отдельными нефтяными пятнами. Влияние на газовый режим, минерализацию, окисляемость и БПК воды незначительно или не наблюдается. Рыба в водоеме обитает, но имеет привкус нефтепродуктов. Наблюдаются случаи гибели личинок рыб и нарушения нормального развития икры и представителей бентоса и планктона.

     

    Менее 0,1

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    0,1–0,5

     

    Менее 1

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1–10

     

    Продолжение таблицы 3

     

    Категория загрязнения 

    Характеристика загрязнения 

    Содержание нефти, мг/л 

    В грунте 

    В воде 

     

    Сильное

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Очень сильное


     

     

    Вода имеет запах и привкус нефти, отдельные участки ее поверхности покрыты нефтяной пленкой. Наблюдается изменение газового режима, минерализация, окисляемости и БПК воды. Рыба избегает таких участков водоема. При случайной задержке в этой зоне она погибает. Личинки рыб и икра гибнут. Планктон и бентос отсутствуют.

     

    Вода имеет сильный запах и привкус нефти, поверхность ее покрыта сплошной нефтяной пленкой. Берега и растительность покрыты нефтью или мазутом. Иногда дно покрыто тяжелыми фракциями нефти. Изменяются газовый режим, минерализация, окисляемость и БПК воды. Рыба, планктон и бентос в воде отсутствуют. Вода непригодна для водопользования

     

    0,5–1

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1–5 

     

    10–30

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Более 30 

    Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов.

    Загрязнение воды нефтью, как уже отмечалось, затрудняет все виды водопользования.

    Влияние нефти, керосина, бензина, мазута, смазочных масел на водоем проявляется в ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха); растворении в воде токсических веществ; образовании поверхностной пленки и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.

    Характерный запах и привкус появляются при концентрации нефти и нефтепродуктов в воде 0,5 мг/л, а нафтеновых кислот 0,01 мг/л. Значительные изменения химических показателей воды происходят при содержании нефти и нефтепродуктов более 100–500 мг/л. Пленка нефти на поверхности водоема ухудшает газообмен воды с атмосферой, замедляя скорость аэрации и удаления углекислого газа, образующегося при окислении нефти. При толщине нефтяной пленки 4,1 мм и концентрации нефти в воде 17 мг/л количество растворенного кислорода за 20–25 сут понижается по данным Е.А. Веселова на 40%.

    Используемые в настоящее время методы очистки воды, устранения нефтяного привкуса и запаха, восстановления прозрачности и цветности, локализации, сброса и удаления нефти позволяют в какой-то мере смягчить последствия загрязнения, ускорить процесс восстановления временно утраченных свойств воды и тем самым обеспечить дальнейшее использование водоемов в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях, однако для рыбного хозяйства водоему может быть нанесен невосполнимый ущерб вследствие высокой чувствительности живых организмов и растительности к нефтяному загрязнению, а также стойкости и токсичности этого загрязнения.

    Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к ухудшению качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса); гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры; отклонения от нормального развития рыбной молоди, личинок икры; сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб; нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры.

    Биомасса бентоса и планктона на загрязненных участках реки резко уменьшается. Токсическое воздействие нефти и нефтепродуктов на рыб обусловливается выделяющимися из нефти токсическими веществами. Концентрация нефти в воде 20–30 мг/л вызывает нарушение условно-рефлекторной деятельности, более высокая–гибель рыб.

    Особую опасность представляют нафтеновые кислоты, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах. Их концентрация в воде 0,3 мг/л смертельная для гидробионтов.

     

    Самоочищение рек и водоемов от нефти и нефтепродуктов

    Очищение воды от нефти и нефтепродуктов происходит в результате и естественного распада– химического окисления, испарения легких фракций и биологического разрушения микроорганизмами, обитающими в водной среде. Все эти процессы характеризуются чрезвычайно малой скоростью, определяемой главным образом температурой воды. Химическое окисление нефти затрудняется высоким содержанием в ней предельных углеводородов. Окисляются и испаряются в основном легкие фракции, а тяжелые трудноокисляемые фракции нефти накапливаются и затем оседают на дно, образуя донное загрязнение.

    Уменьшение массы нефтяной пленки в первые дни после ее образования происходит преимущественно вследствие испарения нефти. По данным М.Т. Голубевой при температуре воды 22–270 С испаряется нефти до 26 %, а при температуре воды 2-50 С – до 12%. Дальнейшее уменьшение массы нефтяной пленки происходит за счет биохимического окисления нефти и оседания ее тяжелых фракций на дно водоема. При низких температурах масса нефтяной пленки со временем практически не уменьшается.

    В процессе биологического разрушения микроорганизмами нефть и нефтепродукты частично усваиваются им, а частично окисляются. Известно, около 100 видов бактерий, дрожжей и грибков способных окислять углеводороды. Максимальная активность нефтеокисляющих микроорганизмов наблюдается при температуре воды 15-350 С. С понижением температуры интенсивность окисления резко уменьшается.

    <

    Биохимическое окисление нефти сопровождается интенсивным поглощением кислорода воды. В среднем на окисление 1 мг нефти затрачивается от 0,5 до 3,5 мг кислорода. Одним из показателей наличия в воде органических загрязнений и интенсивности их биологического окисления является биологическая потребность в кислороде, численно равная количеству кислорода, поглощаемого микроорганизмами при биологическом окислении органических загрязнений, содержащихся в 1 л воды.

    Биохимическое окисление нефти в водоеме сопровождается непрерывной миграцией тяжелых ее фракций с поверхности на дно и обратно.

    Нефтяные отложения на дне водоема в анаэробных условиях сохраняются длительное время и являются источником вторичного загрязнения водоемов.

    Полное окисление нефти в аэробных условиях, продолжается не менее 100–150 дней, а в анаэробных –длиться еще дольше, что позволяет предполагать возможность загрязнения водоема продолжительное время.

     

    2.3 Влияние на почву

     

    Попадая на земную поверхность, нефть оказывается в качественно новых условиях существования: из сугубо анаэробной обстановки с очень замедленными темпами геохимических процессов она попадает в аэрируемую среду, в которой, помимо абиотических геохимических факторов, огромную роль играют биогеохимические факторы, и прежде всего геохимическая деятельность микроорганизмов. Будучи высокоорганизованной субстанцией, состоящей из множества различных соединений, нефть деградирует очень медленно, процессы окисления одних структур ингибируются другими структурами, трансформация отдельных соединений происходит по пути приобретения форм, в дальнейшем трудноокисляемых.

    Главным окисляющим агентом в условиях земной поверхности является молекулярный кислород. Окисление углеводородов молекулярным кислородом как в химических, так ив биохимических реакциях происходит по одному и тому же механизму и приводит к одинаковым результатам. В первую очередь разрушаются связи с наименьшей энергией разрыва, наиболее доступные для окислителя. Механизм этот до конца еще не ясен, во многом гипотетичен, но вместе с тем по поводу его главных особенностей уже нет серьезных разногласий.

    Взаимодействие углеводородов с кислородом сопровождается снижением уровня свободной энергии, поэтому может протекать самопроизвольно при наличии достаточного количества окисляющих агентов. Конечными продуктами реакции являются СО2 и Н2О. Процесс этот при низких температурах происходит чрезвычайно медленно, проходя через ряд промежуточных стадий. Одним из существенных факторов ускорения процесса–активность катализаторов. Наиболее распространенные и универсальные катализаторы в почвах, воде, растениях– различные ферменты, выделяемые микроорганизмами, почвенной мезофауной, высшими растениями.

    Выделена многочисленная «специализированная» группа углеводородокисляющих микроорганизмов, использующих те или иные углеводороды в качестве субстрата для своего роста. Выделяемые ими ферменты могут использоваться и для окисления других соединений, которые не являются для них источниками питания. Другие группы микроорганизмов утилизируют промежуточные продукты окисления углеводородов, способствуя дальнейшему углублению процесса.

    Таким образом, нефтяные углеводороды попадают в своеобразный «конвейер» биокатализаторов, стимулирующих процесс их распада и очищение экосистемы.

