Лекция 6 В настоящее время

Лекция 6.

• В настоящее время ни один из нефтяных промыслов не относится к “безотходным“ производствам. • При современном уровне технологий от 1 до 16, 5% нефти и продуктов ее переработки теряется при добыче, переработке и транспортировке. • Величина мировых потерь сырой и товарной (обессоленной) нефти составляет n. 107 т/год, из них 20% приходится на Мировой океан, остальные - на почвы и пресные воды (Клименко, 1987).

Воздействие нефтедобывающего производства на почвы Виды воздействий Возможный хим. состав Типы ответных реакций почв на и физ. -хим. свойства техногенное воздействие загрязнителей Подготовительные работы (прокладка дорог, обваловка площадок, бурение) Гипсовые, силикатные, известковые, соляные и другие виды буровых и промывочных растворов, утяжелители, смазочные масла, нефть, углеводороды Механическая деградация почвенного покрова, загрязнение, изменения химического состава почв, засоление. Изменение гранулометрического и литологического состава поверхностных отложений, р. Н. Геохимическая перестройка почв, миграционных процессов. Добыча и транспортировка нефти Парафиновые, нафтеновые, ароматические и другие углеводороды, фенолы, асфальтосмолистые и др. соединения. Поверхностное и внутрипочвенное загрязнение, формирование ореолов загрязнения. Техногенный битуминозный галогенез. Солонцовый процесс. Изменение микробиологических процессов и общая перестройка почвенных процессов. Изменение р. Н. Болотный процесс и оглеение. По материалам Юртаева А. М.

• Загрязнение почв нефтью - особый вид загрязнения, который приводит к глубокому изменению всех основных характеристик почвы - морфологических, физических, химических и биологических свойств.

Загрязнением почв нефтью (Н) и нефтепродуктами (НП) считается увеличение концентраций этих веществ до такого уровня, при котором: a) нарушается экологическое равновесие в почвенной системе; b) происходит изменение морфологических, физикохимических и химических характеристик почвенных горизонтов; c) изменяются водно-физические свойства почв; d) нарушается соотношение между отдельными фракциями органического вещества почвы (между липидной и гумусовой составляющими); e) создается опасность вымывания из почвы Н и НП и вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод.

ПДК нефтепродуктов в России официально не установлено. По зарубежным нормам ПДК нефтепродуктов 50 мг/кг. Единственный утвержденный документ в РФ: Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (утв. Роскомземом 10 ноября 1993 г. и Минприроды РФ 18 ноября 1993 г. ). Классификация показателей уровня загрязнения по концентрации нефтепродуктов в почве (Порядок…, 1993): <1000 мг/кг - допустимый уровень загрязнения; 1000 -2000 мг/кг - низкий уровень загрязнения; 2000 -3000 мг/кг - средний уровень загрязнения; 3000 -5000 мг/кг - высокий уровень загрязнения; >5000 мг/кг - очень высокий уровень загрязнения.

Основными загрязняющими веществами, образующимися в процессе добычи и переработки нефти, являются: 1) углеводороды (48%); 2) оксид углерода (44%); 3) различные металлы (нефть содержит около 30 металлов, среди которых максимальные концентрации характерны для V и Ni).

Фото А. М. Юртаева • Загрязнение почв и грунтов месторождения тяжелыми металлами обусловлено их высоким содержанием в нефти, нефтешламе и буровых отходах.

Основные характеристики состава нефти, определяющие ее влияние на почвы и живые организмы, и особенности трансформации в биосфере зависят от содержания: 1) легкой фракции; 2) циклических углеводородов; 3) твердых парафинов; 4) смол и асфальтенов; 5) серы. Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. Общее содержание микроэлементов в нефти – сотые и десятые доли процента.

Площадка строящейся ДНС. Уплотнение и погребение почвы. Водораздел р. Иртыш и р. Мал. Салым. Фото А. М. Юртаева Сочетание механической деформации почв с химическим загрязнением. Западная часть Среднего Приобья

Кроме того, значительную роль в загрязнении природных ландшафтов, почв и водных систем на месторождениях играют минерализованные воды нефтеносных пластов. Эти воды имеют кальциево-натриевохлоридный состав и высокую минерализацию – до 100 г/л, а иногда и до 400 г/л. Помимо этого они содержат Br, I, B, Sr, Ba, Li, Cs и др. (Летувнинкас, 2002).

Согласно Н. П. Солнцевой, загрязненные нефтью и минерализованными водами таежные почвы обычно проходят следующие стадии развития: Фоновая дерново-подзолистая почва 1 годы 0 Битуминозный солончак 4 Битуминозный солончаковый солонец 15 Битуминозный солонец 20 Битуминозный осолодевающий солонец Дерновая повышенно-гумусная осолоделая остаточно-солонцеватая почва

• Горнорудная промышленность является одним из наиболее мощных факторов антропогенного преобразования окружающей среды. • Это проявляется прежде всего в изъятии и механическом повреждении значительных массивов земель. • Опасность загрязнения токсичными химическими элементами наиболее велика для территорий добычи рудно-минерального сырья. Отрицательные воздействия угле- и нефтедобычи, очень специфичны по своим геохимическим проявлениям.

