Борьба с нефтяными загрязнениями сельских угодий

Размещено на http://www.allbest.ru/

министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ

Казанский Государственный Аграрный Университет

Кафедра агрохимии и почвоведения

Курсовая работа

По методике агрохимических исследований на тему: «Борьба с нефтяными загрязнениями сельских угодий»

Студент:

Полканова Ульяна Михайловна

Руководитель:

Таланов Иван Павлович

Казань 2019 г



Содержание

Введение

1. Влияние нефтяных загрязнений на сельское хозяйство

1.1 Характеристика нефти и нефтепродуктов

1.2 Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами

1.3 Изменение основных свойств почвы при длительном воздействии на неё нефтепродуктов

1.4 Меры и этапы по рекультивации нефтезагрязненных почв

2. Факторы влияющие на тяжесть загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами

2.1 Загрязнения сельского хозяйства разливами нефти

2.2 Ответственность за разливы нефти

3. Методы охраны почв от нефтяного загрязнения

Заключение



Введение

Окружающая среда дает промышленному предприятию все необходимое для продолжения технологического цикла. По мере того, как развивается и расширяется производство, предприятию требуется все большее количество ресурсов, которые оно берет из окружающей среды. По мере того, как развивается и расширяется производство, предприятию требуется все большее количество ресурсов, которые оно берет из окружающей среды.

В свою очередь, промышленное предприятие выбрасывает в окружающую среду такие продукты технологического цикла, как сточные воды, твердые отходы, отработанные газы, причем качественный состав отходов варьируется в зависимости от профиля предприятия. С ростом производства вредных выбросов становится все больше.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что фабрики, заводы и иные предприятия пагубно влияют на тот ареал, в котором расположены, а добыча необходимых для их технологического процесса ископаемых также губительна для природы.

В последнее десятилетие все большее признание получало идея о существовании взаимного влияния здоровой окружающей среды и устойчивого экономического развития. В это же время в мире происходили крупные политические, социальные и экономические изменения, по мере того, как многие страны начинали осуществление программ радикальной структурной перестройки своей экономики. Таким образом, изучение влияния на окружающую среду общеэкономических мероприятий стало актуальной проблемой, имеющей серьезное значение и требующей скорейшего решения.

Предмет исследования - влияние нефтяных загрязнений на окружающую среду, объект исследования - разливы нефти и урон, наносимый ими окружающей среде. Гипотеза исследования - что современное предприятие наносит окружающей среде ущерб, начиная уже с процесса добычи необходимых для промышленного производства материалов. Практическая значимость курсовой работы - исследование и анализ влияния нефтяных загрязнений на окружающую среду.

Цель работы состоит в изучении взаимодействия и влияния нефтяных предприятий на окружающую среду.

В задачи курсовой работы входит рассмотрение и анализ следующих вопросов:

- загрязнения окружающей среды разливами нефти;

- ответственность за разливы нефти;

- влияние нефтяных загрязнений на окружающую среду;

- влияние нефти на животных и растения;

- влияние нефти на гидросферу и литосферу.

Разливы нефти могут возникать и уже появляются практически повсюду. На небольшие разливы обращают мало внимания, их быстро убирают или же они разлагаются естественным способом. Большие разливы нефти привлекают внимание общественности и, как правило, требуют принятия срочных мер со стороны государственных организаций. Невозможно заранее предугадать серьезные разливы нефти, однако в случае их возникновения биологи и административные органы должны нести ответственность.



1. Влияние нефтяных загрязнений на сельское хозяйство

1.1 Характеристика нефти и нефтепродуктов

Нефть - сложная смесь алканов (парафиновых или ациклических насыщенных углеводородов), циклоалканов (нафтенов) и аренов (ароматических углеводородов), различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых производных углеводородов. Нефти различных месторождений по углеводородному составу неодинаковы. Для нефти всех месторождений характерно, с одной стороны, огромное разнообразие видов, с другой - наличие преимущественно одинаковых элементов в ее составе и структуре, сходство по некоторым параметрам. Элементарный состав разнообразных видов нефти во всем мире изменяются в пределах 3-4% по каждому элементу.

Главные нефтеобразующие элементы: углерод (83-87%), водород (12-14%), азот, сера, кислород (1-2%, реже 3-6% за счет серы). Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков. Легкая фракция, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды, - наиболее подвижная часть нефти. В состав средних и тяжелых фракций входят арены с более короткими боковыми цепями. Содержание алканов в различных нефтях колеблется от 2 до 50% и более.

Нефти классифицируются: по содержанию в них углеводородов (химическая классификация); по содержанию серы, парафинов и качеству получаемых продуктов (технологическая классификация). От относительного содержания алканов нормального и изостроения зависит тип нефти. По классификации Петрова нефти делятся на четыре химических типа:

Метановые или парафиновые нефти типа А1 характеризуются высоким содержанием нормальных алканов (до 15-16%) в характерной фракции, которое превышает содержание изопреноидных алканов. Например, нефть месторождений - Сургут, Самотлор и др.

Нефти типа А2 относятся к парафинонафтеновым. Содержание алканов в них несколько ниже, чем в А1, и может достигать в характерной фракции 25-30%, а циклоалканов - 60%. К нефтям этого типа относятся нефти Южного Каспия, Прикаспия и др.

В составе нафтеновых нефти типа Б2 резко преобладают циклоалканы, содержание которых в характерной фракции может достигать 60-75%, а алканов - 5-30%. Типичными представителями нефти данного типа являются нефти северного Кавказа.