    Вертикальное продвижение нефти вдоль почвенного профиля создает хроматографический эффект, приводящий к дифференциации состава нефти: в верхнем, гумусовом горизонте сорбируются высокомолекулярные компоненты нефти, содержащие много смолисто-асфальтеновых веществ и циклических соединений; в нижние горизонты проникают в основном низкомолекулярные соединения, имеющие более высокую растворимость в воде и более высокую диффузионную способность, чем высокомолекулярные компоненты. Легкие углеводороды, как правило, высокотоксичны и трудно усваиваются микроорганизмами, поэтому долго сохраняются в нижних частях почвенного профиля в анаэробной обстановке.

    В песчаных почвах создается сплошной фронт продвижения нефти. В тяжелых суглинках нефть проникает по трещинам вдоль корневых систем растений, сорбируется в отдельных горизонтах, определяя мозаичную, пятнистую картину загрязнения почвенного профиля. Создаются своеобразные «нефтяные макротекстуры» почвенного профиля: равномерная, трещинно-корневая, селективно-насыщенная им др.

    В первые недели и месяцы после загрязнения происходят в основном абиотические процессе изменения нефти в почве. Идет стабилизация потока, частичное рассеяние, понижение концентрации, что дает возможность микроорганизма адаптироваться, перестроить свою функциональную структуру и начать активную деятельность по окислению углеводородов.

    Содержание нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения – на 40–50%. В дальнейшем это снижение идет очень медленно. Меняются диагностические признаки остаточной нефти; вещество, первоначально прочти полностью извлекающееся гексаном, затем преимущественно извлекается хлороформом и другими полярными растворителями. Увеличивается доля веществ, не извлекаемых из почвы органическими растворителями.

    Основной механизм окисления углеводородов разных классов в анаэробных условиях, близких к условиям поверхности Земли,– это внедрение кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией разрыв (С-С, С-Н). Из абиотических факторов процесса на поверхности Земли главная роль принадлежит ультрафиолетовому излучению. Фотохимические процессы могут разлагать даже наиболее стойкие полициклические углеводороды за несколько часов. Внутри почвенного профиля фотохимические процессы практически не идут, главная роль в окислении углеводородов здесь принадлежит биологическому окислению. Катализаторами этого процесса являются ферменты, вырабатываемые микроорганизмами, растениями, животными. Разные ферменты могут избирательно действовать на отдельные соединения или классы соединений.

    В углеводородной смеси в первую очередь трансформируются молекулы, имеющие наименьшую энергию разрыва связей. Намечается следующая последовательность окисления углеводородов:

  • соединения с гетероатомами (О, S,N) нетоксичными для организмов;
  • соединения, содержащие третичный, вторичный атомы углерода или атом углерода у двойной связи (замещенные арены и циклоалконы, нафтеново-ароматические, алифатические углеводороды с разветвленной цепью и др.);
  • высокомолекулярные нормальные алканы;
  • алкилзамещенные одноядерные циклические углеводороды с короткими боковыми цепями;
  • низкомолекулярные алканы и незамещенные циклические углеводороды.

    Окисление углеводородов до СО2 и Н2 происходит стадийно через ряд промежуточных продуктов. Такими продуктами являются:

  • кислородные соединения: спирты, органические кислоты, альдегиды, продукты превращения метановых и алифатических цепей нафтеновых и ароматических углеводородов. Эти продукты легче растворяются в воде, потому будут легче мигрировать по почвенному профилю и выносится из зоны окисления фильтрующимися внутрипочвенными потоками и грунтовыми водами. Кислородные соединения гораздо легче подвергаются процессам биодеградации, скорость их окисления увеличивается, часть их включается в состав почвенного гумуса;
  • продукты уплотнения части окисленных циклических молекул углеводородов типа смолистых веществ; нафтеново-ароматические, замещенные ароматические и нафтеновые, изоалканы (молекулы с третичным атомом углерода); соединения с гетероатомами кислорода, серы, азота частично превращаются в высокомолекулярные продукты окислительной поликонденсации сложного строения, недоступные для микробиологического разрушения; эти продукты сначала будут фиксироваться в виде смолистых веществ, а в дальнейшем, по-видимому, перейдут в более уплотненные твердые высокомолекулярные вещества, нерастворимые в органических растворителях; они не мигрируют и надолго консервируются в почве;
  • новообразованные («вторичные») незамещенные циклические углеводороды и алифатические углеводороды нормального строения; судьба этих углеводородов, по-видимому, такая же, как и их «Первичных» аналогов.

    Конечными продуктами метаболизма нефти в почвах являются:

  • углекислота, которая может связываться в карбонатах, и вода;
  • кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны и др.), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля;
  • твердые нерастворимые продукты метаболизма–результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо—минеральные комплексы;
  • твердые корочки высокомолекулярных компонентов нефти на поверхности почвы (киры).

    Состав и соотношение продуктов метаболизма зависят от состава исходной нефти (в основном) и от почвенно-климатических условий, в которых протекают процессы трансформации.

    В условиях практически почти полной репрессии функциональной активности почвенной флоры и фауны определяющая роль в деградации нефтепродуктов (НП) в почве обеспечивается, прежде всего, деятельностью углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), способных в конструктивном и энергетическом обмене оксигенировать углеводородные субстраты, минерализовывать до СО2 и воды или превращать в соединения, утилизируемые другими группами микроорганизмов. В настоящее время установлено, что УОМ расселяются повсюду, особенно много их там, где в почве имеются газообразные или жидкие углеводороды. Например, большую роль в уничтожении восходящего потока углеводородных газов над залежами нефти и газа играет группа бактерий, окисляющих метан и его гомологи, представленная в основном родами Pseudomonos и Mycobacterium. Клетки бактерий, окисляющих газообразные углеводороды при 27–300, потребляют за 1 ч от 27*10-13 до 5*10-12 мл пропана и метана. Развитие УОМ может быть настолько интенсивным, что весь мигрирующий углеводородный поток полностью уравновешивается окислительной активностью бактерий, создающей над нефтяной или газовой залежью мощный бактериальный фильтр.

    Большинство исследований свидетельствует, что почвенные микроорганизмы отвечают на нефтяное загрязнение повышением валовой численности и усилением активности. Прежде всего, увеличивается численность и активность УОМ, ответственных за подготовительный метаболизм.

    Изменяется численность не только УОМ, но и других групп микроорганизмов, принимающих участие в сложных биохимических процессах в почвах. Имеются довольно противоречивые сведения о численности и активности отдельных групп микроорганизмов в различных типах почв. В свежезагрязненной черноземной пахотой почве при степени загрязнения сырой нефтью (Н) 7,8 % значительно повышалась численность гетеротрофной микрофлоры, актиномицетов, грибов, бактерий, усваивающих минеральный азот.

    Одна из важнейших функций микробных сообществ –гидролиз наиболее распространенного в почвах биополимера – целлюлозы. В почве процесс гидролиза целлюлозы осуществляется многими микроорганизмами. В нефтезагрязненной серо почве происходит почти полная репрессия активности целлюзоразлагающих микроорганизмов.

    Развитие целлюзоразлагающих микроорганизмов обусловлено характером питания, содержанием нитратного азота. В нефтезагрязненной почве эти условия нарушаются. Слабая активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов связана также с неблагоприятным водно-воздушным режимом и низким содержанием свежих растительных остатков.

    В нефтезагрязненной почве обнаруживаются почти все группы микроорганизмов, участвующие в окислительно-восстановительной трансформации азота. Различный уровень активности микроорганизмов, осуществляющих круговорот азота, обусловлен микрозональностью физико-химических условий (окислительно-восстановительного потенциала, рН, характера элементов питания и др.). Н, пропитывая почвенные частицы, ухудшает доступ кислорода, в почвенных агрегатах создается значительное количество микрозон с ограниченным доступом кислорода. Понижение концентрации кислорода до 3*10-6 м благоприятствует развитию анаэробных микроорганизмов, развитие аэробной микрофлоры, например грибов, затормаживается. Одной из причин анаэробиоза в нефтезагрязненной аэробных УОМ. Таким образом, в почве одновременно развиваются аэробы и анаэробы.

