Определение состояния почвенного покрова в зоне воздействия нефтепродуктов Национального Парка “Нижняя Кама”

Таким образом, влияние нефти и отдельных ее продуктов на почву и почвообразовательный процесс исследован довольно подробно. Окисление нефти начинается сразу после ее попадания в почву. Общими чертами этого процесса является быстрое разрушение метановонафтеновых фракций, снижение содержания полициклических УВ в нафтеноароматической фракции, относительное увеличение доли смолистых веществ в нефти, переход части нефтяных компонентов в нерастворимые в органических растворителях формы. Скорость изменения отдельных УВ и групповых фракций зависит от природно-климатических зон и состава исходной нефти.

Необходимо отметить важность аэрирования почв, в частности, путем внесения рыхлых материалов, например, туффита, торфа, соломы, а также искусственных структурообразователей [19].

1.5.2. Биодеградация нефти

Добыча нефти, транспорт  и переработка ее часто связаны  с утечкой углеводородов, что приводит к ухудшению экологической ситуации. Технические средства не способны обеспечить полной очистки загрязненных объектов. Существенную помощь в решении вопроса очистки территории от нефти могут оказать биологические средства.

Поскольку представители  микрофлоры, в сравнении с другими  биообъектами, обладают наибольшей метаболической активностью, то очевидно, что данная форма жизни способна наиболее быстро ликвидировать замазученность.

В отношении к микробиологическому  сообществу аварийный разлив нефти  может рассматриваться как внезапное  обогащение среды их обитания источником углерода и энергии. В норме в  окружающей среде всегда присутствуют факультативные биодеструкторы нефти. Вместе с тем, там же имеются виды, паразитирующие на деструкторах нефти, что существенно снижает скорость биодеградации нефти.

Для оптимизации процесса биодеградации нефти необходимо решить следующие вопросы:  
1. Способ должен быть экологически чистым. 
2. Для обеспечения физиологического баланса кроме имеющегося источника углерода и энергии необходима добавка источников азота, фосфора, калия, магния. 
3. Необходимо обеспечить аэрацию, так как разложение нефти наиболее эффективно в аэробных условиях. 
4. Обеспечить численное преимущество для биодеструкторов и защитить их от паразитирующих видов. 
5. Создать оптимальную концентрацию нефти. 
6. Обеспечить необходимый уровень pH и влажности.

Поставленные вопросы  решаются следующим путем:

Экологическая чистота достигается использованием аборигенной культуры. Из природного сообщества методом селекции, в проточном хемостатном режиме или методом периодического культивирования, выделяется наиболее активная компонента. Тем самым достигается экологическая чистота, без интродукции посторонних видов.

Физиологический баланс обеспечивается внесением минеральных  удобрений в соотношении 3-8 N : 1-2 P : 1-2 K : 0,01 - 0,02 Mg. Наиболее выгодно в качестве источника азота использовать аммиачную селитру. Так как в сравнении с другими источниками азота: карбамидом, сульфатом аммония, нитратом натрия расход аммиачной селитры в 1,5 - 2 раза меньше. Кроме того, аммиачная селитра наиболее дешевый источник азота.

Аэрация достигается  вспашкой грунта со снижением гравиметрической плотности на 10-30%. Численное преимущество достигается внесением культуры нефтеусваивающих микроорганизмов в дозах 3-500 мг на 1дм3 грунта. Рабочий объем культуры нарабатывается на микробиологических грядках. Защита нефтяных деструкторов от паразитирующих видов обеспечивается пористым носителем: торфом, опилками и другими материалами с развитой поверхностью. Для этой цели биологический материал выращивается на грядках из соответствующего материала. Микроорганизмы, размножаясь в микропорах в иммобилизированном состоянии недоступны для паразитирующих видов. Так как линейные размеры паразитирующих видов значительно больше размера микропор.

Опытным путем было установлено, что биодеградация нефти наиболее эффективна при концентрации ее до 20-25% по весу безводного образца. Если поверхностная концентрация нефти превышает оптимальную, то производится либо откачка избытка нефти или глубинная вспашка, для смешивания с менее загрязненными горизонтами.

Необходимый уровень pH: pH5 - pH8 достигается за счет использования в качестве минеральной добавки в виде диаммоний фосфата. Последний имеет высокую буферную емкость и поддерживает оптимальный уровень pH. Возможно внесение так же раскислителей. Наиболее выгодно использование доломита. Так как доломит одновременно является источником магния и вместе с тем, ионы магния, в меньшей степени снижают доступность источника фосфора для микрофлоры, чем ионы кальция.