Четвертая группа нефти типа Б1 характеризуется по групповому составу как нафтеновая или нафтено - ароматическая. В этих нефтях практически полностью отсутствуют н-алканы и изопреноидные алканы и относительно мало содержание других разветвленных алканов (от 4 до 10%). Примерами нефтей данного типа служат нефти западно-сибирских месторождений: Грязевая Сопка, Сураханы, Балаханы и др.

В нефти выделяют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

К углеводородной части относят алканы, ароматические углеводороды, циклоалканы.

Таким образом, алканы в различных пропорциях в состав всех нефтей. Содержание ароматических углеводородов в нефтях колеблется от 15 до 50% масс. Во многих нефтях по суммарному содержанию над другими классами углеводородов преобладают циклоалканы: их содержание колеблется от 25 до 75% масс. Они присутствуют во всех нефтяных фракциях.

1.2 Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами

Загрязнение нефтью влияет на весь комплекс морфологических, физических, физико-химических, биологических свойств почвы, определяющих ее плодородные и экологические функции. Изменение свойств почвы при загрязнении нефтью, а так же процессы ее миграции, аккумуляции и метаболизма зависят от физико-химического состава и количества пролитой нефти, почвенно-климатических и ландшафтных условий, типа почвы, наличия тех или иных биохимических барьеров, каналов миграции и диффузии в почвенном профиле.

При нефтяном загрязнении, прежде всего, существенно изменяются морфологические признаки почвы. Для загрязненных почв характерен более темный цвет по сравнению с незагрязненными аналогами, большая плотность, наличие маслянистых и радужных пленок по граням структурных отдельностей в иллювиальных горизонтах, появление столбчатой структуры в нижней части профиля почв.

В нефтезагрязненных почвах преобладают черные, серо-коричневые оттенки в верхней части профиля и темно-бурые, коричнево-бурые, буро-охристые- в нижней. Происходит увеличение количество охристых, ржаво-бурых пятен, призмаков. Fe-Mn- пленок по граням структурных отдельностей, возрастание степени сегрегации железа, усиление оглеения.

Глубина проникновения нефти в почвенном профиле зависит от свойств нефти и механического состава почвы. Изменение морфологических признаков почвы влечет за собой и изменение физических свойств. Под влиянием нефти увеличивается количество водопрочных агрегатов, структурных отдельностей размером больше 10 мм, происходит агрегирование почвенных частиц, в связи с чем содержание глыбистых частиц увеличивается, а содержание агрономических ценных структурных отдельностей уменьшается.

Изменение физических свойств почвы при загрязнении приводит к вытеснению воздуха нефтью, нарушению поступления воды, питательных веществ, что является главной причиной торможения развития растений и их гибели.

Почвы, насыщенные нефтепродуктами, теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкие значения гигроскопической влажности, водонепроницаемости, влагоемкости по сравнению с фоновыми аналогами. При оценке последствий загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами важное значение имеют изменения в их гумусном состояние. Поскольку основным элементом, входящим в состав нефти, является углерод, массовое содержание которого колеблется в пределах 83-87%, то содержание органического вещества в расчете на общий углерод и гумус в загрязненных почвах возрастает за счет углерода нефти. Параллельно с увеличением привнесенного углерода идет процесс качественного изменения битуминозных веществ и группового состава гумуса. Эти изменения зависят от физико-химических свойств нефти и органического вещества почвы.

Одновременно с ростом содержания привнесенного углерода происходит увеличение отношения C:N. При этом изменения содержания общего азота незначительны. Как известно, чем уже отношение C:N, тем выше подверженность органического вещества минерализации. Наиболее благоприятны для микробного гидролиза соединения с величиной C:N о 10 до 20. В нефтезагрязненной почве отношение C:N колеблется от 50 до 400-420 в зависимости от количества привнесенного углерода и типа почвы, что приводит к ухудшению азотного режима почв и нарушению корневого питания растений. В нефтезагрязненных почвах, наряду с ухудшением азотного режима, происходит уменьшение содержания подвижных форм фосфора и калия.

Изменение кислотности почв зависит прежде всего от качества нефти и содержания в ней высокоминерализованных пластовых вод. При загрязнении почвы товарной нефтью (обессоленной и обезвоженной), независимо от исходной дозы, кислотный режим остается без изменений. В слабо- и среднекислых почвах некоторое снижение гидролитической кислотности и увеличение рН наблюдаются только при сильном загрязнение почвы товарной нефтью, что связанно с нейтральной и слабощелочной реакцией.

Воздействие нефти на комплекс почвенных микроорганизмов неоднозначно. С одной стороны, нефтяное загрязнение стимулирует рост определенных видов, с другой- ингибирует.

Большинство исследований, проведенных в различных биоклиматических зонах, показывало, что при нефтяном загрязнении увеличивается численность и активность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), осуществляющих подготовительный этап метаболизма водородов. Доказано, что именно они наиболее специфично реагируют на нефтяное загрязнение почвы.

В результате обволакивания почвенных агрегатов нефтью ухудшается доступ к кислороду. Понижение концентрации кислорода способствует развитию анаэробных микроорганизмов. Развитие аэробной микрофлоры затормаживается. Одной из причин анаэробиозиса может быть интенсивное потребление кислорода возросшим числом УОМ. Влияя на структуру микробного ценоза воздействуют и на интенсивность многих биохимических процессов, осуществляемых в основном ферментами микроорганизмов. Ферментативная активность почв обуславливается не только различным количеством микроорганизмов, но их разнообразием и физиологической активностью.

Поэтому количественные изменения, происходящие в микробном ценозе загрязненных почв, не всегда отражают изменения ее активности. Микробиологическую деградацию нефти обуславливают два фактора: наличие сложных ферментов- оксидередуктаз, осуществляющих окислительно-восстановительные процессы всех типов, и наличие в клетках приспособлений, обеспечивающих поглощение гидрофобного субстрата.

