Учебное пособие для студентов естественных специальностей Павлодар (075. 8) Ббк 28. 080. 3 Я73 Б81
Рекультивация почв, загрязненных нефтепродуктами, в условиях Севера Казахстана
жүктеу/скачать 10.85 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 6.2 Действие нефти и нефтепродуктов на почву
6.1 Рекультивация почв, загрязненных нефтепродуктами, в условиях Севера КазахстанаРабота проводилась на каштановых супесчаных и средних суглинистых и глинистых почвах в засушливой и сухой зонах области. Структура гумусового горизонта мелкокомковатая с мощностью до 25 см содержание гумуса составляло 2,0 -3,0 % от веса воздушно-сухой почвы, количество азота - 0,28 %. Содержание Р2О5 - 22-30 мг в 100 г воздушно-сухой почвы. Сумма поглощенных оснований - 30 мгэкв.на 100 г почвы, в их составе преобладает кальций - до 72 % и магний - 19-21 %, рН водной вытяжки пахотного слоя - 6,3-6,7. Определение светлоокрашенных и темноокрашенных фракций нефтепродуктов в почве проводилось колориметрическим способом в модификации В.Калюжина. Почва была загрязнена средними и тяжелыми фракциями нефтепродуктов в течение 2-3 лет, местами глубина пропитки почвы составляла 15 см. В большинстве случаев уровень загрязнения составлял 30 г/кг почвы, достигая в отдельных местах до 300 г/кг почвы, с преобладанием темных нефтепродуктов. Отдельно описаны работы по восстановлению нарушенных водоемов. Толщина слоя нефтепродукта на них находилась в пределах от 5 до 70 см к началу восстановительных работ. В большинстве случаев загрязнителем служил мазут и более тяжелые фракции, со временем покрытия поверхности водоема от одного до 7 лет. Очищение почв от нефти происходит в результате сложных физических, химических и биохимических процессов, скорость и направленность которых зависит от ряда факторов, температуры окружающей среды, свойств почвы, активность микрофлоры, влажность и концентрация нефти в почве. Для исследуемого района характерно то, что наряду с высокой степенью загрязнения почвы нефтью, почвенные и климатические условия можно охарактеризовать как неблагоприятные для процессов самоочищения. Среди основных факторов самоочищения почвы, таких как физическое, химическое и биологическое очищение, в условиях сухого климата Севера Казахстана ведущую роль играет микробиологический фактор - степень функциональной активности почвенной микрофлоры. Пленка нефтепродуктов существенно изменяет водные и газовые свойства почвы. Контроль газообмена обычным методом затруднен в связи с испарением с поверхности почвы легких фракций углеводородов. Поэтому газообмен можно определить по выделению углекислого газа. Результаты измерений изменялись в зависимости от временного промежутка между загрязнением и проведением измерений. При содержании углеводородов более 10 мг на 1 кг почвы выделение углекислого газа уменьшалось до 10 % от первоначального, постепенно увеличиваясь до первоначального уровня через 1-2 месяца в зависимости от метеорологических условий, при увеличении загрязнителя до 40 мг на килограмм почвы и более, выделение углекислого газа снижается более значительно, до 1-3 % и в течение вегетационного периода не превышает 15-20 % от контрольного уровня. Так как углекислый газ выделяющийся из почвы обусловлен, в основном, дыханием микроорганизмов, это также свидетельствует о снижении биологической активности в почве, загрязненной нефтепродуктами. Нитрификационная активность почвы, загрязненная углеводородами, становится ниже даже при небольших концентрациях, особенно непосредственно после ее загрязнения алканами. При более высоких уровнях нефтепродуктах способность почвы к нитрификации остается низкой длительное время, несмотря на высокое содержание азота. 6.2 Действие нефти и нефтепродуктов на почвуФизические, химические и технологические свойства нефти и продуктов ее переработки были рассмотрены выше, в этом разделе мы рассмотрим эколого-геохимические характеристики основного состава нефти, в основу которых положены соотношения в [Ю.И. Пиковский, 1988] содержании легкой фракции (начало кипения 2000С), метановых углеводородов (включая твердые парафины), циклических компонентов, смол, асфальтенов и сернистых соединений. Легкая фракция нефти включает низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды - наиболее подвижная часть нефти. Большую часть легкой фракции составляют метановые углеводороды (алканы с С5-С11 - пентан, гексан). Метановые углеводороды, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью. Они лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, не ассимилируются, хотя и могут быть окислены. Благодаря летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных алканов их действие обычно не бывает долговременным. В соленой воде нормальные алканы с короткими цепями растворяются лучше и, следовательно, более ядовиты. Ранее[В. П. Середина 1984, М. А. Глазовская 1980] отмечалось сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносным горизонтам, значительно расширяя ареал первичного загрязнения. С уменьшением содержания легкой фракции токсичность нефти снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40% легких фракций [McGill, 1977]. Метановые углеводороды. В нефтях, богатых легкой фракцией, существенную роль играют более высокомолекулярные метановые углеводороды (С12-С27), состоящие из нормальных алканов и изоалканов в соотношении 3:1. Метановые углеводороды с температурой кипения выше 2000С практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у углеводородов с более низкомолекулярной структурой. Содержание твердых метановых углеводородов (парафинов) в нефти - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Парафины не токсичны для живых организмов и в условиях земной поверхности переходят в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Алканы ассимилируются многими микроорганизмами (дрожжи, грибы, бактерии). Легкие нефтепродукты типа дизельного топлива при первоначальной концентрации в почве 0,5% за 1,5 месяца деградируют на 10-80% от исходного количества в зависимости от содержания летучих углеводородов. Ю. И. Пиковский показал, что более полная деградация нефтепродуктов этого диапазона происходит при рН 7,4 (64,3-90%), в кислой среде (рН 4,5) деградируют лишь до 18,8% [Ю. И. Пиковский 1988]. Твердые парафины очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Они могут надолго лишить почву возможности свободного влагообмена и дыхания. Это и приводит, в значительной мере, к полной деградации биоценоза. Циклические углеводороды. К ним в нефти относятся нафтеновые и ароматические углеводороды. Нафтеновые УВ составляют от 35 до 60 %. О токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Данные о нафтенах как о стимулирующих веществах приведены в разделе 4.1.2. Основные продукты окисления нафтеновых углеводородов- кислоты и оксикислоты. К ароматическим углеводородам (аренам) относятся как собственно ароматические структуры - 6-ти членные кольца из радикалов -СН-, так и “гибридные” структуры, состоящие из ароматических и нафтеновых колец. Содержание в нефти ароматических углеводородов от 5 до 15 %, чаще всего от 20 до 40 %. Основную массу ароматических структур составляют моноядерные углеводороды - гомологи бензола. Полициклические ароматические углеводороды с двумя и более ароматическими кольцами содержатся в нефти от 1 до 4 %. Среди полициклических ароматических углеводородов большое внимание обычно уделяется 3,4-бензапирену как наиболее распространенному представителю канцерогенных веществ, он же, обычно, является индикатором их нахождения в объектах окружающей среды. Ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего 1 % в воде они убивают все водные растения. Нефть содержащая от 30 до 40 % ароматических углеводородов значительно угнетает рост высших растений. Моноядерные углеводороды - бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое воздействие на организмы чем ПАУ так как полициклические ароматические углеводороды медленнее проникают через мембраны клеток. Однако, в целом, ПАУ действуют более длительное время, являясь хроническими токсикантами. Ароматические углеводороды трудно поддаются разрушению. Экспериментально показано, что главным фактором деградации полициклических ароматических углеводородов в окружающей среде, в особенности в воде и воздухе, является фотолиз, инициированный ультрафиолетовым излучением.[ А.И. Шилина]. В почве этот процесс может происходить только на ее поверхности. Тем не менее существует и процесс микробиологического разложения этой группы углеводородов. Некоторые сведения о микроорганизмах-деструкторах ПАУ приведены ниже. Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные компоненты нефти. Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые, нерастворимые в низкомолекулярных углеводороды. По содержанию смол и асфальтенов нефти подразделяются на: - малосмолистые ( от 1 - 2 до 10 % смол и асфальтенов ) - смолистые ( 10 - 20 % ) - высокосмолистые ( 23 - 40 % ) Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. Среди нетоксичных и малотоксичных металлов можно выделить: Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, P. Другие микроэлементы: V, Ni, Co, Pb, Cu, U, As, Hg, Mo, в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. Негативное влияние смолисто - асфальтеновых компонентов на почвенные экосистемы заключается не в химической токсичности, а в значительном изменении физических свойств почвы и, в первую очередь, газо и водообмена. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто - асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почв. Смолисто - асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги в результате чего растения погибают. Эти вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет очень медленно, иногда десятки лет. В целом при окислительной деградации нефти в почвах, независимо от того, происходит механическое вымывание загрязняющих веществ или нет, идет накопление смолисто - асфальтеновых веществ. Разрушение и вынос компонентов углеводородов фракции происходят гораздо быстрее. жүктеу/скачать 10.85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|