    Азотфиксирующие и аммонифицирующие микроорганизмы, численность которых резко увеличивалась в загрязненной почве, относятся в большинстве своем к аэробным формам, хотя аммонификацию в условиях ограниченного доступа кислорода могут осуществлять также факультативно анаэробные бациллы и бактерии. Интенсивность нитрификации определяет концентрация субстрата и растворенного кислорода. Минимальное содержание растворенного кислорода для нитрификации должно оставлять 2 мг/л, при снижении его до 1,3 мг/л скорость роста нитрификаторов составляет 60% от максимальной величины. В связи с этим развитие в нефтезагрязненной почве неблагоприятного уровня окислительно-восстановительного потенциала накладывают отпечаток на процесс нитрификации. Снижение численности нитрификаторов в нефтезагрязненной почве, вероятно, нельзя объяснить лишь неблагоприятным для них окислительно-восстановительным потенциалом, так как в этих же условиях наблюдается повышение активности аммонифицирующих и аэробных азотфиксирующих микроорганизмов. Нитрификаторы-хемолитотрофы очень чувствительны к наличию в среде органических соединений; большое количество легкоусвояемых органических веществ, содержащихся в среде, задерживает их развитие. В незагрязненной почве не наблюдается больших количеств легкоусвояемого органического вещества. Ситуация меняется при нефтяном загрязнении почв. Нефтяные углеводороды, особенно н-парафины и продукты их разложения, представляют собой относительно легкоусвояемые органические соединения. Разложение Н и НП сопровождается увеличением содержания водо-растворимых продуктов метаболизма.

    Таким образом, в нефтезагрязненной почве в процессе разложения создаются условия, лимитирующие рост и развитие нитрифицирующих бактерий. Обеспечить минимальные потребности микроорганизмов в нитратной форме азота могут некоторые гетеротрофные микроорганизмы, способные осуществлять нитрификацию: бактерии из родов Pseudomonas, Achromobacter, Corynebacterium, Nocardia и некоторые грибы из рода Fusarium– все перечисленные микроорганизмы относятся также к группе УОМ.

    Численность азотфиксирующих микроорганизмов в нефтезагрязненной почве больше, чем на контроле. Фиксация азота–строго анаэробный процесс, а фермент нитрогеназа ингибируется кислородом.

    Поэтому интенсификацию азотфиксации в нефтезагрязненной почве можно объяснить низким парциальным давлением кислорода. Интенсификация азотфиксации в нефтезагрязненной почве коррелирован с интенсификацией процессов в основных звеньях круговорота азота и объясняется увеличением в почве содержания легкодоступного органического вещества –спиртов, органических кислот, аминокислот и др., а также коррелировала с численностью анаэробных азотфиксирующих микроорганизмов рода Clostridium. Азотфиксация может осуществляться также непосредственно УОМ. Интенсификация азотфиксации в других типах нефтезагрязненных почв показана также в ряде других исследований.

    Денитрификация– микробиологический процесс восстановления нитратов до молекулярного азота с одновременным окислением органических веществ до СО2 и воды. Всюду, где поступление органических веществ превосходит поступление кислорода, активно протекают процессы денитрификации. Микроорганизмы, осуществляющие процесс денитрификации, широко распространены в природе. К ним относятся роды Pseudomonas, Achromobacter, Mycobacterium и некоторые споровые, например Bacterium Lichemiformis. Рост денитрифицирующих микроорганизмов в загрязненных почвах во времени больше, чем в незагрязненных.

    Интенсификации денитрификации в нефтезагрязненных почвах способствуют избыток органики, слабощелочная реакция среды и низкий окислительно-восстановительный потенциал. С точки зрения общего направления самоочистки усиление процесса денитрификации– нежелательное явление в нефтезагрязненной почве, так как происходит обеднение почвы азотом, что в условиях резкого увеличения биомассы микроорганизмов и иммобилизации азота служит фактором, определяющим скорость самоочистки. С другой стороны, окисляя продукты частичного разложения углеводородов при сопряженном восстановлении нитратов, денитрификаторы тем самым принимают участие в процессах биодеградации.

    Восстановление нитратного азота в почве до аммиака катализируют ферменты нитрат- и нитритредуктазы, выделяемые во внешнюю среду микрооргазмами. Исследования показали, что нефтяное загрязнение резко снижает активность нитраредуктазы. (таблица 4 ).

     

    Таблица 4 Воздействие нефтяного загрязнения на активность нитраредуктазы почв

     

     

    Вариант 

     

    Активность, мг/10 г почвы 

    Почва незагрязненная

    Почва умерено загрязненная

    Почва загрязненная 

    150

    60

    10 

     

    Таким образом, обнаруживается противоречие между ингибирующим влиянием нефтяного загрязнения на активность фермента нитраредуктазы и стимуляцией роста численности и активности денитрификаторов. Следовательно, ингибирующее влияние нефтяных углеводородов на активность фермента нитраредуктазы «компенсируется» увеличением численности денинтрификаторов. Этот своеобразный «компенсационный» механизм способствует сохранению скорости процесса денитрификации в загрязненной почве и препятствует его снижению.

    Развитие в почве аналогичного «компенсационного» механизма обнаружено и для аммонифицирующих микроорганизмов. Судя по активности фермента протеазы, связанного с циклом азота, можно было бы прийти к заключению, что активность процесса аммонификации в загрязненных почвах идет с торможением. Однако это не так. Ингибирование нефтяными углеводородами активности почвенных протеаз компенсируется увеличением численности аммонифицирующих микроорганизмов, а, следовательно, увеличением выделения ими протеаз в почву.

    Одним из наиболее характерных свойств систем почвенных микроорганизмов является их функциональная стабильность (способность поддерживать суммарные физиологические функции), определяемая скоростью переработки оттока энергии и вещества, поступающего в экосистему в виде нефтяных углеводородов. Эта функциональная стабильность как характерный пример самоорганизации и саморегулирования микробных сообществ обеспечивается развитием в загрязненной почве своеобразных регуляторных механизмов, соответствующей «тонкой настройкой» биоценоза на различных уровнях, изменением ритмики функционирования микробных сообществ. Примером развития компенсационного механизма, обеспечивающего поддержание суммарных физиологических функций, является резкое увеличение численности и активности микроорганизмов, принимающих участие в круговороте азота на основных его этапах– азотфиксации, денитрификации и аммонификации, несмотря на ингибирующее воздействие нефтяного загрязнения на функциональную активность соответствующих почвенных ферментов. В условиях, когда в результате избытка органического субстрата в почве резко увеличивается соотношение С:N, что способствует иммобилизации азота, сохранение и повышение суммарных физиологических функций возможно при условии обеспечения азотом увеличивающейся численности почвенных микроорганизмов. Это может быть достигнуто путем внесения удобрений для интенсификации процесса биодеградации углеводородов в почве.

    Снижение активности нитрифицирующих микроорганизмов в нефтезагрязненной почве способствует процессу уплотнения цикла круговорота азота. Определенная часть аммиака, образовавшегося в процессах аммонификации, минуя стадию нитрификации, поступает непосредственно в почвенный поглощающий комплекс и используется микроорганизмами в качестве азотного питания. Способность иона аммония адсорбироваться почвенным поглощающим комплексом и не вымываться (в отличие от нитратов) делает, вероятно, аммиачную форму азота в условиях нефтезагрязненных почв главным источником азотного питания для микроорганизмов. Следовательно, круговорот части азота почвы по более короткозамкнутому циклу обеспечивает снижение времени его оборота, что имеет важное физиологическое значение в условиях его иммобилизации.

    Почвы, подверженные воздействию Н и НП, характеризуются специфичной микрофлорой с установившимся видовым составом. Общепринято, что основную роль в разложении углеводородов в почве играет бактериальная микрофлора, о чем свидетельствует значительная численность бактерий по сравнению с грибной. В почве преобладающая часть УОМ принадлежит микроорганизмам рода Pseudomonas, которые могут расти в широких диапазонах самых разнообразных экосистем и являются часто преобладающими среди других микроорганизмов.