Содержание, доступной  для микроорганизмов, воды на заболоченной территории не является проблемой. Однако, в засушливых местах, требуется до 3-4 литров воды на деструкцию 1 кг нефти. Если атмосферный приток влаги недостаточен, то необходим искусственный полив. Комплекс данных мероприятий разрабатывается автором с 1986 г. по 1989г. и защищен Российским патентом №2057724. С 1987г. разрабатываемый способ используется для решения практических задач. В 2000г. очищено 35 га в республике КОМИ и 25 га в Тюменской области в районе г.Нефтеюганска.

Изучалась так же устойчивость различных видов растений к нефти. Установлено, что наиболее перспективными видами, пригодными для засева на нефтезагрязненную территорию, являются: многоколосник ситниковый, щавель кормовой, пырей сизый, житняк гребенчатый, костер прямой. Данные виды дают хорошую всхожесть - более 50% при содержании нефти в грунте до 20% по весу. Высокая всхожесть отмечается на разливах, возраст которых превышает 2-3 месяца [20].

1.6. Анализ ИК-спектров полученных экстрактов.

Проведенные исследования показали, что среди испытываемых растворителей четыреххлористый углерод обладает наименьшей способностью к экстракции углеводородов из нефтезагрязненного горизонта почвы. Кроме того, в CCI₄ -вытяжку переходит значительное количество природных смолисто-асфальтеновых веществ, сопоставимое с количеством почвенных "липидов", экстрагируемых спирто-бензолом из незагрязненной нефтепродуктами почвы. Эти факты подтверждаются и работами других авторов (Эрнестов, 1980; Бочарников, 1989). Обработка нефтезагрязненных образцов двух- и четырехкомпонентными растворителями дает максимальный выход в вытяжку углеводородов. Однако и в этом случае происходит растворение значительного количества неспецифических соединений почвенного гумуса (воска, смолы, углеводы и др.). Н-гексан позволяет экстрагировать из нефте-загрязненного образца почвы почти 80% нефтепродуктов, переходящих в сложные многокомпонентные смеси. Важно отметить, что н-гексан экстрагирует все фракции нефти и в этом качестве не уступает другим растворителям. Из "фонового" образца почвы в C₆Н₁₄ -вытяжку переходит всего 0,16% углеводородов. И это малое количество снижается до 0,07% после очистки экстракта от полярных компонентов на хроматографической колонке с прокаленным AI₂О₃. Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют рекомендовать для проведения анализов по оценке степени загрязнения почв нефтепродуктами в качестве растворителя н-гексан [21].

1.7. Опыты по сравнительному изучению биодеградации нефти в различных грунтах на примере нефтедобычи в Западной Сибири

Наиболее типичными  грунтами в местах нефтедобычи в  Западной Сибири являются песок, глина, торф и почва. Были спланированы и проведены опыты по сравнительному изучению биодеградации нефти в вышеперечисленных грунтах. В опытах использовалась нефть с месторождений Тюменской области. В роли биодобавок использовалась активная аборигенная культура. Использовались также минеральные добавки: аммиачная селитра, диаммонийфосфат и хлористый калий.

Был проведен ряд исследований, изучалась биодеградация нефти  в грунте. На первых этапах эксперимента была поставлена задача, выяснить в каком из грунтов (песок, глина, торф и почва), деструкция нефти протекает наиболее эффективно. Было установлено, что за тридцать суток процент деструкции нефти в торфе составил 65%, в песке - 52,2 %, в глине - 34%, в почве - 36 %. Результат эксперимента показал, что наиболее эффективно деструкция протекает в торфе. В песке деструкция протекает в 1,1 раза медленнее, а в глине и в почве - в 1,8 раз.

На следующем этапе  эксперимента предполагалось выяснить, при каких дозах загрязнения грунта нефтью деструкция протекает наиболее эффективно. В результате проведенного эксперимента было установлено, что деструкция наиболее эффективна при изначальном загрязнении 20-30% нефти. Более высокая концентрация приводит к замедлению скорости деструкции.