Специфика добычи и обогащения руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современная технология позволяет использовать лишь небольшую часть извлекаемой массы пород (как правило, несколько процентов). Все остальное накапливается в виде отходов, рассеиваемых природными миграционными процессами.

Геохимические цепи воздействия горнорудной промышленности (Сает и др. , 1990) 1 — природные геохимические аномалии во всех природных средах (зоны ограничения строительства, сельского хозяйства, водопользования); 2 — техногенные геохимические аномалии в почвах и растениях, потоках рассеяния в водотоках и водоемах (зоны ограничения при функциональном планировании территорий); 3 — транспортировка руды и пород; 4 — твердый и жидкий сток водотоков и сброс рудничных вод в водотоки и водоемы; 5 — пылегазовые выбросы в атмосферу, 6 — полив сельскохозяйственных угодий водами загрязненных рек и применение отходов в качестве удобрений (зона контроля сельскохозяйственной продукции и ограничений в использовании отходов и водопользования)

В почвах, погребенных под отвалами, происходит ощутимая геохимическая трансформация (Сает и др. , 1990): 1) в почвах, погребенных более 20 лет, происходит сильное подкисление всей толщи профиля (р. Н до 3, 5 -4, 0); 2) разрушаются почвенные коллоиды; 3) нарушается почвенный поглощающий комплекс; 4) увеличивается подвижность органического вещества; 5) происходит вынос Са и Мg из гумусового горизонта. Горизонты почв обогащаются рудными компонентами, глубина проникновения которых для различных химических элементов неодинакова.

Интенсивность среднесуточного выпадения пыли (в кг/км 2) и химических элементов (в г/км 2) в зоне воздействия карьера молибден-вольфрамового ГОКа в горном ландшафте (Сает и др. , 1990) А — поперечный профиль через долину; Б — продольный профиль

(Сает и др. , 1990) Zn

Отходы урановых горно-обогатительных предприятий содержат токсичные элементы (Аs, Мо, Sе, V), а также тяжелые металлы (Со, Ni, Сu, Рb), находящиеся обычно в форме сульфидов. Многие из этих элементов в результате процессов выщелачивания, происходящих на хвостохранилищах, попадают в окружающую среду. (Сает и др. , 1990) Ni Cu

Величина коэффициента концентраций в почвах и почвогрунтах промышленных районов (Язиков, 2006) ГДР СХР РМП РММО ГДР РНХП ГДР РММО УДР ГДР УДР РМП РЯТЦ РМП НГДР – нефтегазодобывающий; УДР - угледобывающий район; ГДР – гонодобывающий; РММО – машиностроения и металлообработки; РРП - район разнопрофильного производства; РЯТЦ - район с предприятиями ядерно-топливного цикла; РНХП - район нефтехимического производства; РМП - район с металлургическим производством; СХР – сельскохозяйственный район

Величина суммарного показателя загрязнения почв территорий промышленных районов (Язиков, 2006) Суммарный показатель загрязнения и прогнозный уровень заболеваемости с; у/о в; о в; о с; у/о в; о средняя степень высокая степень загрязнения менее 16 – низкая степень загрязнения; неопасный уровень заболеваемости (н; н/о); 17 – 32 – средняя степень; умеренно опасный уровень (с; у/о); 33 – 128 – высокая степень; опасный уровень (в; о); более 128 – очень высокая степень; чрезвычайно опасный уровень (ов; ч/о)

• В настоящее время существует проблема загрязнения сельскохозяйственных почв и продукции. • Основная задача исследований геохимии сельскохозяйственных территорий — выявление природных и антропогенных закономерностей изменения состава, качества и количества сельскохозяйственной продукции.

Группы процессов, обусловливающие дифференциацию геохимической структуры сельскохозяйственных территорий: 1. Агрогенные геохимические преобразования, связанные с технологией сельскохозяйственного производства; 2. Техногенные преобразования, не вызванные потребностями сельскохозяйственного производства; 3. Природная геохимическая дифференциация.

Это преобразования, связанные с неизбежным воздействием на агроландшафты стандартных технологических циклов сельскохозяйственного производства: 1) агротехнической обработки почв; 2) водной и химической мелиорации; 3) комплекс обработки почв и растений в период вегетации растительной массы и уборки урожая.

Агрогенные геохимические воздействия Собственно агрогенные 1. Агротехническая обработка почвы 2. Внесение стандартных удобрений 3. Внесение почвенных мелиорантов (известкующих или раскисляющих материалов, торфа, песка или глины 4. Проведение водной мелиорации (осушение или обводнение) 5. Обработка территорий фунгицидами, гербицидами, инсектицидами Агротехногенные 1. Внесение в качестве удобрений бытовых и промышленных отходов 2. Использование в качестве удобрений отходов животноводческих комплексов 3. Использование в качестве почвенных мелиорантов промышленных (золы, шлаки, фосфогипс) и горно-рудных (породы вскрыши) отходов 4. Использование для водной мелиорации воды загрязненных рек

Агротехническая обработка почв проводится многократно в течение вегетационного периода и включает: • Дискование; • Вспашку; • Боронование; • Сев; • Культивацию; • Сбор урожая; • Внесение средств химизации. Кроме того, практически вся поверхность почв испытывает воздействие выбросов транспортных средств. Эти виды воздействия, обычно не рассматриваемые и не учитываемые, способны поставлять в почвы химические элементы Мn, Ni, Сr, Pb, Со, V и другие.

