Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Подождите немного. Документ загружается.

Техногенное не фтезагрязнение почв территории Российской Федерации

Механическое рассеяние углеводородов водными потоками происходит в двух

направлениях – латеральном (плоскостной сток) и вертикальном. Обычно

механическое рассеяние углеводородов в почвах приводит к вторичному загрязнению

подземных и поверхностных вод.

На потенциальную способность почв к механическому рассеянию углеводородов

влияют две разнонаправленные группы факторов: способность почв к аккумуляции

углеводородов и закреплению их в почвенном профиле и условия, способствующие

выносу углеводородов за пределы почвенного профиля. Разность индексов этих

факторов определяет относительную способность почв к механическому рассеянию

нефтяных загрязнений.

Закреплению углеводородов в почвенном профиле способствуют в основном

сорбционные и механические барьеры – органогенные (0 и А) и гумусовые (А)

горизонты почв. Количество аккумулированных углеводородов находится в прямой

зависимости от мощности этих горизонтов.

Главные механические барьеры – постоянно мерзлые слои. По этим признакам

почвы и грунты России территориально разделены на три группы:

с сплошным постоянным слоем мерзлоты до глубины 100 см;

с прерывистым мерзлым слоем;

с отсутствием постоянного мерзлого слоя.

Общим критерием территориального разделения почв по способности к

аккумуляции углеводородов является сочетание сорбционных барьеров и постоянного

мерзлого слоя.

Потенциальная способность почв к выносу углеводородов за пределы почвенного

профиля определяется годовым количеством осадков и водным режимом почв и

грунтов.

В почвах с непромывным водным режимом вся свободная влага задерживается

внутри профиля. Промывной режим почв способствует сквозной вертикальной

миграции углеводородов через почвенный профиль в нижележащие породы и

грунтовые воды. При водозастойном режиме дождевые осадки разносят углеводороды

по поверхности почв, загрязняя поверхностные воды и донные отложения. Почвы с

пульсационным и периодически непромывным водным режимом определяют

умеренный механический вынос углеводородов.

Критерием территориального разделения почв по условиям механического

рассеяния углеводородов служит разность величин индексов аккумуляции и

механического рассеяния. Преобладание аккумуляции означает слабое рассеяние,

превышение рассеяния над аккумуляцией – сильное рассеяние, равенство индексов –

умеренное рассеяние.

Суммируя выше сказанное, потенциал самоочищения почв России выражается

сочетанием двух обобщающих характеристик: скорости физико-химической

деградации и интенсивности механического рассеяния углеводородов. На их

основании выделяются следующие ареалы почв и грунтов от нефтезагрязнений (рис.

4 «Способности почв к самоочищению от углеводородов»):

1) Почвы с самым низким потенциалом самоочищения (низкая скорость

деградации и слабое рассеяние углеводородов) распространены на Крайнем

Севере азиатской части России (полуострова Ямал, Тазовский, Гыданский;

Северо-Сибирская, Яно-Индигирская и Колымская низменности). Это в

основном арктические, арктотундровые, тундровые глеевые и тундрово-

Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродукт ами

Рис. 4. Способность почв к самоочищению от углеводородов

Техногенное не фтезагрязнение почв территории Российской Федерации

болотные, болотные торфяные почвы равнинных территорий, находящиеся в

зоне холодного и очень холодного тепловых режимов. Сюда же отно сят ся

аллювиальные почвы низовьев сибирских рек.

2) Почвы с низкой скоростью разложения углеводородов, но с умеренным и

сильным их рассеянием занимают: север европейской территории России

(Кольский полуост ров); о. Новая Земля; Тиманский кряж; Мезенскую,

Малоземельскую и Большеземельскую тундру; Полярный и Северный Урал);

большую часть Западно-Сибирской низменности между Уралом и Енисеем; все

Средне-Сибирское плоскогорье между Енисеем и Леной, включая Прибайкалье

и Присаянье; северо-восток России; большую часть Камча тки и севера Сахалина.

Состав почв и грунтов равнинных и горных территорий очень разнообразен.

На европейской территории России, в Западной Сибири и на северо-восток е

страны это тундровые иллювиа льно-подзолистые, тундровые бол отные,

болотные торфяные, глееподзолистые почвы и грунты на равнинах – тундровые

примитивные почвы (Урал, плато Путорана на Таймыре). В Средней Сибири

эту группу составляют в основном таежные мерзлотные и глеево-мерзлотные

почвы, а в Прибайкалье и Присаянье в эту зону входят дерново-подзолистые,

дерново-карбонатные и дерново-таежные почвы.

3) Почвы с умеренной скоростью разложения угл еводородов и сильным их

рассеянием вст речаются отдельными массивами на Восточно-Европейской

равнине и юге Западной Сибири. Это в основном песчаные почвы с промывным

водным режимом (вертикальное рассеяние) и болотные – с водозастойным

(латеральное рассеяние).

