Причины загрязнения почв нефтью

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами

Биричева Ксения, студентка 18Б05-нз

Елсукова Екатерина Юрьевна

Санкт-Петербург, 2019 г.

Оглавление

Источники загрязнения 6

Негативное влияние на почву 7

Специфика загрязнения и восстановление почв 9

Экологические последствия 10

Введение

В последние годы проблема нефтяных загрязнений становится все более актуальной. Развитие промышленности и транспорта требует увеличения добычи нефти как энергоносителя и сырья для химической промышленности. А вместе с тем это одна из самых опасных для природы индустрий. Ежегодно миллионы тонн нефти выливаются на поверхность Мирового океана, попадают в почву и грунтовые воды, сгорают, загрязняя воздух.

Большинство земель в той или иной мере загрязнены сейчас нефтепродуктами. (Особенно сильно это выражено в регионах, через которые проходят нефтепроводы, а также богатых предприятиями химической промышленности, использующими в качестве сырья нефть или природный газ.) Ежегодно десятки тонн нефти загрязняют полезные земли, снижая ее плодородие, но до сих пор этой проблеме не оказывают должного внимания.

Нефть

Нефть представляет собой жидкость от желто- или светло-бурого до черного цвета, с характерным запахом. Это смесь углеводов и их производных, каждое из которых может рассматриваться как самостоятельный токсикант. В ее составе обнаруживается свыше 1000 индивидуальных органических веществ, содержащих 83—87% углерода, 12—14% водорода, 0,5—6,0% серы, 0,02—1,7% азота, 0,005—3,6% кислорода и незначительную примесь минеральных соединений; зольность нефти не превышает 0,1%. Нефть легче воды: плотность различных видов нефти колеблется от 0,73 до 0,97.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав, как качественный, так и количественный. Больше всего предельных углеводородов содержится в нефти, добываемой в штате Пенсильвания (США). Бакинская нефть сравнительно бедна предельными углеводородами, но богата так называемыми нафтеновыми углеводородами, содержащимися в количестве до 90%. Значительно богаче предельными углеводородами грозненская нефть, сураханская и ферганская (Средняя Азия).

По углеводородному составу все нефти подразделяются на:

Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

Нефтепродукты

Нефтепродукты — смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые из нефти и нефтяных газов. К нефтепродуктам относятся различные виды топлива (бензин, дизельное топливо, керосин и др.), смазочные материалы, электроизоляционные среды, растворители, нефтехимическое сырьё.

Нефтепродукты получаются в результате химического процесса — перегонки нефти, от которой при разных температурах отделяются вещества (отгоны) в парообразном состоянии. Перегонка нефти может осуществляться, например, при помощи ректификационной колонны .

Источники загрязнения

Источники загрязнения почв нефтью бывают природные (очень редко) и техногенные (антропогенные)

В естественных условиях нефть залегает под плодородным слоем почвы на больших глубинах и не оказывает не нее существенного влияния. В нормальной ситуации нефть не выходит на поверхность, происходит это только в редких случаях в результате подвижек горных пород, тектонических процессов, сопровождающихся поднятием грунта.

Основной источник загрязнения почвы нефтью — человеческая деятельность. Загрязнение происходит в районах нефтепромыслов, нефтепроводов, а также при перевозке нефти.

Районы и источники загрязнения почв нефтью можно условно разделить на две группы: временные и постоянные (хронические). К временным районам можно отнести утечки при сухопутной или водной транспортировке. К постоянным относятся районы нефтедобычи, на территории которых земля буквально пропитана нефтью в результате многократных утечек.

Основные загрязнения нефтью происходят в районах нефтепромыслов, нефтепроводов, а также при перевозке нефти по сухопутным и, особенно, морским магистралям.

В районах наземных нефтепромыслов и нефтепроводов периодически происходят локальные утечки нефти и нефтепродуктов, которые не распространяются на большие площади. Гораздо хуже, если утечка происходит из океанической или морской буровой установки или магистрали. В этом случае нефть расползается по воде тончайшей, часто моно — молекулярной пленкой на площади в сотни и тысячи квадратных километров, образуя нефтяные пятна. Оказавшись в прибойной зоне, нефтяная пленка выбрасывается на сушу и заражает огромные площади побережий, нанося колоссальный вред всему живому в этом районе

Негативное влияние на почву

Негативное влияние нефти на почву проявляется в значительном изменении морфологических, физико-химических и микробиологических свойств почв. На самой поверхности почвы продукты деградации нефти образуют довольно устойчивые к разложению корочки, затрудняющие дыхание почвы. Т.е. Нефть, обладая вязкостью, обволакивает почвенные частицы. Это способствует созданию зон анаэробиозиса и препятствует миграции питательных веществ и нормальному распределению влаги. При многократных разливах тяжелой нефти происходит образование прочных твердых смолисто-асфальтеновых покровов, в результате чего растения засыхают, наблюдается девегетация почв.