Окисление нефти начинается сразу после ее попадения в почву. Выделяют три наиболее общих этапа трансформации нефти в почвах: 1) физико-химическое и частично микробиологическое разложение алифатических углеводородов; 2) микробиологическое разложение, главным образом низкомолекулярных структур различных классов, образование смолянистых веществ; 3) трансформацию высокомолекулярных соеденений; смол,асфальтенов, циклических углеводородов.

Длительность процесса трансформации нефти в разных почвенно-климатических зонах может быть различной- от нескольких месяцев до нескольких десятков лет.

1.3 Изменение основных свойств почвы при длительном воздействии на неё нефтепродуктов

Большинство территорий, подвергнувшихся нефтяному загрязнению, нуждаются в проведении рекультивационных работ. Эти работы должны быть научно обоснованными, что обеспечивает качество и стоимость проводимых работ.

Основными факторами отрицательного воздействия нефтяного загрязнения почвы на биологические объекты, которые обычно отмечаются в литературе, являются токсическое действие углеводородов нефти и изменение физико-химических свойств почвы. Влияние нефтяного загрязнения на физикохимические свойства почвы связано, главным образом, с обволакиванием нефтью почвенных частиц в связи, с чем происходит сильное увеличение гидрофобности почвы, она утрачивает способность впитывать и удерживать воду, происходит вытеснение воздуха из почвенных пор, и, в конечном итоге, нарушается водный и воздушный режимы почвы.

В ряде работ показано, что рост гидрофобности и другие изменения физических свойств почвы обусловлены тяжелыми фракциями, а прямой токсической эффект нефтезагрязненной почвы определяется легкими фракциями углеводородов нефти. Легкие фракции сравнительно легко и быстро разрушаются или мигрируют из почвы, и при сильном загрязнении основную роль в негативном влиянии играют трудноразложимые тяжелые фракции.

Кроме того, в нефтезагрязненных почвах уменьшается доступность для растений элементовминерального питания (ЭМП): азота, фосфора, калия, из-за их иммобилизации микроорганизмами под воздействие высокого соотношения углерода/азота, обволакивания нефтью почвенных частиц, которое препятствует миграции подвижных форм ЭМП в раствор, а также вследствие отрицательного влияния нефти на бактерии, участвующих в круговороте азота в почве. Меньшее внимание уделялось исследованию трансбиотического влияния нефтяного загрязнения почв на растения. В условиях пустынь и полупустынь отмечена массовое поражение растений, произрастающих на почвах с битумами нефти, вредителями, вызывающими галлобразование. По данным Е.В. Лебедевой в почве под влиянием выбросов нефтехимического завода зарегистрировано повышение численности фитопатогенных микромицетов. При нефтяном загрязнении отмечается увеличение количества почвенных грибов, продуцирующих токсины, которые угнетают и вызывают гибель растений.

Как правило, к угнетению и гибели растений приводят даже невысокие концентрации нефти и нефтепродуктов в почве. По некоторым данным полная гибель травянистых растений происходит при объеме утечки 1,1 л/м2, то есть содержании 0,5% нефти в 15 см слое почвы, а прекращение роста растений наблюдается в обычно при содержании в почве 3500 мг нефти на кг почвы, что составляет 0,35%. Другой особенностью действия нефтяного загрязнения почвы на растения является его очень большая длительность, из-за медленного самоочищения загрязненных почв. По литературным данным, полученным в разных климатических условиях, период восстановление растительности на почвах при их сильной степени может составлять до 10-20 лет и более.

Т. Савкина с соавторами выделили следующие степени влияния нефти на урожайность растений в зависимости от ее концентрации в почве: I. Не большое повреждение почвы при дозе нефти в 0,1-0,25 кг/м2 земли, снижение урожая в течение двух лет, при этом оно не превышает 25%. Среднее повреждение 0,25-0,5 кг/м2- вызывает исключение почвы из производственного цикла до одного года, снижение урожая примерно на 50% продолжается в течение следующих пяти-шести лет. Полного восстановления почва достигает, по всей вероятности, через десять-двенадцать лет. Сильное повреждение 0,5-1,0 кг/м2 исключение почвы из производственного цикла до трех лет. Полного восстановления почва достигает по всей вероятности через пятнадцать лет. IV. Очень сильное повреждение - более чем 1,0 кг/м2 земли, полное исключение почвы из производственного цикла до пяти-десяти лет, в зависимости от количества нефти содержащейся в почве.

Однако существуют экосистемы, где нефтяное загрязнение оказывает слабое негативное воздействие или влияет даже положительным образом на растения. В условиях пустынь и полупустынь на богатых битумами почвах, находящихся над зонами глубинных разломов нефтеносных территорий, часто отмечается стимулирование растений. Они имеют ярко-зеленый цвет в течение всего вегетативного сезона, в то время как вне этих зон растительный покров выгорает к началу июня, высота растений в 2-3 раза выше, чем на незагрязненных участках, соответственно выше и продуктивность растительных сообществ.

В условиях пустыни Кувейта ряд видов растений были устойчивы к почвенному загрязнению сырой нефтью в дозе до 10%. Предлагается даже использовать нефть, нефтепродукты (мазут, битумные смеси и др.), шламовые отходы в качестве противоэрозионных средств для закрепления песков и для улучшения их зарастания растениями в зоне пустынь и полупустынь. Слабо реагирует на загрязнение нефтью гидрофитная и водная растительность. Многие водные и гидрофитные видов растений устойчивы к влиянию нефти до концентрации 10 г/л воды, при этом нефть в концентрации 1 г/л обладает стимулирующим эффектом (Морозов, Петров, 1972). Нефть оказывает относительно слабое и кратковременное действие в естественных и лабораторных условиях на обычные для заболачиваемой зоны морских прибрежий (маршей) виды растений Spartina alterniflora и S.patens даже в высоких дозах, до 8-32 л/м2.

