Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами

Вступление.

С каждым годом  все больше внимания уделяется проблемам, связанным с

загрязнением  окружающей среды. Наиболее остро данный вопрос стоит перед

жителями крупных  промышленных городов. Например, в России, как и в других

развитых странах  мира, наблюдается тенденция снижения продаж жилья в

экологически  неблагополучных районах городов  и увеличение - в ближайшем

пригороде и  экологически чистых районах. Кроме  того, Евразия стоит на

первом месте  в мире по запасам нефти и обладает разветвленной сетью

предприятий для ее переработки и транспортировки, в связи с чем возникает

проблема очистки  почвы от нефтепродуктов. Наиболее экономически выгодным и

безопасным методом  является микробиологическая деградация. 
 

  На настоящее  время наиболее развитыми являются  технологии очистки сточных

   вод, подразделяющиеся  по принципу очистки - аэробные  и анаэробные и по

 способу очистки  - экстенсивные (поля орошения, поля  фильтрации, биопруды и

  т.д.) и интенсивные  (аэротенки, биофильтры и т.д.). В основе интенсивных

  способов лежит использование активного ила для удаления примесей из воды,

   основанного  на уникальной способности микроорганизмов  утилизировать не

  только те  субстраты, которые для них  оптимальны, но и огромное количество

 других веществ,  созданных человеком искусственно и поэтому отсутствовавших

                              ранее в природе. 
 

 Штаммы микроорганизмов,  способные к биодеградации нефтепродуктов, известны

 достаточно  давно (это, прежде всего представители  родов Bacillus, Bacterium

           и Pseudomonas) и их число с каждым годом увеличивается.

               ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ НЕФТИ  И НЕФТЕПРОДУКТОВ. 

Добыча нефти  и  нефтепродуктов,  их  переработка  и  транспортировка  тяжело

сказываются  на   состоянии   и   плодородии   почвенного   покрова   Земли.

Общеизвестно, что  хорошие почвы -  это  обильное  плодородие.  Но  почвы  на

нашей планете  играют и другую, менее известную, но не менее важную  роль.  В

почвенном покрове  Земли и ее гумусовой оболочке сосредоточена основная  доля

живого вещества суши и его биогенной энергии. Отсюда  экологическая  система

“  почва  -  организмы  “  оказывается  одним   из   главнейших   механизмов

формирования  всей биосферы, ее стабильности и продуктивности в целом.

Для примера, в 1986 году из недр нашей планеты было  извлечено  615  млн.  т

нефти. Но при  этом попутно в результате горных работ извлечены и сброшены  в

отвалы более 8 млрд. т различных горных пород. Если  их  рассыпать  слоем  в

один  метр,  он  покроет  всю  площадь,  занимаемую  ныне  Аджарией. И это

“результат” лишь одного года работы добывающей промышленности.

  Охватить  весь  комплекс  проблем,  связанных   с  загрязнением   почвенных

биоценозов, задача  очень  сложная  и  многообразная.  В  почве,  населенной

мириадами организмов,  -  от  бактерий  до  млекопитающих,  включительно,  -

процессы обмена столь многообразны и сложны, что  мы еще  только  подходим  к

их пониманию.

 В связи   с  этим,  представляется  очень   актуальной  и  насущной  проблема

загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами.  Не  секрет,  что энергетическая

программа  России  на  длительную  перспективу  предусматривает   увеличение

добычи “черного золота”, а это, в свою  очередь,  ведет  к  расширению  сети

трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти  и нефтепродуктов.

Таким образом, невозможно  полностью  исключить  вероятность  новых  аварий,

разливов  нефти  и  нефтепродуктов.  В  то  же  время   нормативы   контроля

природопользования  становятся с  каждым  годом  все  жестче,  соответственно

возрастают размеры  штрафов.Только научно -  исследовательские  работы  могут

помочь в решении  столь сложной и многоплановой  задачи, как загрязнение  почв

нефтью и нефтепродуктами.

  Для того, чтобы рассматривать  любую   экологическую  проблему,  необходимо

прежде  всего  знать  “ участников  “ этой  проблемы.  В нашем случае  “

участниками “  этой проблемы являются: нефть,нефтепродукты  и  почва.  Давайте

рассмотрим их повнимательнее с точки зрения их взаимодействия. 