Изменение свойств почв проявляется в возрастании рН, повышении общего количества углерода в 2-10 раз, содержания углеводородов в 10-100 раз. В почве нарушаются азотный режим, процессы нитрификации и аммонификации, окислительно-восстановительные процессы и т. д. Существенно меняются морфологические свойства почв: происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура, снижается водопроницаемость почв.

Влияние нефти на растения обусловлено как ее непосредственным токсическим воздействием, так и трансформацией почв. Поступая в клетки и сосуды растений, нефть вызывает токсические эффекты. Они проявляются в быстром повреждении, разрушении, а затем и отмирании всех живых тканей растений. Нефть оказывает отрицательное влияние на рост, метаболизм и развитие растений, подавляет рост их наземных и подземных частей, задерживает прорастание семян.

Загрязнение нефтью снижает поглотительную способность почвы примерно в 5 раз. На третий год агротехнической рекультивации она повышается, но не достигает уровня незагрязненной почвы. Содержание в сырой нефти пластовой воды с большим количество солей увеличивает содержание в почве обменного Na+ и вытесняет Са++ и Mg++, на долю которых приходится основная часть обменных катионов в чистой почве. Дополнительный эффект дает обволакивание почвенных коллоидов нефтяной пленкой, препятствующей обмену поглощенных катионов.

В загрязненной почве нитратный азот, как правило, не обнаруживается на протяжении всего срока наблюдения за рекультивируемым участком. Это обусловлено биологическими факторами – подавлением жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, очень чувствительных к изменениям условий окружающей среды. Типичные автотрофы, их развитие угнетается избытком углеродсодержащих соединений нефти и продуктов ее распада. Возможно и абиотическое связывание минеральных элементов органическими компонентами нефти.

Специфика загрязнения и восстановление почв

Специфика загрязнения земель нефтепродуктами заключается в том, что последние долго разлагаются (десятки лет), на этих землях не растут растения и выживают немногие виды микроорганизмов. Восстановить земли можно путем удаления загрязненного почвенного слоя вместе с нефтью. Далее может следовать либо засев культурами, которые в получившихся условиях смогут дать наибольшее количество биомассы, либо завоз незагрязненной почвы.

Восстановление загрязненной нефтепродуктами земли проходит в три основных этапа:

• удаление загрязненной нефтью почвы;

• рекультивация нарушенного при этом ландшафта;

На первом этапе вывозится минимальное количество загрязненной почвы и свозится в места захоронения или используется там, где от нее не требуется плодородных свойств (нанесение дамб и т. п.).

На втором этапе производится завоз нового плодородного слоя и вскрышных пород с хорошими почвообразующими свойствами, формирование нужного рельефа. Характер проведения этих работ зависит от таких факторов, как вид последующего использования рекультивируемых площадей, климат и окружающий рельеф.

На третьем этапе, соответственно, производится приспособление к сельскохозяйственному использованию. Заключается оно, как правило, в обеспечении нужного водного режима, защите от эрозии, оползней и т. д. Третий этап не является обязательным, но поскольку восстановление земель производится в основном под сельскохозяйственные нужды, то он обычно проводится тоже.

Экологические последствия

Экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от параметров загрязнения, свойств почвы и характеристик внешней среды.

А) К первой группе факторов относятся химическая природа загрязняющих веществ, концентрация их в почве, срок от момента загрязнения и др. Как было отмечено выше, нефть состоит из многих фракций, существенно различающихся между собой по физико-химическим свойствам. Поэтому их поведение в почве различно.

Наибольшей проникающей способностью обладают легкие фракции, которые капиллярными силами затягиваются на глубину до 1 м. Будучи загрязнена только легкими фракциями, почва со временем может самоочиститься, так как эти фракции обладают низкими температурами кипения и довольно быстро испаряются.