    Значение этой группы микроорганизмов в разложении углеводородов подтверждается огромным разнообразием реакций превращений углеводородных субстратов, в том числе ароматического характера. В составе бактериальной микрофлоры нефтезагрязненных почв доминируют также представители родов Vibrio, Arthrobacter, Aeromonas, Moraxella, Acinetobacter и др. Среди дрожжевой микрофлоры в нефтезагрязненных почвах преобладают популяции аспорогенных форм, в основном виды родов Candida, Torulopsis, Rhodotorula.

    Самые активные штаммы грибов выделяются из почв, пропитанных Н и НП, и относятся в основном к родам Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma.

    В нефтезагрязненной почве значительно увеличивается количество центров формирования колоний грибов, гифы грибов удлиняются в 2 раза, изменяется видовой состав грибов, увеличивается количество выделяемых штаммов родов Graphium, Paecilomyces.

    Конечно, не все микроорганизмы, выделяемые из нефтезагрязненных почв, являются УОМ. Определенные виды микроорганизмов окисляют углеводороды до промежуточных продуктов, последние могут служить источником питания для других групп микроорганизмов, обнаруживаемых в почвах. Как биосистема комплекс почвенных микроорганизмов динамичен; состав биоценоза, его структура изменяются не только в результате нефтяного загрязнения, но и непрерывно в ходе длительного и сложного процесса биоразложения углеводородов. Разложение НП сопровождают экологические сукцессии микробных популяций и сообществ. Другими словами, биодеградация углеводородов, протекающая в пространстве и во времени, определяет и направленность микробных сукцессий. Это свидетельствует о том, что составные части микробных сообществ отличаются способностью использовать отдельные компоненты Н и НП. Микроорганизмы в процессе разложения углеводородов распределены в почвах по нишам. Так, интенсивное накопление жирных кислот в результат активной жизнедеятельности одной группы микроорганизмов немедленно вызывает интенсивный рост видов, активно утилизирующих жирные кислоты. Взаимодействие на уровне микробных сообществ обеспечивает более полную деградацию Н и НП.

    Данные проведенных исследований и литературные материалы дает основание схематически представить воздействие Н и НП на микробный пул почв. Важно подчеркнуть, что характер и интенсивность воздействия Н и НП на комплекс микроорганизмов и динамику его активности определяются макро- и микроэкологическими факторами среды.

     

    Ферментативная активность нефтезагрязненных почв

     

    Нефтяные углеводороды, обусловливая микробную сукцессию, определенным образом влияют на биохимические процессы почв. К сожалению, вопросу воздействия загрязнения на ферментативную активность почв уделено мало внимания, несмотря на очевидную функциональную взаимосвязь двух указанных компонентов биосистемы почв. Интенсивность продуцирования СО2 и поглощения кислорода используется в большинстве случаев лишь для определения скорости биодеградации Н и НП.

    Микробиологические исследования разложения Н и НП весьма трудоемки и громоздки. Между тем часто возникает необходимость периодически следить за состоянием биогенности почв. Поэтому большой практический интерес представляют методы определения биогенности и биоразложения Н и НП в почве, легко и быстро осуществимые. В этом отношении оценка биогенности почв, уровня загрязнения и интенсивности разложения с помощью определения активности почвенных ферментов и интенсивности продуцирования углекислоты заслуживает почвенных биохимических процессов дает возможность сознательно управлять биогенностью почвы. В связи с этим для практических целей важно знать, действие какого фермента является самым отзывчивым показателем биологической активности почвы.

    При внесении в почву 100–200 т/га нефти рост численности микроорганизмов соответствовал повышению активности фермента каталазы.

    Повышение дозы вносимой в почву нефти до 400–1000 т/га вызывало снижение активности этого фермента, а также активности гидролитических и окислительных почвенных ферментов. Интенсивность дыхания почв была прямо пропорциональна численности микроорганизмов и активности почвенных ферментов.

    Дегидрогеназная и каталазная активность почв, загрязненных при разливе Н из нефтепроводов, снижалась. Отмечено снижение каталазной, дегидрогеназной, инвертазной и протеолитической активности типичного серозема и серой лесной почвы, загрязненных Н. При интенсивности загрязнения черноземной почвы (6% Н) наиболее глубокое отрицательное влияние оказывалось на активность дегидрогеназы и протеазы, активность уреазы слабо ингибировалось только в начальные периоды, а затем значительно повышалось.Изучено воздействие нефтяных углеводородов на активность биохимических процессов почв, динамику их развития. Исследованию подвергались серо почвы, загрязненные Н из расчета 200 т/га.

    Таблица 5 Воздействие нефти и углеводородов на ферменты почв

     

     

     

    Вариант 

    Активность ферментов 

    Дыха

    ние, мг СО2/100г почвы за 24 ч. 

    Каталаза, мл 0,1 н. КМnO4/г почвы

    Инвертаза, мг глюкозы/г почвы 

    Уреаза, мг NH3/100 г почвы

    Дегидро-геназа, мг ТФФ/10 г почвы 

    Почва (контроль)

    Почва +нефть

    Почва +н-гексаден

    Почва +циклогексан

    Почва +ФАУ*

    Почва +нефтяные смолы

    0,69

    0,64

    0,70

    0,71

    0,66

    0,68 

    28

    17

    10

    19

    9

    Не опр. 

    1,8

    2,9

    2,6

    1,8

    1,6

    Не опр. 

    90,

    9,5

    11,8

    7,2

    5,0

    6,8 

    62

    25

    51

    62

    31

    79 

    *Фракция ароматических углеводородов нефти.

    Как видно из данных табл.5, активности почвенных ферментов загрязненных и незагрязненных почв сильно различались. Так, каталазная активность загрязненной почвы была значительно выше, чем незагрязненной. Высокоактивный кислород, образующийся при участии каталазы, может обеспечивать доступным О2 микроорганизмы, принимающие участие в процессах разложения углеводородов. Высокая каталазная активность обеспечивает поддержание необходимого уровня обеспеченности кислородом почвенных агрегатов, покрытых пленкой Н. С этой точки зрения, каталазная активность – важный фактор, обеспечивающий соответствующие условия для поддержания высокой скорости самоочистки нефтезагрязненной почвы. Загрязенние создает в почве анаэробные условия, снижающие численность микрофлоры и каталазную активность почвы.

    По мере снижения скорости биоразложения, связанной со снижением количества легкоразлагаемых углеводородов, каталазная активность снижается и в процессе самоочистки приближается к таковой в незагрязненной почве.

    Нефтяные углеводороды полностью репрессировали дегидрогеназы почв.

    Через 3 мес. после загрязнения, несмотря на то, что около 45–50% внесенной Н подверглось разложению, дегидрогеназная активность почвы еще не восстанавливалась. Ингибирование этого фермента продолжалось вплоть до 22 мес. после загрязнения, даже при деградации 60% исходного количества Н.

    В круговороте углерода в биогеоценозе особую роль играют почвенные гидролизы гликозидов, среди них важное значение имеет инвертаза. Инвертазная активность служит важным диагностическим признаком почвы, пригодной для заселения растениями. В загрязненной почве, особенно в верхнем, наиболее насыщенном нефтью слое, оно значительно снижалась. Снижение активности инвертазы в загрязненной почве может быть связано с низкой активностью целлюлозо-разлагающих микроорганизмов и соответственно снижением в почве содержания дисахаридов, а также с ингибированием роста растений как основных

    источников этого почвенного фермента.

    Круговорот азота в почве тесно связан с активностью протеолитических ферментов. Судя по активности протеазы, можно было бы прийти к заключению, что процесс аммонификации в нефтезагрязненной почве идет с торможением. Однако ингибирование нефтяными углеводородами активности почвенной протеазы компенсируется повышением численности аммонифицирующих микроорганизмов, а, следовательно, увеличением выделения ими протеаз в почвенную среду.

    Многие бактерии, актиномицеты и грибы обладают уреазой и могут использовать мочевину в качестве источника азота. Анализ многочисленных проб почв, отобранных с нефтезагрязненных участков, показал повышение активности уреазы в течение всего периода наблюдений. Изменение уреазной активности находится в полном соответствии с ростом численности аммонифицирующих микроорганизмов.

    Анализ данных активностей различных ферментов в динамике самоочищения загрязненной серой почве показывает, что эти показатели в течение периода наблюдений изменяются в сторону повышения.