             НЕФТЬ И Нефтепродукты.ОСНОВНЫЕ  ФАКТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ. 

Нефть  -  это  жидкий  природный  раствор,  состоящий  из   большого   числа

углеводородов (УВ) разнообразного строения  и  высокомолекулярных  смолисто-

асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое  количество  воды,  солей,

микроэлементов. Главные  элементы: С - 83-87%, Н - 12-14%, N, S, O  -  1-2%,

реже 3-6% за  счет  S.  Десятые  и  сотые  доли  процента  нефти  составляют

многочисленные  микроэлементы.

В  качестве  эколого-геохимических  характеристик  основного  состава  нефти

приняты содержание легкой  фракции  (начало  кипения  2000С),  метановых  УВ

(включая твердые  парафины), циклических УВ, смол,  асфальтенов  и  сернистых

соединений.

Легкая фракция  нефти

Включает     низкомолекулярные      метановые      (алканы),      нафтеновые

(циклопарафиновые) и ароматические УВ - наиболее подвижная часть нефти.

Большую часть  легкой фракции составляют метановые  УВ  (алканы  с  С5-С11  -

пентан, гексан ...). Метановые УВ, 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 С,  не  ассимилируются,  хотя  и   могут  быть  окислены.  Вследствие

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.

Многие исследователи  отмечают 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 .

МетановыеУВ

В  нефтях,  богатых  легкой  фракцией,  существенную   роль   играют   более

высокомолекулярные  метановые УВ (С12-С27), состоящие из  нормальных  алканов

и изоалканов в  соотношении 3:1. Метановые УВ  с  температурой  кипения  выше

2000С практически  нерастворимы  в  воде.  Их  токсичность  выражена  гораздо

слабее, чем у  УВ с более низкомолекулярной  структурой.

Содержание твердых метановых УВ (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 УВ. Более  полная  деградация

происходит при  рН 7,4 (64,3-90%), в кислой среде (рН 4,5)  деградируют  лишь

до 18,8% .

Твердый парафин  очень трудно разрушается, с трудом  окисляется  на  воздухе.

Он надолго  может “запечатать”  все  поры  почвенного  покрова,  лишив  почву

возможности  свободного  влагообмена  и  дыхания.  Это,  в  первую  очередь,

приводит к  полной деградации биоценоза.

Циклические УВ

К ним в нефти  относятся нафтеновые и ароматические  УВ.

Нафтеновые УВ составляют от 35 до 60 %

О токсичности нафтенов сведений почти  не  имеется.  Вместе  с  тем  имеются

данные  о  нафтенах  как  о  стимулирующих  в-вах  при  действии  на   живой

организм.( лечебная нефть Нафталанского мест-я в  Азербайджане).Биологически

активным фактором этой нефти служат  полициклические  нафтеновые  структуры.

Основные продукты окисления нафтеновых структур УВ-кислоты  и оксикислоты.

   К   ароматическим  УВ  (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  УВ от 5 до 15 %, чаще всего от  20  до  40  %.  Основная

масса ароматических  структур составляют моноядерные УВ -  гомологи  бензола.

Полициклические ароматические  УВ  (ПАУ)  с  двумя  и  более  ароматическими

кольцами содержатся в нефти от 1 до  4  %.  Среди  голоядерных  ПАУ  большое

внимание обычно  уделяется  3,4-бензпирену  как  наиболее  распространенному

представителю канцерогенных веществ.

Ароматические УВ -  наиболее  токсичные  компоненты  нефти.  В  концентрации

всего 1 % в воде они убивают все водные растения. Нефть содержащая от 30  до

40  %  ароматических   УВ  значительно   угнетает   рост   высших   растений.

Моноядерные УВ - бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое

воздействие на организмы чем ПАУ  так  как  ПАУ  медленнее  проникают  через

мембраны клеток. Однако, в целом,  ПАУ  действуют  более  длительное  время,

являясь хроническими токсикантами.

Ароматические УВ трудно  поддаются  разрушению.  Экспериментально  показано,

что главным  фактором деградации ПАУ в  окружающей  среде,  в  особенности  в

воде  и   воздухе,   является   фотолиз,   инициированный   ультрафиолетовым