4) Почвы с высокой скоростью разложения, но умеренным рассеянием

углеводородов, занимают в основном полупустынные районы Прикаспийской

низменности, Нижнего Поволжья, Калмыкии. Они представлены главным

образом солонцами, бурыми пустынно-степными (в том числе солонцеватыми),

светло-каштановыми, кашт ановыми и темно-каштановыми солонцеватыми

почвами. Отдельные массивы почв с таким потенциалом с амоочищения

встречают ся в юго-во сточном Зауралье, на Алтае, в Саянах, Забайкалье и

Приамурье.

5) Почвы с наиболее высоким потенциалом самоочищения от угл еводородов

(высокой скоро стью разложения и сильным рассеянием углеводородов)

занимают почти всю европейскую часть России (за исключением Крайнего

Севера, полупустынь Нижнего Поволжья и Калмыкии), горные и предгорные

территории Алтая, Западных Саян, Забайкалья, Приморья, Южного Сахалина.

Сюда входят: боровые пески, подзолистые, серые лесные почвы, разные типы

черноземов, аллювиальные почвы на равнинах, буроземы, подбуры, дерново-

таежные, буро-таежные, дерново-подзолистые – в горах и предгорьях.

Столь широкий диапазон типов почв, принадлежащих к различным ареа лам,

оцененных как имеющих наиболее высокий потенциал самоочищения, объясняется

рядом причин. Территории, попадающие в ареал 5, характеризуются благ оприятными

условиями для окисления углеводородов. Период наиболее высокой биологической

активности длится от 4 до 6 ме сяцев, суммы температур выше 10 °С больше 1500,

а окислительно-восстановительный потенциал почв – окислительный и окислительно-

восстановительный. Эти же территории характеризуются весьма благоприятными

Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродукт ами

условиями и для рассеяния углево дородов. Это му способствует отсутствие посто янно-

мерзлого слоя, небольшая мощность органогенного и гумусовог о горизонт ов (меньше

30–40 см), преимуще ственно промывной режим почв и высокое среднегодовое

количество осадков (больше 300 мм, а на большей части территорий больше 500 мм).

Почвы с одними менее благоприятными факторами разложения или расс еяния

углев одородов реализуют свой потенциал самоочищения другими ко мпенсирующими

факторами.

Почвы горных территорий в большинстве районов характеризуются высокими

способностями к рассеянию углеводородов, за исключением болотно-торфяных почв

в межгорных котловинах. К наиболее благоприятным районам для реа лизации

потенциала самоочищения относятся горные и предгорные территории Алт ая,

Западных Саян, Забайкалья, Приморья, Южного Сахалина.

Следует отметить, что спо собно сть с амоочищения аллювиальных почв от

загрязнения определяется также и климатическими факторами.

Авторами [6] было проведено сравнение потенциальной спо собности к

самоочищению от углеводородов по чвенных покровов разных регионов территории

России. В качестве исходных параметров для такого сравнения выбраны почвенные и

климатические характеристики, так или иначе определяющие условия, которые

благоприятствуют или за трудняют процессы физико-химического и биологического

разложения нефти и продуктов её разложения в почвах и грунтах, а также процессы

механического рассеяния углеводородов из ареалов первоначального загрязнения.

По соотношению этих двух групп факторов на равнинной территории выделяется

6 типов ареалов почвенного покрова, различающихся потенциалом самоочищения от

углеводородов не фти. Для горных районов России выделено 3 аре ала, а для

аллювиальных почв – 4 ареала, различающихся потенциальной способностью почв к

самоочищению. Из выделенных 13 аре алов низким потенциалом разложения

углеводородов обладают 6, умеренным – 3, высоким – 4 ареала. Из тех же 13 типов

ареалов семь обладают высоким потенциалом рассеяния углеводородов, низким и

умеренным потенциалом обладаю т три.

Проце ссы механиче ского рассеяния, снижая концент рацию углеводородов,

создают опасность загрязнения по дземных и поверхностных вод и других компонентов

ландшафта. Поэтому условия для протекания обеих групп процессов (разложения и

расс еяния углеводородов) должны выявляться и показываться раздельно. С этих

позиций необходимо подходить и к нормированию допустимых концентраций нефти

и нефтепродуктов в почвах.

Например, обширная часть территории Европейской России об ладает наиболее

благоприятными среди земель Российской Федерации условиями для разложения и

рассеяния углеводородов. Но при этом порог их допустимых концентраций не долже н

завышаться, так как здесь одновременно существует высокая опасность вторичного

загрязнения водного компонента ландшафта.

Приводимые факторы носят качественный характер. Они указывают лишь на

условия, в которых существуют почвы, и ничего не г о ворят о техногенной нагрузке на

них. Количественно потенциал самоочищения должен быть определен, исходя также

из первоначального уровня загрязнения и состава загрязнителя. Но эти факторы

целесообразно вводить в рассмотрение при средне- и крупномасштабном

районировании отдельных регионов.