Нужно заметить, что нефть не редко оказывает также стимулирующее действие на растения и не только в пустынных, водных и болотных биоценозах. В экспериментах И.И. Шиловой при внесении в почву нефти в дозе 2,4 л/м2 всходили и росли только единичные растения овсяницы луговой и костра безостого, но при этом наблюдалось увеличение их массы в десятки раз, по сравнению с массой отдельного растения, выращенного на не загрязненной почве. К стимулирующему действию нефти на растения также можно отнести повторное цветение у видов, нормально цветущих один раз в сезон. Предполагается, что здесь могут иметь место следующие факторы: действие стимуляторов роста растений, содержащихся в нефтях; улучшение питания растений за счет разложения нефтяных органических веществ; уменьшение конкуренции между растениями из-за изреживания травостоя под воздействием нефти.

В целом на нефтезагрязненых почвах у растений отмечаются следующие физиономические и фенологические отклонения от нормы: 1) появление гигантских и карликовых форм; 2) нарушение нормальных пропорций во внешнем облике растений; 3) возникновение наростов, наплывов, утолщений, придающих отдельным экземплярам уродливый облик; 4) нарушение нормального ритма развития (повторное цветение видов, нормально цветущих один раз в сезон); 5) сильная поврежденность растений вредителями. На клеточном и физиологическом уровне воздействие углеводородов нефти на растения проявляется в нарушении структуры хлоропластов и фотосинтеза. Углеводороды повреждаютмембраны хлоропластов, митохондрий, мембраны клеток корня. Растения, растущие при нефтяном загрязнении почвы, содержат значительно большее количество веществ со стресспротективными свойствами - антоцианов, аскорбиновой кислоты, рибофлавина, чем без загрязнения.

Устойчивость растений к нефтяному загрязнению сильно зависит от их стадии развития и их биомассы. Так, негативное влияние нефти на подрост сосны высотой до 75 см проявляется при дозе 5 л/м2, а высотой 110-130 см - при дозе 10 л/м2. Наиболее чувствительны к токсическому воздействию нефтепродуктов растения, находящиеся на ранних стадиях развития, а устойчивы многолетние взрослые растения, так как у них происходит отрастание новых органов из спящих почек, после гибели части растений после загрязнения. Поэтому нефтезагрязненные участки заселяют, прежде всего, виды растений способные к вегетативному размножению, при котором образуются уже вполне развитые растения мало чувствительные к нефти в почве (Назаров и др., 2000). Это доказывает и то, что большинство видов растений, которые указываются как наиболее толерантные к нефтяному загрязнению.

1.4 Меры и этапы по рекультивации нефтезагрязненных почв

Этапы рекультивации нефтезагрязненных земель

Согласно ГОСТ 17.5.3.04-83 рекультивация нефтезагрязненных земель включает в себя ряд мероприятий, которые направлены на восстановление плодородности почвы, подвергшейся различным видам загрязнений. А также на улучшение условий окружающей среды.

Вышеуказанным Госстандартом утверждены и требования к мероприятиям по охране окружающей среды, предпринимаемым при рекультивации, поражённых нефтью и нефтепродуктами земель. Сюда относится:

- ускорение химического разложения (деградации) нефтяных продуктов;

- ликвидация излишков натрия и солей из почв.

Задачи по восстановлению земель от химического воздействия нефтесодержащих продуктов включают:

- удаление нефтяных разливов из структуры почв;

- техническая рекультивация;

- биологическая рекультивация.

Рекультивация осуществляется в несколько этапов. Каждый из них должен производиться в соответствии со строго определёнными сроками, оговорёнными в проектной части. Необходимые этапы рекультивации и сроки их выполнения зависят от нескольких факторов: уровень поражения, давность разлива, условия погоды конкретной местности и состояние её почв. А также в соответствии с геохимическими и ландшафтными характеристиками и состояние биоценоза.

Загрязнения условно делятся на две разновидности, в зависимости от их уровня:

- умеренный: для устранения загрязнения в большинстве случаев достаточно активизировать процесс самоочищения почв путём внесения в их состав удобрений, биопрепаратов, специальных абсорбентов и обработки поверхности рыхлением или другим техническим приёмом;

- высокий: такие загрязнения требуют задействования специальных мер, включающих в себя создание аэробных условий и активацию процессов, окисляющих углеводородные вещества.

Если рекультивация земельных участков производится с целью выращивания на них в будущем сельхоз культур, то после завершения восстановительных работ необходимо проведение анализов агрохимической и санитарно-эпидемиологической службами на выявление остатков нефтепродуктов. Только в случае отсутствия каких-либо нефтяных примесей, угрожающих здоровью людей и животных, разрешается посев и выращивание сельскохозяйственных культур.

В противном случае, на поражённых землях сажаются деревья не только с целью увеличения лесных территорий, но и для улучшения условий окружающей среды и защиты почвы от коррозии. В некоторых случаях на местах разлива создаются заповедники и рекреационные зоны.