    Дыхание почв реагировало на загрязнение и коррелировало с численностью микроорганизмов. В первый период нефтяное загрязнение вызывало снижение численности микрофлоры, но не влияло или несколько снижало интенсивность дыхания, затем с увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания значительно возрастала, что косвенно свидетельствует об интенсификации процессов биодеградации нефтяных углеводородов микроорганизмами. Интенсивность дыхания к низу почвенного профиля снижалась, что отражает закономерное снижение биогенности почв с глубиной, однако и в нижних горизонтах загрязненных почв продуцирование СО2 было свыше по сравнению с незагрязненными почвами, что косвенно свидетельствует о поступлении продуктов разложения Н в эти горизонты с почвенным раствором.

    Таким образом, Н по-разному влияет на активность ферментов почв.

    Как видно из данных табл. 5, Н и различные классы углеводородов неодинаково влияли на активность почвенных ферментов. Увеличилась активность дегидрогеназы, протеазы, каталазы, уреазы, снижалась активность гидролазы. Значительно снижалась дыхательная активность почв. Наибольшее ингибирующее воздействие на биогенность почв оказывали ароматические углеводороды, наименьшее –парафины. Аналогично углеводороды воздействуют на функциональную активность растительных организмов. Обнаружена избирательность воздействия углеводородов на отдельные ферменты в серой почве. Так, циклопарафины повышали каталазную активность почв, однако ингибировали активность гидролаз. Выше отмечалось положительное влияние Н на активность почвенных уреаз. Компонентами Н, стимулирующими активность этих ферментов, являются Н-парафиновые углеводороды. Эти же компоненты Н стимулировали активность почвенных дегидрогеназ. Ингибирование активности дегидрогеназы в нефтезагрязненных почвах при длительных загрязнениях может быть обусловлено воздействием продуктов окисления углеводородов, что подтверждается влиянием на дегидрогеназу окисленных продуктов некоторых углеводородов.

    Влияние Н и НП на ферменты почв многосторонне: прямое–ингибирование, разрушение или активация ферментов и косвенное– изменение ферментного пула почвы в результате ингибирования роста почвенной мезофауны и растений.

    Будучи внеклеточными соединениями белковой природы, ферменты почв иммобилизованы почвенными коллоидами, что обеспечивает их активность. Углеводороды могут снижать емкость их иммобилизации, что в большей степени уменьшает их устойчивость к воздействию и каллтическую активность.

    Изменение количественного и качественного состава органических веществ почвы в результате поступления Н и НП преобразует внешний фактор и обусловливает нарушение исторически сложившихся в естественных условиях развития взаимоотношений в системе почвенные животно-растительные микроорганизмы. Это способствует глубокому изменению отдельных звеньев естественных биоценозов, созданию новой экологической обстановки с соответствующим качественным составом и общим числом живых организмов в почве. Исключительная ограниченность видового и экологического разнообразия –общая особенность нефтезагрязненных почв. Она обусловлена репрессией углеводородами и продуктами их разложения автотрофной ассимиляции, ингибированием функциональной активности почвенных животных и ферментного пула почв. Почвенные микроорганизмы как биосистема выступают основными потребителями энергии углеводородов. Разнообразие и гетерогенность видового состава микроорганизмов в том или ином типе почв определяет их чрезвычайную вариабельность чувствительности к углеводородам, а также обусловливают изменение в соотношении численности и видового состава комплекса почвенных микроорганизмов. В нефтезагрязненных почвах резко увеличиваются валовая биомасса и численность микроорганизмов, снижается видовое разнообразие микроорганизмов за счет развития немногочисленных видов с повышенной активностью, трофические потребности которых соответствуют конкретным условиям среды. Нефтяные углеводороды как дополнительный источник энергии создают биоценоз с характерной структурой трофических связей и энергетического обмена. Изменение структуры микробных популяций в нефтезагрязненных почвах проявляется не только в увеличении численности микроорганизмов и объединении видового разнообразия, но и в развитии «специализированных» эколого-трофических групп микроорганизмов, участвующих на разных этапах в утилизации углеводородов.

    Все указанные особенности комплекса почвенных микроорганизмов характеризуют с экологической точки зрения неустойчивое сообщество. Эта неустойчивость имеет типичную сукцессионную природу и основана на конвейерной переработке микроорганизмами основного энергетического источника их существования –нефтяных углеводородов. Нефтяное загрязнение представляет собой внешний источник энергии, который создает и поддерживает достаточно неустойчивое состояние микробиоценоза почв. Оно оказывается в роли фактора,

    Запускающего сукцессию. В последующем отдельные этапы сукцессии зависят только от завершения предыдущих и являются их следствием. В целом поздние этапы сукцессии характеризуются снижением общей численности, суммарной биомассы и метаболической активности комплекса почвенных микроорганизмов.

    В системе почвенного профиля распределение микроорганизмов подчиняется общей схеме ходя их численности в течение сукцессии: максимум– в зоне ферментации и постепенное падение вглубь вслед за деградацией углеводородов.

    Так как только комплекс почвенных микроорганизмов обеспечивает утилизацию потока энергии углеводородов, стратегия комплекса как биосистемы заключается в выработке таких механизмов, которые обеспечили бы в максимально короткое время (для каждого конкретного уровня загрязнения) возврат к прежнему состоянию динамического равновесия. В соответствии с принципом стабильности, связанным со вторым законом термодинамики, в загрязненной почве как замкнутой системе с проходящим через нее потоком энергии вырабатываются своеобразные гомеостатические механизмы, обеспечивающие развитие такой системы в сторону устойчивого состояния. Такими механизмами являются: круговорот определенной части азота по более короткозамкнутому циклу, увеличение численности УОМ, снижение видового разнообразия за счет развития наиболее активных по отношению к углеводородам видов и др. Это пример оптимизации (структурной и функциональной) микробных сообществ в конкретных условиях среды, отвечающий общей стратегии — преодолению флуктуации среды под воздействием антропогенного фактора. Развитие механизмов регуляции численности и структуры микробиоценоза приводит комплекс почвенных микроорганизмов в состояние нового равновесия на более высоком уровне (с характерным качественным и количественным составом почвенных популяций), адекватном новым физико-химическим условиям среды. Нефтяные углеводороды и продукты их разложения обусловливают различный характер воздействия на почвенные ферменты. Последние являются чувствительными к нефтяному загрязнению почв и могут служить индикаторами восстановления почв.

    Все процессы в почве, в том числе микробиологические и ферментативные, взаимосвязаны, взаимообусловлены и тесно скоординированы таким образом, чтобы обеспечить жизнедеятельность экосистемы, находящейся в состоянии динамического равновесия. Так как активность ряда почвенных ферментов тормозится углеводородами (в основном ароматическими), а также продуктами их окисления, роль этих ферментов в процессах, непосредственно связанных с первичным окислением углеводородов, \вероятно, второстепенна. Решающее значение в процессах подготовительного метаболизма углеводородов играют микроорганизмы, осуществляющие внутриклеточное окисление углеводородов. Поэтому все возможные пути активного вмешательства человека в управление процессами биодеградации нефтяных углеводородов в почве должны быть направлены, прежде всего, на активизацию микробных сообщества, создание оптимальных условий их функционирования. Изучение микробиологических и ферментативных процессов в их единстве позволяет глубже понять биологию этих почв и выявить общие закономерности, дающие возможность в определенных границах предсказать направленность биоразложения.

    Почвенные животные наряду с микрофлорой являются одним из важных компонентов экосистем и выполняют многофункциональную роль в процессах трансформации органического вещества. Они довольно четко реагируют на изменение свойств почвы.

    Более многочисленная и разнообразна фауна крупных почвенных беспозвоночных в луговых угодьях и очень бедна и немногочисленна– в пахотных почвах. В комплексе мезофауны лугов значительный процент составляют дождевые черви –36,9% (12 особей на 1 м2), в то время как в пахотных почвах они единичны.