Главный вид агрогенных воздействий - внесение в почвы минеральных удобрений. Применение удобрений, обеспечивающих сейчас более 50% урожая, приводит к глобальной химизации почв. В отличие от калийных и азотных удобрений, производимых из практически рафинированного природного сырья и близких по составу к химически чистым соединениям, фосфорные удобрения производятся исключительно на основе природных фосфатов, являющихся по существу полиминеральным сырьем.

Поведение химических элементов при обогащении фосфатного сырья (Сает и др. , 1990) 1 - апатитовые руды; 2 - ракушечные фосфориты; Индекс элемента – КК; «-» - область выноса; «+» - область накопления; Кс - коэффициент концентрации относительно кларка в земной коре. Геохимические спектры фосфоритовых (I) и апатитовых (II) концентратов

Соотношение поступления и биологического поглощения элементов-примесей удобрений (Сает и др. , 1990). Кр пост/Крпоглощ. соотношение уровней поступления и поглощения элементов примесей по сравнению с фосфором.

Влияние удобрений на геохимические особенности с/х территорий выражается в: 1) привносе элементов-примесей; 2) изменении физико-химической обстановки миграции, обусловливающей подвижность всех химических элементов почвы. По многим данным азотные удобрения повышают в почвах подвижность Ni, V, Сr.

• В последние годы наблюдается отчетливая тенденция к росту использования бытовых и промышленных отходов в качестве удобрений и мелиорантов. • Речь идет прежде всего о повсеместно распространенных органоминеральных отходах (осадки сточных вод городских очистных сооружений, крупных предприятий типа целлюлозно-бумажных комбинатов, бытовой мусор), применяемых вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф). • Известны попытки применения в сельском хозяйстве извести и гипссодержащих отходов (фосфогипс, металлургические шлаки).

(Сает и др. , 1990)

К агротехногенным воздействиям относится также полив сельскохозяйственных угодий загрязненными речными водами. На пойме ниже промышленного города формируется полиэлементная геохимическая аномалия тяжелых металлов с СПЗ около 40 и с относительно небольшим уровнем концентрирования отдельных элементов. (Сает и др. , 1990)

Техногенные геохимические преобразования в агроландшафтах не связаны со спецификой сельскохозяйственных технологических процессов. Они обусловлены загрязнением окружающей среды в результате промышленных и транспортных воздействий - выбросы в атмосферу и выпадения ЗВ на поверхность почв и растений.

Уровень накопления элементов в почвах зависит от мощности источника и расстояния от него. Так, в почвах огородов в 500 м от завода по переработке вторичных цветных металлов избыточное накопление составляет: Нg - 5900%, Zn и Сu более 2000%, Рb и Sn более 1500%. В 1000 м от выброса степень накопления снижается, но остается избыточной (Рb - 550%, Zn - 240%, Сu - 110%, остальные элементы - десятки процентов). Даже в 3000 м для таких химических элементов как Рb, Zn и Сu избыточное накопление в почве около 50%.

Высокий уровень выпадения из почвы растворенных форм ТМ и повышенная растворимость металлов из аэрозолей, обеспечивает в почвах техногенных ореолов высокую степень концентрации подвижных, усвояемых растениями форм. При этом зоны высокого и опасного загрязнения этими формами нахождения составляют до 5 -7 км для крупного металлургического предприятия. Это определяет и зону влияния на сельскохозяйственную продукцию. (Сает и др. , 1990)

Распределение меди в системе «почва-растение» в зоне воздействия медеплавильного комбината П 1 — валовое содержание Cu в почве; П 2 — содержание подвижных форм Cu в почве; Р — содержание Cu в сельскохозяйственной продукции. (Сает и др. , 1990)

Аномалии, связанные с транспортными магистралями, часто комплексные по химическому составу. В состав ассоциации включают такие элементы как V, Zn, Со, Ni, Сr, т. е. типоморфные спутники выбросов дизельных двигателей. Содержание микроэлементов в плодах груши (сухое вещество) в зоне влияния автотрассы (по данным Л. Н. Павловой)

1. Загрязнение почв нефтью – особый вид загрязнения, который приводит к глубокому изменению всех основных характеристик почвы. 2. Воздействие горнодобывающей промышленности проявляется прежде всего в изъятии и механическом повреждении значительных массивов земель. Однако, существует опасность загрязнения почв и других компонентов природной среды токсичными химическими элементами.

3. Преобразования с/х территорий, вызванные агротехническими, агрохимическими, агромелиоративными воздействиями, использованием отходов в качестве удобрений, орошением загрязненными речными водами, а также общим загрязнением окружающей среды приводят к образованию в агроландшафтах экологически опасных геохимических и биогеохимических аномалий.