Создание рекреационных зон, в свою очередь, включает в себя:

- преобразование рельефа (вертикальное планирование);

- сохранение существовавших или полученных рельефных форм вследствие проделанных работ (рельефная поверхность должна по максимуму обеспечивать эффективность дальнейшего использования земельного участка в сельхоз или других целях).После окончания работ, ландшафт повреждённых и расположенных вблизи земельных участков должен отвечать требованиям экологической сбалансированности и устойчивости. нефтяной загрязнение рекультивация почва



2. Факторы влияющие на тяжесть загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами

Загрязнение нефтепродуктами создает новую экологическую обстановку, что приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов или их полной трансформации. Общая особенность всех нефтезагрязненных почв - изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной мезо- и микрофауны и микрофлоры). Типы ответных реакций разных групп педобионтов на загрязнение неоднозначны:

Происходит массовая гибель почвенной мезофауны: через три дня после аварии большинство видов почвенных животных полностью исчезает или составляет не более 1% контроля. Наиболее токсичными для них оказываются легкие фракции нефти.

Комплекс почвенных микроорганизмов после кратковременного ингибирования отвечает на загрязнение нефтепродуктами повышением валовой численности и усилением активности. Прежде всего это относится к углеводородокисляющим бактериям, количество которых резко возрастает относительно незагрязненных почв. Развиваются “специализированные “ группы, участвующие на разных этапах в утилизации УВ.

Максимум численности микроорганизмов соответствует горизонтам ферментации и снижается в них по профилю почв по мере уменьшения концентраций УВ. Основной “ взрыв “ микробиологической активности падает на второй этап естественной деградации нефти.

В процессе разложения нефтепродуктов в почвах общее количество микроорганизмов приближается к фоновым значениям, но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах (южная тайга 10 - 20 лет).

Изменение экологической обстановки приводит к подавлению фотосинтезирующей активности растительных организмов. Прежде всего это сказывается на развитии почвенных водорослей: от их частичного угнетения и замены одних групп другими до выпадения отдельных групп или полной гибели всей альгофлоры. Особенно значительно ингибирует развитие водорослей сырая нефть и минеральные воды.

Изменяются фотосинтезирующие функции высших растений, в частности злаков. Эксперименты показали, что в условиях южной тайги при высоких дозах загрязнения - более 20 л/м2 растения и через год не могут нормально развиваться на загрязненных почвах.

Исследования показали, что в загрязненный почвах снижается активность большинства почвенных ферментов. При любом уровне загрязнения ингибируются гидролазы, протеазы, нитратредуктазы, дегидрогеназы почв, несколько повышается уреазная и каталазная активности почв.

Дыхание почв также чутко реагирует на загрязнение нефтепродуктами. В первый период, когда микрофлора подавлена большим количеством УВ, интенсивность дыхания снижается, с увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания возрастает.

Итак, процессы естественной регенерации биогеоценозов на загрязненных территориях идут медленно, причем темпы становления различных ярусов экосистем различны. Сапрофитный комплекс животных формируется значительно медленнее, чем микрофлора и растительный покров. Пионерами зарастания нарушенных почв часто являются водоросли.

Основные проблемы, возникающие при данном способе очистки воды, связаны с технологией применения микроорганизмов, в которой должны учитываться климат, сезонные изменения температуры, наличие достаточного количества питательных веществ и т.д. Кроме перечисленных проблем, для очистки почвы характерна также проблема распространения в объеме микроорганизмов, утилизирующих нефтепродукты, так как в этом случае отсутствует перемешивание.

Несмотря на перечисленные выше проблемы, в мире существуют не только технологии, находящиеся в стадии разработки, но и технологии, которые уже готовы к внедрению.

2.1 Загрязнения сельского хозяйства разливами нефти

Появление около 35% углеводородов нефти в морских акваториях в начале 70-х было вызвано разливами и сбросами при транспортировке нефти морем. Разливы при транспортировке и выгрузке составляют менее 35% от всеобщих размеров и сбросов нефти на почву и в чистую воду окружающей среды. Данные конца 70-х показывают, что эта цифра возросла до 45% в морских акваториях. В городских районах разливы и выбросы нефти могут составить 10% или немногим меньше. Для сравнения большинство разливов нефти в прибрежных или материковых частях происходит при транспортировке.

Сбросы нефти в воду быстро покрывают большие площади при этом толщина загрязнения также бывает разной. Холодная погода и вода замедляют растекание нефти по поверхности, поэтому данное количество нефти покрывает большие участки летом, чем зимой. Толщина разлитой нефти больше в тех местах, где она собирается вдоль береговой линии. Движение нефтяного разлива зависит от ветра, течения и приливов. Некоторые виды нефти опускаются (тонут) и движутся под толщей воды или вдоль поверхности в зависимости от течения и приливов.

Сырая нефть и продукты переработки начинают менять состав в зависимости от температуры воздуха, воды и света. Компоненты с низким молекулярным весом легко испаряются. Количество испарений колеблется от 10% при разливах тяжелых типов нефти и нефтепродуктов (№ 6 топочный мазут) до 75% -- при разливах легких типов нефти и нефтепродуктов (№ 2 топочный мазут, бензин). Некоторые компоненты с низким молекулярным весом могут растворяться в воде. Менее 5% сырой нефти и нефтепродуктов растворяются в воде. Этот «атмосферный» процесс способствует тому, что оставшаяся нефть становится более плотной и неспособной плыть по поверхности воды.

Нефть под влиянием солнечных лучей окисляется. Тонкая пленка нефти и нефтяной эмульсии легче окисляется в воде, чем более толстый слой нефти. Нефть с высоким содержанием металла или низким содержанием серы окисляется быстрее, чем нефть с низким содержанием металла или высоким содержанием серы. Колебания воды и течения смешивают нефть с водой в результате чего получается либо нефте-водяная эмульсия (смесь из нефти и воды), которая со временем растворится, либо водонефтяная эмульсия, которая не будет растворяться. Водонефтяная эмульсия содержит от 10% до 80% воды; 50-80 процентные эмульсии часто называют «шоколадным муссом» из-за плотного, вязкого вида и шоколадного цвета. «Мусс» распространяется очень медленно и может оставаться на воде или берегу без изменения в течение многих месяцев.