Тяжелые битумные фракции, которые находятся в нефти растворенными в летучих фракциях, проникают не глубже 12 см. При нормальной температуре это твердые аморфные вещества, они адсорбируются из раствора почвенными частицами верхнего слоя, склеивают их, застывают и образуют твердую корку. Такое загрязнение не может быть ликвидировано естественным путем.

Фракции нефти имеют разную токсичность. Поэтому загрязнение тяжелыми фракциями наносит косвенный вред — ухудшает или вообще делает невозможным аэрацию почвы, понижает содержание в почве кислорода, что приводит к снижению количества или вообще вымиранию аэробной части микрофлоры и, наоборот, увеличению числа анаэробов. Наиболее опасно загрязнение именно самой нефтью: при этом легкие фракции проникают вглубь, а тяжелые создают корку на поверхности, не давая первым испариться. В результате все живое в почве просто гибнет, почва теряет свои хозяйственные свойства, становится мертвой.

Б) Ко второй группе факторов принадлежат структура почвы, гранулометрический состав, влажность почвы, активность микробиологических и биохимических процессов и др.

Чем крупнее частицы почвы, тем легче нефть и нефтепродукты проходят внутрь, в ее нижние слои. От структуры почвы также зависит степень аэрации почвы, а следовательно, интенсивность испарения и окисления нефти. Влажная почва отталкивает гидрофобные нефть и нефтепродукты, препятствуя их впитыванию.

В) К внешним факторам относятся температура воздуха, ветреность, уровень солнечной радиации и особенно доля ультрафиолетового излучения в свете, растительный покров и пр.

Чем выше температура воздуха, тем выше скорость окислительных процессов, посредством которых разлагается на воздухе нефть. Соответственно, в летнее время нефть быстрее разлагается: легкие фракции испаряются, тяжелые окисляются. Зимой, при отрицательной температуре, большинство тяжелых фракций переходят в твердое состояние и вообще не окисляются, поэтому основная часть (если не все) процессов разложения нефти и нефтепродуктов происходят именно летом. Ветер обдувает верхний слой почвы свежим воздухом, создавая динамически повышенную концентрацию кислорода над ней, способствуя окислению. К тому же ветер создает токи воздуха в воздушной системе почвы, по крайней мере той ее части, что осталась после загрязнения. Выветривание верхнего загрязненного и окисленного слоя также содействует дальнейшему очищению. Ультрафиолетовое излучение способствует окислительным реакциям и поэтому сильно ускоряет разложение нефти на поверхности земли и, особенно, на водных гладях.

При сильном нефтяном загрязнении растительный покров обычно вымирает. Однако если загрязнение не очень велико, то он может способствовать очищению почвы. Образующийся от него за несколько лет растительный опад создает над загрязненным слоем чистый гумусовый слой, богатый аэробной микрофлорой, которая может вести окисление лежащих ниже нефтепродуктов.

Охрана

Для охраны почв от нефтяного загрязнения требуется проведение следующих мероприятий:

• выработка норм допустимого содержания нефти и нефтепродуктов в почве;

• осуществление анализа хозяйственно важных земель (особенно вблизи нефтепроводов, химпредприятий, буровых установок) на содержание в них нефтепродуктов;

• капитальный ремонт или закрытие перечисленных объектов, если установлено, что это предприятие, нефтепровод, буровая установка является источником нефтяного загрязнения;

• наказание лиц, ответственных за произошедшее загрязнение;

• рекультивация и санация земель, загрязненных нефтепродуктами.

Заключение

Таким образом

• Нефть представляет собой смесь углеводов и их производных, в целом свыше 1000 индивидуальных органических веществ, каждое из которых может рассматриваться как самостоятельный токсикант.
• Основной источник загрязнения почвы нефтью — антропогенная деятельность.
• Загрязнение происходит в районах нефтепромыслов, нефтепроводов, а также при перевозке нефти.
• Экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от параметров загрязнения (химическая природа загрязняющих веществ, концентрация их в почве, срок от момента загрязнения и др.), свойств почвы (структура почвы, гранулометрический состав, влажность почвы, активность микробиологических и биохимических процессов и др.) и характеристик внешней среды(температура воздуха, ветреность, уровень солнечной радиации и особенно доля ультрафиолетового излучения в свете, растительный покров и пр.).
• Восстановление загрязненных нефтепродуктами земель проходит либо засевом культур, устойчивых к нефтяному загрязнению, либо завозом незагрязненной почвы, что осуществляется в три основных этапа: удаление загрязненной нефтью почвы, рекультивация нарушенного ландшафта, мелиорация.

Источник