Третий этап эксперимента, где предполагалось установить какие добавки, и какой тип водного режима способствует интенсивному протеканию биодеградации. На этом этапе эксперимента в качестве грунта был выбран песок, так как песок - наиболее типичный грунт в районах нефтедобычи, применяется для отсыпки технологических площадок. Работы по очистке песка от нефти считаются наиболее сложными. Процесс осложняется тем, что песок в отличие от почвы обладает низкой сорбционной способностью. По этой причине вносимые добавки и минеральные соли вымываются водой. В результате проведенных опытов было установлено, что деструкция наиболее эффективно протекает при полном комплексе вносимых добавок: минеральные соли и нефтеусваивающие культуры. Но как было сказано выше, вносимые добавки легко вымываются из песка. Поэтому в варианте опыта с промывным типом водного режима возникла необходимость каким-либо образом зафиксировать в песке вносимые добавки. Для этой цели были использованы торфогранулы и древесные опилки. Торфогранулы - для фиксации минеральных солей, а опилки - для иммобилизации нефтеусваивающей культуры. В результате оказалось, что интенсивность биодеградации нефти в промывном режиме соответствовало интенсивности непромывного режима, где не происходил процесс вымывания добавок.

Результат опыта показывает, что планирование работ по очистке  от нефти песчаного грунта должно учитывать особенности водного режима [22].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Объектом исследования является территории Национального  Парка “Нижняя Кама”, где в октябре 2003 года произошел аварийный разлив нефти, в результате площадь более одного гектара леса оказалась непригодной для существования многих видов, характерных для местных биоценозов. Участок находится в пределах 148 квартала, на территории 7-го и 8-го выделов, вблизи дороги на садовое общество “Дизелист” и относится к зоне отдыха.

Целью данной работы является изучение характера влияния на ОПС  данного объекта в результате аварийных разливов нефти, а так  же оценка соответствия качества проведения рекультивационных работ  на его территории нормативом ДОСНП.

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ

2.1.1. Отбор проб почвы

Отбор проб проводился 25 мая 2005 года при температуре атмосферного воздуха 25⁰С. В связи с неглубоким залеганием нефтепровода пробы отбирали с глубины  0-20 см и 20-50 см. Для исключения возможного влияния атмосферного загрязнения поверхностного слоя почвы верхние 5 см образца отбрасывали. Почва дерново-подзолистые. Места отбора проб обозначены черными точками в Приложении 1.

2.1.2. Определение влажности

В лаборатории пробы  подготовили согласно ГОСТ 17.4.4.02-84. образцы почвы были высушены до воздушно-сухого состояния. После удаления посторонних  включений (растительных и животных остатков, камней, стекла и пр.) почву растирали в ступке и просеивали сквозь сито с диаметром отверстия 1мм. После этого были отобраны навески почвы для определения влажности w методом высушивания до постоянной массы при 105⁰ С (см. Таблица 4) согласно ГОСТ 5180-84 [23]

 

 

 

 

Таблица 4.

Определение влажности воздушно-сухих образцов почв

Номер пробы	глубина, с которой  производится пробоотбор		Масса навески до высушивания, г	Масса навески после  высушивания, г	Влажность w, %
№1	0-20	│*	18,83010	18,35670	2,57880
		║**	20,63320	20,32620	1,51036
	20-50	│	14,72240	14,58240	0,96006
		║	10,14030	9,99030	1,50145
№2	0-20	│	20,68080	20,63480	0,22292
		║	19,32290	19,15960	1,78280
	20-50	│	20,20490	19,92460	1,40680
		║	20,00390	19,80450	1,00179
№3	0-20	│	19,99450	19,12660	4,53765
		║	9,77880	9,17170	6,61927
	20-50	│	19,63250	19,52150	0,56860
		║	19,57440	19,76370	0,56163
№4	0-20	│	19,74370	19,46100	2,68640
		║	19,99530	19,51000	2,48740
	20-50	│	20,26410	19,55440	3,63191
		║	19,99630	19,63120	1,71793
№5	0-20	│	19,92450	19,75265	0,87000
		║	19,73050	19,56750	0,83301
	20-50	│	19,94460	19,77710	0,84693
		║	19,35370	19,19680	0,81732
№6	0-20	│	16,57325	16,43005	0,87154
		║	18,55650	18,37660	0,97896
	20-50	│	19,37190	19,11960	1,31954
		║	20,00000	19,72280	1,44164
№7	0-20	│	19,73280	19,40940	1,66620
		║	20,00130	19,81950	0,91730
	20-50	│	19,63010	19,16730	2,41452
		║	19,98020	19,81620	0,82760
№8	0-20	│	18,92530	18,73750	1,00230
		║	20,00700	19,90490	0,51294
	20-50	│	20,00000	19,63440	1,86203
		║	19,32820	18,84300	2,57496
№9	0-20	│	19,73630	19,55490	0,92764
		║	19,76390	19,55780	1,05379
	20-50	│	19,99640	19,85810	0,69644
		║	19,85170	19,72110	0,66223
ФОН		│	19,91350	19,69160	1,12687
		║	19,84060	19,60920	1,18005