    Действие и последействие нефтяного загрязнения на почвенных животных определяются, прежде всего, интенсивностью загрязнения. В зоне наиболее интенсивного загрязнения крупные беспозвоночные исчезают полностью, численность мелких беспозвоночных резко снижается. При поверхностном загрязнении в результате факельного загрязнения у отдельных групп (хищные клещи, гамазиды, ногохвостки) наблюдается даже кратковременная стимуляция, быстро сменяющаяся депрессией. Особенно это заметно при анализе сезонных изменений численности микроартропод. При более сильном загрязнении (6-10%), при порыве нефтепровода, в зоне пятна исчезают практически полностью как крупные, так и мелкие беспозвоночные, и в пограничной зоне они испытывают значительное угнетение. При аварийном разливе нефти у скважин (были загрязнены одновременно участки пашни и пастбища) крупные беспозвоночные на пашне исчезают полностью в 1-й год загрязнения, на пастбище их численность снижается в 1-й год в 4,5 раза по сравнению с контролем, а на второй год они встречаются лишь единично. Такая разница может быть связана с тем, что на пастбище вследствие хорошо развитой дернины скорость проникновения нефти в почву ниже, чем на пашне.

    Скорости формирования растительного покрова и животного населения почв при нефтяном загрязнении в значительной степени определяются процессами деградации нефти в почве. Изменение нефти в почвах, ее деградация происходят под влиянием трех основных взаимозависимых и взаимообусловленных факторов: микробиологического, физического и химического. Действие их в отдельности весьма трудно вычленить, и можно говорить только об относительном доминировании на отдельных стадиях деградации нефти то физических, то химических, то биологических процессов. Физические процессы ведут к испарению легких фракций, вымыванию и рассеиванию за пределы площади загрязнения части углеводородов. Это может приводить к значительному уменьшению концентрации нефти, снижению токсичности, в отдельных случаях возобновлению роста травянистой растительности, заселению педобионтами. Однако этот процесс нельзя назвать самоочищением, так как нефтяные продукты не минерализуются и загрязняют сопряженные компоненты ландшафта. Химические процессы приводят к образованию трех основных видов продуктов: водо-растворимых соединений, асфальтово-смолистых веществ и слаборастворимых или нерастворимых в органических растворителях продуктов типа оксикеритов и гуминокеритов, т.е. битуминозные вещества в почвах постепенно гумифицируются. Этот процесс идет необратимо с большей или меньшей скоростью: через 10 лет после загрязнения интенсивность снижается, а через 25 лет после поступления загрязнителя происходит существенное разрушение битуминозных веществ.

    Учет педобионтов, проведенный в этих экосистемах, показал сопряженность скорости процессов распада битуминозных веществ с формированием комплекса педобионтов; за этот срок сформировался комплекс мелких членистоногих, в то время как численность крупных беспозвоночных была ниже, чем в фоновых ельниках. Это позволяет сказать, что и через 15–25 лет сохраняются «остаточные» явления загрязнения. В частности, по предварительным данным пермских нефтехимиков, в лесу, загрязненном 15 лет назад, наблюдается некоторое накопление ПАУ в подстилке и в соответствии с этим меняется вертикальное размещение крупных беспозвоночных: ели на контроле в подстилке концентрируется 67 % дождевых червей, то при загрязнении – только 17%, основная масса находится в слое 0–10 см, где ПАУ содержится в 6,3 раза меньше, чем в подстилке. Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что мелкие почвенные животные являются показателями относительно быстрых изменений среды, в то время как комплекс крупных животных является индикатором ее медленных, но устойчивых изменений.

    Не менее интересен вопрос о сопряженности не только физических и химических, но и микробиологических процессов деградации нефти в почве со скоростью формирования комплекса педобионтов. Микробиологические процессы ведут к частичному окислению и минерализации нефти. Почвенные животные (за исключением простейших), для которых нефть токсичная, не принимают прямого активного участия в процессах биодеградации нефти в почве. Установлено, что протисты относительно более устойчивы к загрязнению нефти в почве. Установлено, что протисты относительно более устойчивы к загрязнению почвы нефтью. Они постоянно присутствуют на загрязненных нефтью почвах. В 1-й год загрязнения как на пашне, так и на пастбище наблюдалось значительное увеличение численности простейших в течение всего вегетационного сезона. Сравнение результатов исследований с данными микробиологов показало, что реакция почвенных простейших на загрязнение нефтью сходня с реакцией бактерий, усваивающих минеральный азот и азот органических соединений. Это позволяет сделать предварительный вывод о том, что при общем отрицательном действии нефтяного загрязнения на почву и ее биологическую активность почвенные простейшие как относительно толерантная к загрязнению группа беспозвоночных наряду с отдельными группами микрофлоры могут принимать активное участие в первых стадиях деградации нефти в почве. Комплекс педобионтов, в первую очередь тесно связанный трофически с микрофлорой, играет, по-видимому, посредственную роль в процессах биодеградации нефти.

    Данные, полученные в течение ряда лет на пахотном участке, показали достаточно четкую сопряженность изменения активности микробиологических процессов и скорости формирования животного населения: на 9–10-й год после загрязнения наблюдалось значительное уменьшение содержания нефти в почве, снижалась токсичность, повышалось микробиологическая активность, возрастала численность педобионтов.

    Таким образом, комплекс почвенных животных наряду с физическими, химическими и микробиологическими данными достаточно четко характеризует направление и скорость процессов деградации нефти в почве.

    Представленный материал позволяет сделать следующие выводы:

  • Нефтяное загрязнение оказывает длительное отрицательное действие на почвенных животных, вызывая их массовую элиминацию в интенсивной зоне загрязнения. Наибольший отрицательный эффект наблюдается в первые дни после загрязнения. Отрицательное действие нефтяного загрязнения осуществляется в основном двумя способами: в результате прямого контакта с нефтепродуктами и опосредственно–через изменение свойств загрязненных почв. Летучие фракции нефти проявляют эффект сразу после контакта с педобионтами, тогда как эффект тяжелых компонентов проявляется позже.
  • Становление комплекса почвенных животных при формировании регенерационных биогеоценозов на загрязненных территориях четко кооррелирует с направлением техногенной сукцессии растительности и скоростью деградации нефти в почве.

    Сапротрофный комплекс педобионтов формируется медленнее, чем микрофлора и растительный покров. Общей особенностью является большая скорость формирования комплекса мелких членистоногих по сравнению с группировками крупных беспозвоночных. Пионерная группировка мелких членистоногих носит черты, характерные для молодых экосистем на ранних стадиях сукцессии.

    Относительно простое и бедное сообщество педобионтов пахотных почв формируется в течение 8–10 лет, а в лесных экосистемах и через 15–20 лет сохраняются «остаточные» явления загрязнения: комплекс почвенных животных значительно беднее, чем на ненарушенных территориях.

  • Комплекс крупных беспозвоночных может быть использован в качестве индикатора интенсивности и длительности загрязнения. Мелкие почвенные животные являются показателями относительно быстрых изменений, в то время как крупные животные–индикатор медленных, но устойчивых изменений среды.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    3ОПЫТНО-ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

     

    3.1 Методики определения нефтепродуктов в виде и почве

     

    Методика отбора проб для определения общих нефтепродуктов пробоотборником типа ОВ-900/25

    Данная методика предназначена для оперативного определения величины поверхностного загрязнения водоемов пленочными, растворенными и эмульгированными веществами без нарушения их структуры.

    Метод основан на высечении столба жидкости, экстракции содержащихся в ней нефтепродуктов и последующем количественном определении одним из методов (весовой, ИК-спектрометрия или УФ-спектрофометрия).

     

    Методика определения нефтепродуктов методом колоночной хроматографии с весовым окончанием в природных и сточных водах

    Методика предназначена для определения нефтепродуктов в концентрациях 0,3 мг/дм3 и выше.

    Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией хлороформом, концентрировании экстракта, хроматографическом отделении нефтепродуктов от соединений других классов в колонке, заполненной сорбентом, отгоне растворителя и количественном определении нефтепродуктов гравиметрическим методом.

     

    Методика определения нефтепродуктов методом колоночной хроматографии с УФ-спектрометрическим окончанием в природных водах

    Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией четыреххлористым углеродом, концентрировании экстракта, хроматографическом отделении нефтепродуктов от соединений других классов в колонке, заполненной окисью алюминия, и количественном их определении по интенсивности

    поглощения в УФ-области спектра.