Движение нефти с поверхности воды в процессе растворения и превращения в эмульсию доставляют молекулы и частицы нефти к живым организмам. Микробы (бактерии, дрожжи, нитевидные грибки) в воде меняют состав нефти на мелкие и простые по структуре углеводороды и неуглеводороды. Частички нефти в свою очередь прилипают к частичкам в воде (обломкам, тине, микробам, фитопланктону) и оседают на дне, где микробы меняют легкие и простые по структуре компоненты. Тяжелые компоненты более устойчивы к микробному воздействию и в итоге оседают на дне. Эффективность воздействия микробов зависит от температуры воды, водородного показателя, процентного содержания соли, наличия кислорода, состава нефти, питательных веществ в воде и микробов. Таким образом, микробиологическое ухудшение наиболее часто возникает в случае уменьшения кислорода, питательных веществ и повышения температуры воды.

Микробы, оказавшиеся под воздействием нефти, размножаются в морских организмах и быстро реагируют на большие выбросы нефти. От 40% до 80% разлитой сырой нефти подвергаются воздействию микробов.

Разные организмы притягивают нефть. Фильтрующий зоопланктон, двустворчатый моллюск поглощают частички нефти. Хотя моллюски и большинство зоопланктона не способны переварить нефть они могут переносить ее и являются временным хранилищем. Рыба, млекопитающие, птицы и некоторые беспозвоночные (ракообразные, многие червеобразные) переваривают определенное количество углеводородов нефти, которые они заглатывают во время питания, очищения, дыхания.

Время нахождения нефти в воде обычно составляет менее 6 месяцев, если, разлив нефти не произошел накануне или непосредственно зимой в северных широтах. Нефть может попасть в ледовую ловушку до наступления весны, когда начнет подвергаться воздействию воздуха, ветра, солнечных лучей и усиленному воздействию микробов, сопровождающихся повышением температуры воды. Время нахождения нефти в прибрежных отложениях, либо уже подверженных атмосферному влиянию в качестве водонефтяной эмульсии определяется характеристиками отложений и конфигурацией береговой линии. Период сохранения нефти в прибрежной окружающей среде варьируется от нескольких дней на скалах до более чем 10 лет в укрытых от приливо-отливов и сырых участках.

Нефть, удерживаемая в отложениях и на берегу, может быть источником загрязнения прибрежных вод.

Периодические штормы часто поднимают огромное количество осевшей нефти и уносят их в море. В местах с холодным климатом из-за льдов, медленного движения волн, меньшей химической и биологической активности нефть остается в отложениях или на берегу на долгий период времени, чем в местах с умеренным или тропическим климатом. В холодном климате укрытые от приливо-отливов и сырые участки, способны удерживать нефть неограниченное время. Некоторые отложения или сырые почвы содержат недостаточное количество кислорода для разложения; нефть разлагается без воздуха, но этот процесс идет медленнее.

У разлитой на земле нефти нет времени подвергнуться воздействию погоды прежде, чем она попадет в почву. Разливы нефти на небольшую водную поверхность (озера, ручьи) обычно несильно подвергаются погодному влиянию пока не достигнут берега, чем разливы нефти в океане. Разница в скорости течения, пористости почвы, растительности, направлении ветра и волн влияют на временной период сохранения нефти у береговой линии.

Нефть, разлитая непосредственно на земле, испаряется, подвергается окислению и воздействию микробов. При пористой почве и низком уровне грунтовых вод нефть, разлитая на земле, может загрязнять грунтовые воды.

2.2 Ответственность за разливы нефти

Ответственность за разливы нефти -- сложный и затруднительный процесс, особенно при больших разливах. Степень ответственности определяется размерами и местом разлива.

Разлив величиной 1.000 галлонов в порту или заповедном участке привлечет большее внимание, чем такое же количество нефти, разлитой в 200 милях от берега в Атлантическом океане. Опасные вещества разлитые в океане, в непосредственной близости от берега и основные водные маршруты материковой части США находятся под охраной Береговой службы США (CG). Все остальные разливы на территории страны находятся под охраной Агентства по защите окружающей среды (ЕРА). Государственные и региональные команды, представляющие соответствующие агентства, координируют работу, связанную с основными разливами нефти.

Виновные в разливе нефти могут нести ответственность за очистку или же предложить GC и ЕРА взять ответственность на себя. Эти службы могут осуществлять контроль за очисткой, если усилия виновных в разливе недостаточны. Действительная очистка разлива нефти может осуществляться теми, кто совершил, разлив нефти, частными подрядчиками или кооперативами, которых спонсируют частные предприниматели. К ликвидации небольших разливов нефти на суше часто привлекаются местные пожарные бригады. Методы по защите или очистке участков, пострадавших от разливов нефти, бывают различными.

Среда и обстоятельства разливов определяют методы очистки от нефти с целью сократить вредное воздействие на экологию. Американский институт нефти (API) дает прекрасные рекомендации для выбора методов очистки нефтяных разливов и уникальные характеристики морской среды (API, публикация № 4435). Большинство методов, использующихся для борьбы с разливами нефти и защиты окружающей среды на море, применяются и для очистки пресноводной окружающей среды. Исключения составляют методы, включающие химические вещества (дисперсанты, абсорбенты, желагирующие агенты), разработанные для использования в соленой воде. Только химические вещества, одобренные ЕРА могут использоваться для очистки разливов нефти.

