Нефтяные загрязнения почв Вопросы по теме 1

Нефтяные загрязнения почв

Вопросы по теме: 1) Нефть как модификатор основных свойств почвы. 2) Влияние нефти на почву и живые организмы. 3) Очистка почвы от нефтепродуктов. 4)Утилизация и обезвреживание нефти в почве

Нефть как модификатор основных свойств почвы Нефть существенно отличается от других загрязнителей по характеру воздействия на природные системы. Нефть не обладает строго определенным химическим составом. Нефть представляет собой естественную смесь множества органических соединений. Основным и наиболее ценным с точки зрения промышленного использования компонентом нефти являются углеводородные соединения. Кроме того, в нефти содержатся так называемые смолы, которые представлены в основном высокомолекулярными соединениями, включающими кроме углерода и водорода, кислород, азот, серу и другие элементы.

По химическому составу нефть бывает: метановая • преобладают ациклические углеводороды метеновая • преобладают неароматические циклические углеводороды ароматическая • преобладают ароматические соединения

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 С 5 -С 11 - пентан, гексан). Метановые углеводороды, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. 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.

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). Твердые парафины очень трудно разрушается, с трудом окисляются на воздухе. Они могут надолго лишить почву возможности свободного влагообмена и дыхания. Содержание

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. 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. Ароматические углеводороды трудно поддаются разрушению.

Смолы и асфальтены - это высокомолекулярные неуглеводородные компоненты нефти. Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые, нерастворимые в низкомолекулярных углеводороды. Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. 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

Влияние нефтяного загрязнения на целлюлазную активность почв Разложение клетчатки осуществляется целлюлозоразрушающими микроорганизмами и связано с условиями их нормального функционирования. Среди наиболее чувствительных к нефтяному загрязнению групп микроорганизмов являются аэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы, которые считаются одним из основных индикаторов плодородия почв. На развитие целлюлозоразрушающих микроорганизмов большое влияние оказывают условия аэрации и азотного питания. Чем интенсивнее идет в почве нитрификация, тем энергичнее в ней размножаются целлюлозные микроорганизмы. Состав целлюлозоразрушающих микроорганизмов незагрязненных и загрязненных нефтью почв значительно отличается, и если в контрольных почвах целлюлозоразрушающая микрофлора представлена в основном бактериями и актиномицетами, то при загрязнении почв увеличивается численность микромицетов, которые доминируют на сильно загрязненных почвах.

Конечными продуктами метаболизма нефти в почвах являются: 1. углекислота, которая может связываться в карбонаты и воду; 2. кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны и др. ), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля; 3. твердые нерастворимые продукты метаболизма – результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывание их в органо-минеральные комплексы; 4. твердые корочки высокомолекулярных компонентов нефти на поверхности почвы.

Влияние нефти на почву и живые организмы. Загрязнение почв нефтью вызывает нарушения динамического равновесия в экосистеме вследствие изменения структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также токсического действия на живые организмы. Нефтяное загрязнение подавляет фотосинтетическую активность растений. Это сказывается прежде всего на развитии почвенных водорослей. В зависимости от дозы Н, попавшей в почву, и сохранности почвенного и растительного покрова наблюдаются различные реакции почвенных водорослей. Загрязнение Н и НП оказывает длительное отрицательное воздействие на почвенных животных, вызывая их массовую элиминацию в интенсивной зоне загрязнения.

Почвы и грунты считаются загрязненными, когда концентрация нефтепродуктов в них достигает такой величины, при которой начинаются негативные экологические изменения в окружающей среде: нарушается экологическое равновесие в почвенной экосистеме, гибнет почвенная биота, падает продуктивность или наступает гибель растений, происходит изменение морфологии, воднофизических свойств почв, падает их плодородие, создается опасность загрязнения подземных и поверхностных вод в результате вымывания нефтепродуктов из почвы или грунта и их растворения в воде.

В почвах Н и НП находятся в следующих формах: - в пористой среде – в парообразном и жидком легкоподвижном состоянии, в свободной или растворённой водной и водно-эмульсионной фазе; - в пористой среде и трещинах – в свободном неподвижном состоянии, играя роль вязкого или твёрдого цемента между частицами и агрегатами почвы, в сорбированном состоянии, связанном на частицах горной породы или почвы, в том числе – гумусовой составляющей почв; - в поверхностном слое почвы или грунта -в виде плотной органоминеральной массы.

При эксплуатации промышленных объектов, предназначенных для добычи, транспортировки и переработки нефти происходит частичное рассеяние перерабатываемых соединений в окружающую среду, в том числе в почву. Наиболее масштабные загрязнения почв нефтью и продуктами ее переработки возникают при разливах этих веществ.

Влияние разливов нефти на беспозвоночные может длиться от недели до 10 лет. Это зависит от вида нефти; обстоятельств, при которых произошел разлив и его влияния на организмы. Нефть вызывает гибель, уменьшает рост, сокращает воспроизводство больших растений.