     

    Методика определения нефтепродуктов методом колоночной с ИК –спектрофометрическим окончанием в природных и сточных водах

    Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией их четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении нефтепродуктов от соединений других классов в колонке, заполненной окисью алюминия, и количественном их определении по интенсивности поглощения С-Н связей метильных и метиловых групп в ближней инфракрасной области спектра.

     

    Методика определения нефтепродуктов в почве методом колоночной хроматографии с ИК спектрометрическим окончанием

    Метод основан на выделении нефтепродуктов из почвы экстракцией их четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в колонке. Концентрация нефтепродуктов в пробе определяется ИК спектрометрическим методом по интенсивности поглощения С-Н связей: метиленовых, метильных групп в инфракрасной области спектра.

     

    Методика определения нефтепродуктов в почве флуориметрическим методом

    Флуориметрический метод измерения массовой доли нефтепродуктов в почве основан на их экстракции из образца гексаном и измерении интенсивности флуоресценции экстракта на приборе «Флюорат».

     

    3.2 Определение нефтепродуктов в пробах почвы Крымского района

     

    В рамках проведения специализированной экологической съемки для выявления нефтяного загрязнения в Крымском районе в 2000–2001 гг. были обследованы горно-лесные и предгорные ландшафты, степи орошаемого земледелия, речная сеть, каналы и отстойники, а также горные отводы нефтяных

    месторождений.При полевых наблюдениях были зафиксированы массовые утечки нефти из трубопроводов. В районах горных отводов месторождений нефти «Широкая балка», «Веселое», некоторые балки буквально заполнены нефтью, практически все берега водотоков загрязнены нефтепродуктами. По имеющимся данным сильнейшее фенольное загрязнение достигающее 1273ПДЖК выявлено в воде отстойника Новоукраинского месторождения на сброс воды в оросительные каналы.

    Чрезвычайно опасная категория загрязнения воды скважин выявлено в пруде 13 км на восток от поселка Новоукраинское; 2 км к северу от железной дороги.

    Опасная и чрезвычайно категория загрязнения почв нефтепродуктами выявлена в районе Крымского и Новоукраинского месторождений нефти, на юго-западной окраине города Крымска и в 1 км к северу от железной дороги. Данные содержания нефтепродуктов в почве Крымского района сведены в таблицы. 6,7,8.

     

    Таблица 6 Определение нефтепродуктов в пробах почв в декабре 2000 года

     

     

    Номер пробы 

     

    Нефтепродукты, мг/кг 

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9 

    0,9

    1,5

    0,4

    5,2

    0,3

    81,0

    0,3

    3,5

    2,4 

     

    Продолжение таблицы 6

     

     

    Номер пробы 

     

    Нефтепродукты, мг/кг 

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    21

    22

    23

    24

    25 

    1,6

    1,4

    1,7

    5,7

    1,1

    1,1

    3,0

    1,0

    2,5

    9,1

    26,4

    0,6

    0,5

    10,2

    1,7

    7,2 

     

     

    Таблица 7 Определение нефтепродуктов в пробах почв в январе 2001 года

     

     

    Номер пробы 

     

    Нефтепродукты, мг/кг 

    1

    2

    3 

    16,2

    10,5

    40,5 

    Продолжение таблицы 7

     

     

    Номер пробы 

     

    Нефтепродукты, мг/кг 

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    21

    22

    23

    24

    25 

    496,0

    5,6

    4,7

    388,0

    3,4

    24,2

    23,9

    46,7

    37,1

    220,0

    172,0

    2,8

    145,8

    1,1

    5,0

    4,3

    1,3

    0,5

    0,6

    7,2

    0,8

    36 

     

     

    Таблица 8 определение нефтепродуктов в пробах почв в феврале 2001 года

     

     

    Номер пробы 

     

    Нефтепродукты, мг/кг 

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    21

    22

    23

    24

    25 

    6,2

    3,8

    7,9

    5,9

    6,6

    2,3

    3,7

    3,0

    23,7

    1,2

    2,3

    19,5

    2,4

    0,1

    7,2

    1,1

    2,1

    12,9

    12,4

    4,2

    1,2

    1,3

    1,0

    2,0

    1,6 

    4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ПОТЕРЬ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗКАХ

     

    Объем нефтепродуктов перевозимых железнодорожным транспортом, с каждым годом увеличивается. Налив в железнодорожные цистерны, перевозка и слив нефти и нефтепродуктов связаны со значительными потерями от испарения, утечек, неполного слива.

    На величину потерь нефти и нефтепродуктов от испарения влияют давление насыщенных паров и температура нефтепродукта, время и способ налива, слива, а также конструкция сливо-наливных устройств.

    Выбор того или иного способа налива и слива железнодорожных цистерн для каждого наливного и сливного пункта должен происходить с учетом характера и объема технологических операций, уменьшения времени простоя железнодорожных цистерн, максимального использования механизированных средств, наименьших затрат и максимального эффекта от сокращения потерь нефти и нефтепродуктов.

    Тщательная подготовка железнодорожных цистерн и правильный налив и слив являются одним из важнейших требований эксплуатации, выполнение которого позволяет снизить потери нефтепродуктов. Перед наливом работники наливных пунктов должны осмотреть цистерны и убедиться в исправности котла, сливных приборов, крышек, прокладок, а также проверить их чистоту. При обнаружении неисправности или недостаточной зачистки цистерны должны браковаться.

    При осмотре колпака необходимо обращать внимание на исправность бурта крышки или спецпаза люка, наличие прокладок и барашков–служащих для герметичного закрытия крышки люка.

    Запрещается налив железнодорожных цистерн при неисправности сливного прибора, прижимного винта, скобы крышки и предохранительного клапана.

    Налив должен производится до уровня, предусмотренного «Правилами перевозок грузов».

    В случае вспенивания нефтегруза при наливе производится долив в цистерны до заданного уровня после осаждения пены.

    При наливе в цистерны нефтепродукта с температурой более низкой, чем температура окружающего воздуха, необходимо учитывать возможность увеличения объема нефтепродукта в пути и перелив его через горловину.

    Эстакады, на которых производится налив цистерн, должны быть оборудованы ограничителями уровня, позволяющими контролировать налив и выдерживать требуемый уровень наполнения.

    Необходимо учитывать, что при наливе нефтепродукта под уровень потери от испарения составляют 0,1% от объема наливаемого продукта, «открытой струей» в 5,5 больше, что составляет в среднем 40-45 килограмм на одну цистерну.

    По окончании налива необходимо проверить герметичность цистерны, тщательно закрыть крышку и в случае необходимости опломбировать ее.

    Не допускается разлив нефтепродуктов из наливных рукавов, извлеченных после налива из цистерн. Рукав должен вставляться в стакан, служащий для сбора стоков, после того, как нефтепродукт стечет с его стенок в цистерну.

    Сливо-наливные устройства и трубопроводы на железнодорожных эстакадах должны содержаться в исправном и герметичном состоянии. Необходимо всегда иметь запасные детали к устройствам и арматуре, переходники и другие приспособления, запаса крепежных, прокладочных и набивочных материалов.

    Объем нефти и нефтепродуктов должен определяться по таблицам калибровки железнодорожных цистерн в зависимости от типа цистерны и высоты налива, замеренной метр-штоком в каждой цистерне.

    Для ликвидации потерь от неполного слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн необходимо:

  • фронты слива оборудовать установками для нижнего слива вакуум-насосами, эжекторами и простейшими средствами зачистки;
  • увеличить число специализированных цистерн, оборудованных паровой рубашкой, для перевозки вязких и застывающих нефтепродуктов;
  • требовать от персонала, отвечающего за слив, полного слива цистерн.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     

    В данном разделе дипломной работы определен экономический ущерб, наносимый объектами железнодорожного транспорта окружающей среде. Ущерб рассчитан отдельно по установившимся и залповым выбросам на примере аварии 1997 года.

    Как показали экономические расчеты, ущерб от установившихся выбросов нефтепродуктов железнодорожного транспорта, составил 565210,82 тыс. руб./год, а ущерб от аварии в 1997 году составил 3818 рублей 32 копейки.