Государственные и местные органы должны разработать планы возможных разливов нефти, согласно которым определяются первостепенные зоны по защите и очистке; ставятся задачи, которые нужно выполнять и назначаются ответственные за их выполнение. Обычно к работе подключают ученых-биологов местного и федерального уровней, ответственных за природные ресурсы, юристов, подрядчиков по очистке, специально обученных специалистов по реабилитации животных и местных официальных лиц. Кроме того, крупные разливы привлекают внимание добровольных помощников, представителей СМИ и наблюдателей.

Хотя не бывает двух одинаковых разливов нефти исторические события знакомят читателя с типичными проблемами, с которыми сталкивались, и их биологическим влиянием. Акцент каждого случая зависит от специальности автора (т.е. случаи, описанные биологами, имеют больше деталей, связанных с биологией).

Организация, по чьей вине произошел разлив нефти, несет ответственность за последствия. Акт «О всеобщей ответственности за защиту окружающей среды и компенсации в случае нанесения ущерба», принятый 1980г. (CERCLA), с дополнениями, внесенными в 1986г., обеспечивает меры по оздоровлению, очистке, возмещению ущерба природным ресурсам, которые осуществляются федеральными, региональными, местными или зарубежными правительствами, или племенами индейцев. К природным ресурсам относятся: земля, воздух, вода, подземные воды, питьевая вода, рыба, животные и другие представители фауны и флоры. Последние правила по оценке ущерба, нанесенного природным ресурсам опубликованы в Федеральном сборнике (FR) публикация 51 FR 27673 (Тип В правил) и 52 FR 9042 (Тип А правил) и систематизировано в 43 CFR часть 11.



3. Методы охраны почв от нефтяного загрязнения

Нефтяное загрязнение, как по масштабам, так и по токсичности представляет собой общепланетарную опасность. Нефть и нефтепродукты вызывают отравление, гибель организмов и деградацию почв. Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения длительный процесс, особенно в условиях, где долгое время сохраняется пониженный температурный режим. Поэтому исключительную актуальность приобретает проблема рекультивации нефтезагрязненных почв.

Решение проблемы очистки почвенного покрова от загрязнений нефтью, разработка новых и совершенствование существующих технологий восстановления нефтезагрязненных земель относится к числу приоритетных.

Современные темпы развития нефтедобычи и нефтепереработки требуют эффективных методов, позволяющих в короткие сроки нейтрализовать последствия воздействия на почву и водоемы нефти и нефтепродуктов. Выбор способов очистки грунтов определяется многими факторами, важнейшими из которых является характер загрязнения земель и нормативные требования к их качеству. В промышленно развитых странах используются два подхода к решению проблемы очистки.

Первый способ, так называемый функциональный, заключается в очистке почв до нормативных показателей содержания загрязняющих веществ и обеспечивающий в дальнейшем любое использование очищенной территории. Второй - селективный, при котором степень очистки определяется нормативными требованиями в соответствии с целями дальнейшего землепользования.

Известным способом очистки от нефтезагрязнений является рекультивации земель - рыхление почв для увеличения проникновения кислорода и развития окислительно-восстановительных реакций, внесение органических и минеральных удобрений и посев трав с целью интенсификации природных процессов биохимического очищения.

В настоящее время во всем мире широко используются следующие технологии для локальной очистки сильнозагрязненных почв:

Утилизация отходов сжиганием

Одним из методов удаления нефтяных загрязнений из почвы на месте является их уничтожение путем сжигания. Избыток нефтепродуктов предварительно собирается любым подходящим образом. Этот способ имеет множество отрицательных сторон. При его осуществлении происходит вторичное загрязнение окружающей среды за счет образования продуктов неполного сгорания углеводородов. Наблюдается также выгорание растений, семян, органических составляющих почвы и нарушение биоценоза в целом, поэтому этот метод применим лишь в случае возникновения критической аварийной ситуации, при больших разливах нефтепродуктов, когда создается угроза источникам питьевого водоснабжения и близко расположенным грунтовым водам. Очистка ультразвуком

Ультразвук эффективен для очистки грунта от нефтепродуктов. Начиная с критического значения звукового давления акустических волн, в жидкости возникает кавитация. При схлопывании кавитационных полостей образующиеся микроструи с линейными скоростями 300-800 м/с срывают с поверхности твердых частиц нефтяные загрязнения. Эффективность очистки может достигать 99,5-99,8%. При кавитационных разрывах жидкости происходит ионизация и активация молекул, стимулирующие окисление и полимеризацию углеводородных молекул.

Захоронение отходов на полигонах

Традиционным является выемка, вывоз и захоронение загрязненных земель в строго отведенных для этого местах - полигонах. Этот метод дешевый, но представляется не самым лучшим с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку загрязненные нефтью грунты способны сохраняться сотни лет без изменения, являясь потенциальным источником опасности загрязнения. При создании полигонов следует уделять внимание полной и надежной их изоляции от всех компонентов природной среды.

Физико-химический способ очистки грунта

К физико-химическим способам очистки грунтов относятся обработка их в устройствах различного типа подогретыми водными растворами в присутствии поверхностно-активных веществ или других химических реагентов; экстракция нефтепродуктов из почв различными растворителями, в том числе, вакуумная экстракция и др., к их числу можно отнести также известкование загрязненных нефтью грунтов - обработку грунта негашеной известью в количестве 0,5-5% от массы разлитого нефтепродукта, в результате чего образуется твердый продукт, прочно удерживающий нефтепродукты в виде комплексных соединений.