Представители нефтередуцирующей микробиоты : Окисление углеводородов производят: Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter sp. , Aeromonas sp. , Amycolata hydrocarbonoxydans, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sp. , Azotobacter Ароматические соединения окисляют: Azotobacter chroococcum, Pseudomonas cepacia, Pseudomonas putida, Rhodosporidium sp. , Leucosporidium В природе углеводородокисляющая микрофлора в основном представлена следующими родами: бактерий Rhodococcus, Corynebacterium, Nocardia, Arthrobacter, Acinetobacter, Micrococcus, Pseudomonas; дрожжей Candida, Trichosporon; грибов Penicilinum, Aspergillus

Очистка почвы от нефтепродуктов. Механический метод Физикомеханический метод Химический Биологический • относятся механическое разделение, экскавация и последующий вывоз загрязнения. • сжигание отходов, термическая десорбция, экстракция почвы паром, промывка почвы и экстракция растворителем. • дегалогенирование и химическое восстановление-окисление. • сельскохозяйственная обработка почвы и использование биореакторов

Почва способна «самоочищаться» от загрязнителя, но этот процесс может длиться десятки лет. Детоксикация и минерализация углеводородов нефти происходит при активном участии окислительновосстановительных ферментов. Уровень их активности является критерием самоочищением почвы от нефтяных углеводородов.

Углеводородокисляющие микроорганизмы усваивают и переваривают до 100% нефтепродукта, превращая густой токсичный загрязнитель в СО 2, Н 2 О и жидкую нетоксичную экологически безопасную биомассу микробов. Конечным продуктом микробиологического разложения старых густых нефтепродуктов является нетоксичная экологически безвредная биомасса микроорганизмов и органо-минеральных остатков. В получаемую биомассу добавляют опилки и подсушивают смесь в естественных условиях. Получаемые комья / брикеты не токсичны, безвредны для окружающей среды, на них растет трава - могут использоваться для отсыпки территорий, в качестве основы газонов.

В зарубежных странах принято считать верхним безопасным уровнем содержания нефтепродуктов в почве 1 - 3 г/кг; начало серьезного экологического ущерба - при содержании 20 г/кг и выше.

4)Утилизация и обезвреживание нефти в почве В мировой практике для обезвреживания почвы, загрязненной нефтепродуктами, применяются различные методы. К первой группе относятся методы, предусматривающие выемку загрязненного грунта и последующие мероприятия по утилизации загрязнения: - запахивание в почву на неудобьях. При этом способе санации почву, загрязненную нефтью и нефтепродуктами, распределяют по поверхности разрыхленного грунта из расчета 10 кг/м 2.

- засыпка загрязнений грунтом. Неэффективный и не решающий проблему метод. Нефтепродукты просачиваются через засыпной грунт на поверхность;

- вывоз на свалку. Загрязненный нефтью и нефтепродуктами грунт и твердые материалы добавляют к отходам на городских свалках в количестве 1 -2% от общего количества сдаваемых на свалку отходов. Срок утилизации - 3 -5 лет; -санирование в кагатах, которое предусматривает выемку загрязненной почвы и укладку её в форме кагата высотой 0, 4 -2 м. После этого производится орошение кагата суспензией биомассы микроорганизмов и питательных веществ. Для предотвращения эрозии производят эвентуальное озеленение кагата. Срок утилизации - 2 года;

Вторая группа методов включает проведение биоремедиационных мероприятий непосредственно на участке загрязнения: - обработка почвы селекционированными нефтеокисляющими штаммами микроорганизмов в сочетании с введением комплексных минеральных удобрений - обработка нефтезагрязненной почвы стимуляторами роста аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры;

- выжигание разлитой нефти или нефтепродуктов на месте разлива. Недостаток метода утилизация нефти только в поверхностном слое почвы, при этом в местах прокаливания уничтожаются природные биоценозы, происходит загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения. Существуют и другие методы санирования почвы: сепарация, высокотемпературный обжиг, обработка паром и др.

- биоремедиацию - очистку нефтезагрязненной почвы и воды с использованием препаратов углеводородоокисляющих микроорганизмов, биогенных добавок для дополнительного их питания или специальных препаратов, содержащих биологически позитивные эмульгаторы, ферменты, сахара, минеральные соли, необходимые для стимуляции аборигенной нефтеокисляющей микрофлоры. Используются олигохеты Eisenia foetida, E. Irregularis. биологическую рекультивацию (фитомелиорацию) земель, предназначенных для сельскохозяйственного использования (внедрение севооборотов, включающих растения, в дальнейшем используемые в качестве сидератов; внесение повышенных доз минеральных удобрений; мульчирование и др. ). Одна из разработок, применяющая описанную технологию - применение бактериального препарата "Эконадин" - сорбента и деструктора нефти и нефтепродуктов для очистки почвы

Спасибо за внимание!