    Под ущербом, который наносит хозяйственная деятельность предприятий окружающей природной среде, понимаются фактические или возможные экологические, экономические, социальные потери. Ущерб может возникнуть от прямого разрушения (уничтожения) элементов природной среды, ее загрязнения выбросами, стоками, отходами, физическими излучениями, истощения природных комплексов, не использования или нерационального использования природных ресурсов, вторжения в природные процессы, нарушения экологических связей в среде обитания.

    Ущерб природной среде может усиливаться из-за природных цепных реакций, которые человек часто не в состоянии предвидеть. Ущерб характеризуется степенью воздействия на природу и здоровье людей, а также временными интервалами. Часто локальный ущерб может возрастать во времени и в пространстве.

    Ущерб может проявляться в деградации природных комплексов (водных бассейнов, атмосферы, флоры, фауны, почв, ландшафтов, недр), ухудшении здоровья людей и уменьшении продолжительности их жизни, ухудшении условий хозяйственной деятельности предприятий. Универсальной единицы измерения ущерба не существует. Чаще всего оценку ущерба производят в стоимостном выражении в пределах обусловленного периода времени. Ущерб может быть несущественным, когда он не превышает порога чувствительности экологической системы и ее устойчивости, а также существенным.

    Ущерб от загрязнения окружающей среды зависит от уровней нарушения в природных комплексах. Общий экономический ущерб от воздействия на природные комплексы хозяйственной деятельности:

     

    n m

    Y=ååYijki,

    n m

     

    где i=1,2,3… n– число видов деятельности, приводящий к ущербу;

    j=1,2,3…m–число природных комплексов, на которые воздействует хозяйственная деятельность;

    Yij–ущерб от i-го вида воздействия на j –на природный комплекс;

    ki–коэффициент, учитывающий состояние природного комплекса.

    Ущерб, нанесенный окружающей среде в результате хозяйственной деятельности, оценивается по Методике подсчета убытков, причиненных государству нарушением водного законодательства, Временной типовой методике определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиненного народному хозяйству загрязнением окружающей среды.

    На величину ущерба от загрязнения влияют такие факторы, как число людей, которые могут пострадать от загрязнения окружающей среды, которые могут пострадать от загрязнения окружающей среды, виды и интенсивность воздействия загрязнений на природную среду, косвенные последствия загрязнений на природу и людей; обратимость последствий и возможность их ликвидации; время наступления последствий загрязнения, возможность проведения профилактических мероприятий по ликвидации вредного влияния загрязнений.

    Порядок возмещения ущерба, причиненного экологическими правонарушениями, определен законом РФ «Об охране окружающей среды». Предприятия, учреждения, причинившие вред окружающей среде, здоровью и имуществу граждан экологическими правонарушениями, обязаны возместить его в полном объеме добровольно или по решению суда в соответствии с установленными методиками исчисления ущерба, а при отсутствии таковых– по фактическим затратам на восстановление нарушенного состояния окружающей природной среды с учетом понесенных убытков, включая упущенные выгоды. Сумма ущерба, взыскиваемая по решению суда, возмещается потерпевшей стороне (предприятию, гражданину) для принятия мер по восстановлению природных комплексов либо перечисляется в государственный экологический фонд, если поврежденный природный объект находится в общем пользовании. Если ущерб окружающей среде нанесен несколькими организациями, то его возмещение производится в соответствии с долей каждой из них в причинении вреда. С согласия сторон по решению суда причиненный ущерб может быть возмещен путем исправления ответчиком нарушений в окружающей природной среде.

     

    Расчет ущерба от установившихся выбросов в атмосферу

     

    При укрупненных оценках ущерба (либо оценке прогнозируемой величины ущерба) для территории в целом, в качестве оцениваемой группы источников могут рассматриваться все источники в данном городе, регионе, рассматриваемые как единый «приведенный» источник. В этих случаях для определения величины ущерба предлагается использовать усредненные расчетные значения экономической оценки ущерба приведенной массы атмосферных загрязнений (удельные ущербы) для основных районов РФ.

     

    Yr = Yуд * Mr – Kэ * Jд (1) [4.c.8]

    где

    Yr–величина экономической оценки удельного ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, (далее– показатель удельного ущерба) для г-го экономического района РФ, руб./усл.т.;

    Mr –приведенная масса выбросов загрязняющих веществ, усл.т.;

    Kэ –коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территорий экономических районов России;

    Jд–индекс-дефлятор по отраслям промышленности, устанавливаемый Минэкономикой России на рассматриваемый период и доводимый ГосКомэкологии России до территориальных природоохранных органов.

     

    Мк = mi * Копасности (2) [4.c.8]

     

    mi – масса выброса в атмосферный воздух i- загрязненного вещества или группы веществ с одинаковыми коэффициентами относительной эколого-экологической опасности, т/год;

    Кэi – коэффициент относительной опасности эколого-экономической опасности i -го загрязняющего вещества или группы веществ.

    i–индекс загрязняющего вещества или группы загрязняющих веществ;

    N–количество учитываемых групп загрязняющих веществ.

    Для г-го региона (района) в целом:

     

    Мг = å Мк (3) [4.c.8]

    К=1

     

    К установившимся выбросам относятся:

  • выбросы в атмосферу за счет испарения нефтепродукта при наливе и сливе, а также испарение нефтепродуктов при разливе на землю;
  • загрязнение почвы при сливе нефтепродуктов, а также капежи из цистерн во время движения железнодорожного транспорта.

    Согласно данным Попова З.А. [8.c.19] испарение во время слива составляет 0,1% к массе нефтепродуктов и испарение с почвы составляет 20% разлитых нефтепродуктов, которые в свою очередь составляют 0,2% к массе нефтепродуктов.

    В общей сложности в атмосферу поступает в % к общей массе нефтепродуктов

     

    %Пк = 0,1+ (20/100)*0,2 =1,04%

    %Пк –процент потерь.

    Крымский район потребляет в год 115 тысяч тонн нефтепродуктов. Следовательно, в атмосферу попадает:

     

    Пк = (115000)*1,04/100 = 1196 т.

     

    Приведенная масса загрязняющих веществ:

     

    Мк = 1196*1,2 = 1435,2 усл/т (2)

    Мг=Мк

     

    Расчет ущерба от выброса в атмосферу.

    Расчет проводится по формуле (1).

    Yуд –определяется из таблицы 1 [4.c.28] = 53,2;

    Kэ – 3,2 коэффициент для Краснодарского края;

    Jд –2,3 для железнодорожного транспорта.

     

    Yr =53,2 * 1435,2 * 3,2 *2,3 = 561955,44 руб./усл.т.

     

    Расчет от установившихся выбросов на землю

    Экологический ущерб от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных (техногенных) нагрузок выражается главным образом в загрязнении земель химическими веществами.

    Оценка величины ущерба от загрязнения земель химическими веществами приводится по следующей формуле:

    Yпрх = å ( Нсх Siх Кэх Кп) (4) [4.c.9)

    i=1

     

    где

    Yпрх – оценка величины ущерба от загрязнения земель i–м загрязняющим веществом (=1,2,2,3..N);

    Siх – площадь земель, которую загрязнили химическим веществом i –го вида в отчетном году, га;

    Нсх –норматив стоимости земель, тыс. руб/га;

    Кэх – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории, б/р;

    Кп – коэффициент для особо охраняемых территорий.

    В Крымском районе 86 км железнодорожных путей, ширина железнодорожного полотна загрязняемого нефтепродуктами составляет 4 м, загрязняющая площадь на разъездах и станциях 10 000 м2. Площадь загрязнения в движении 344000 м2, площадь станций и разъездов 10 000 м2. Итого загрязняется 354 000 м2, то есть 35,4 га.

    Расчет ущерба загрязнения земель проводится по формуле (4):

     

    Yпрх = 35,4*48,4*1,9*1 =3255,38 тыс. руб./год.

    Siх =35,4га

    Нсх =48,4 тыс. руб./га

    Кэх =1,9 б/р

    Кп =1

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 1.14MB/0.00052 sec

WordPress: 22.82MB | MySQL:118 | 3,125sec