Электрохимическая обработка загрязненных земель

Методом очистки грунта, не требующим выемки, является электрохимическая обработка. При электрохимическом методе в загрязненную почву погружаются электроды, к которым подводится постоянный электрический ток. Метод основан на том, что большинство почв содержит в порах между частицами то или иное количество водных растворов солей и поэтому обладает электропроводностью. Многие загрязняющие вещества растворяются в почвенной воде и под воздействием электрического поля перемещаются к электродам, осаждаются на них и затем извлекаются. В зависимости от свойств почвы перемещение загрязняющих веществ может происходить вследствие миграции или электроосмоса, или по обоим механизмам одновременно. Основным преимуществом электрохимического метода очистки является его применение для малопроницаемых (глинистых) почв и возможность извлечения самых разнообразных загрязнителей, включая металлы и органические соединения.

Биовентиляция

В США самым распространенным методом очистки загрязненных почв и грунтовых вод является биовентиляция. Сущность его заключается в том, что в загрязненную зону через специальные вертикальные или горизонтальные скважины нагнетается воздух в количестве, достаточном для снабжения кислородом почвенных бактерий, разлагающих органические соединения до СО2 и воды. Под действием потока воздуха жидкие загрязнения вместе с потоком воздуха транспортируются через почву. К моменту достижения ими поверхности большая часть загрязнений успевает разложиться под действием бактерий. Тем самым значительно снижается загрязненность отходящих газов и уменьшаются затраты на его очистку.

Биотехнологический способ очистки грунта

В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв, как в экономическом, так и в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеградации компонентов нефтей и нефтепродуктов. Способность утилизировать трудноразлагаемые вещества антропогенного происхождения (ксенобиотики) обнаружена у многих организмов. Это свойство обеспечивается наличием у микроорганизмов специфических ферментных систем, осуществляющих катаболизм таких соединений. Поскольку микроорганизмы имеют сравнительно высокий потенциал разрушения ксенобиотиков, проявляют способность к быстрой метаболической перестройке и обмену генетическим материалом, им придается большое значение при разработке путей биоремедиации загрязненных объектов.

Под термином «биоремедиация» принято понимать применение технологий и устройств, предназначенных для биологической очистки почв, т.е. для удаления из почвы уже находящихся в ней загрязнителей.

Биоремедиация включает в себя два основных подхода:

1. биостимуляция - активизация деградирующей способности аборигенной микрофлоры внесением биогенных элементов, кислорода, различных субстратов;

2. биодополнение - интродукция природных и генноинженерных штаммов-деструкторов чужеродных соединений.

При этом обеспечивается преимущественный и избирательный рост тех микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель. «Активизированную» микрофлору вносят в загрязненный объект одновременно с необходимыми добавками, повышающими эффективность утилизации загрязнителя.

Существующие два пути интенсификации биодеградации ксенобиотиков в окружающей среде - стимуляция естественной микрофлоры и интродукция активных штаммов не только не противоречат, но и дополняют друг друга.

Восстановление жизненных процессов зависит от способностей почвы и воды перерабатывать органику (к каковой относятся углеводороды нефти) в безвредные для окружающей среды легкоусвояемые продукты метаболизма. Так как нефть и ее продукты, являясь тяжелыми, трудно-окисляемыми, и токсичными веществами, серьезно подавляют самоочистительные способности почвы и воды и места нефтяных разливов на многие годы остаются участками безжизненной суши или мертвыми водоемами. И все же, процессы разрушения и разложения нефтяных загрязнителей в природе идут в основном за счет содержащихся в почве и воде микроорганизмов, обладающих способностью извлекать из углеводородов энергию, необходимую для строительства новых колоний и их жизнедеятельности.

Природа создала мудрую экологическую систему, настроенную на самоочищение, которая, однако, не в состоянии противостоять темпам и масштабам интенсивного техногенного загрязнения. Естественные концентрации полезных микроорганизмов в природе не могут быстро переработать масштабные и глубокие загрязнения. Учитывая это, человечество должно минимизировать воздействие техногенного характера на окружающую среду для сохранения достойной среды обитания для будущих поколений.



Заключение

Развитие нефте- и газоперерабатывающей промышленности, и переработки углеводородного сырья также негативно сказывается на экологическую ситуацию. Определенную экологическую опасность представляют продуктопроводы, особенно в местах их переходов через водные объекты.

В современном мире невозможно найти достаточно густо населенный регион с развитой промышленностью и сельским хозяйством, перед которым не стояла бы проблема загрязнения окружающей среды.

Основными загрязняющими факторами являются: выбросы в атмосферу газообразных и твердых веществ, сброс загрязненных сточных вод в водоемы, непродуманное и нерациональное использование удобрений и пестицидов, несоблюдение норм их хранения, чрезмерная распашка земель, захламление их свалками бытового мусора и отходами производства.

Деятельность человека до начала интенсивного развития промышленности отрицательно влияла на отдельные экосистемы. Вырубка лесов и возведение на их месте поселков и городов приводили к деградации земель, уменьшали их плодородие, превращали пастбища в пустыни, вызывали и другие последствия, но все же не затрагивали всей биосферы, не нарушали существовавшего в ней равновесия. С развитием промышленности, транспорта, с увеличением численности населения на планете деятельность человека превратилась в мощную силу, изменяющую всю биосферу Земли. Загрязнение природной среды промышленными и бытовыми отходами является одним из главных факторов, влияющих на состояние экологических систем Земли.

Загрязняющие вещества изменяют состав воды, воздуха и почвы, что является причиной возникновения многих глобальных экологических проблем, таких как изменение климата, появление кислотных осадков, сокращение численности многих видов растений и животных, нехватки чистой пресной воды и других.

В настоящее время практически все сферы деятельности человека, связанные с обеспечением его материальными благами и энергоресурсами, вызывают изменение природной среды, а значит - во многих случаях экологически неблагоприятны.

Размещено на Allbest.ru

...