Техногенное не фтезагрязнение почв территории Российской Федерации

1.3. ПОТЕНЦИАЛ С АМОО ЧИЩЕНИЯ ЛАНДШАФТ ОВ

ОТ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Способно сть ландшафт а к «самоочищению» от продуктов техногенеза –

геохимиче ская устойчиво сть ландшафт а, определяется следующими группами

факт оров:

1) скоростью разложения продуктов техногенеза в почвах, грунтах и атмосфере;

2) вероятностью осаждения загрязняющих веществ на геохимических барьерах

разного типа;

3) возможностью очистки ландшафтов от продуктов техногенеза путем рассеяния

водными и воздушными потоками.

Распределение этих факторов на земной поверхности диктуется:

• общими зонально-климатическими особенностями распределения тепла и влаги;

•

строением литогенной основы ландшафта;

• интенсивностью поверхностного и подземного стоков.

Ведущим признако м при оценке гео химической устойчивости ландшафта является

сочетание обстановок водной миграции и особенностей биологического круговорота,

определяющее способность ландшафта к самоочищению. Свойства почв контролир ую т

скорость разложения и особенности миграции различных загрязняющих веществ в

ландшафте. Обладая активной микрофлорой и системой химиче ских и физико-

химических равновесий, поч ва определяет особенности трансформации поступающих

в нее загрязняющих веществ и закрепления их в почвенной толще.

Потенциал самоочищения ландшафта может быть определен с помощью матрицы,

где по горизонтали указываются такие параметры, как:

относительная скорость разложения вещества;

режим биологического круговорота;

окислительно-восстановительные условия.

По вертикали:

обстановки водной миграции;

водный режим почв;

сорбирующая способность и механический состав почв.

По чвы, имеющие сходные условия разложения и миграции продук тов техногенеза,

т. е. характеризующиеся одинаковым или близким набором свойств и признаков,

располагаются в одних и тех же клетках матричной легенды и имеют близкий

потенциал самоочищения.

В качестве показателя скорости разложения органических веще ств в почвах

испол ьзуют опадо-подстилочный коэффициент (К

): отношение веса неразложивших ся

органических остатков, накопившихся на поверхности почв в виде подстилки или

торфа, к весу органических остатков, по ступающих ежегодно с опадом на ту же

площадь почв.

Значения К

по почвенно -биоклиматическим об ластям, зонам и провинциям на

территории России убывают с севера на юг в соответствии с ростом

теплообеспеченности почв. Всего на территории России по относительной скорости

разложения и интенсивности биологического круговорота выделено 11 градаций К

I – больше 500 (чрезвычайно застойный); II – 500–200 (застойный), III – 200–150

(сильно заторможенный); IV – 150–100 (заторможенный); V – 100–50 (слабо

Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродукт ами

заторможенный); VI – 50–15 (средний), VII – 15–7 (выше среднего); VIII – 7–2

(интенсивный); IX – 2–1,5 (весьма интенсивный); Х – 1,5–1; XI – менее 1 (чрезвычайно

интенсивный). Предполагает ся, что аналогичным образом будут изменяться в

зональном аспекте (в направлении с севера на юг) скоро сти разложения и

минерализации в почвах загрязняющих органиче ских веще ств и продуктов

техногенных производств.

Очень медленно разлагаются продукты техногенного происхождения в

арктиче ских почвах, а также в тундровых глеевых и тундровых иллювиально-

гумусовых почвах Евразиатской полярной ландшафтной области, где загрязняющие

вещества сохраняются сотни лет (К

= 500–200). Особенно медленное разложение и

длительную (возможно, вековую) консервацию загрязняющих веществ (например,

тяжелых фракций нефти) следует ожидать в болотных почвах (К

> 500), широко

распространенных на промерзающих территориях Западной и Восточной Сибири.

Так, для подзо листых почв средней тайги К

равен 200–150, для дерново-подзо листых

почв южной тайги – 150–50, для серых лесных почв и выщелоченных черноземов

лесостепи – 50–7, для степных черноземов – 7–2. Наиболее высокий темп разложения

техногенных продуктов наблюдается во влажных субтропических лесах Восто чного

Причерноморья (К

< 1).

Большое значение для оценки признаков разложения продуктов техногенеза в

почвах имеет характер миграции веще ств в растворенном со стоянии, который

определяется не только химическим типом почв, но и химизмом природных вод.

Поэтому при оценке потенциала самоочищения ландшафта учитываются обстановки

водной миграции (по А.И. Перельману) и соответствующие им типы водного режима

почв (по А.А. Роде).

Закрепление и миграция поступающих в почву техногенных продуктов в

значительной мере контролируются окислительно-восстановительными условиями,

господствующими в по чвах.

Выделены три основные обстановки водной миграции и разложения продуктов

техногенеза в почвах – окислительная, окислительно-восстановительная и

восстановительная, которые различаются по составу растворенных газов и влияют на

поведение и формы нахождения в почвах техногенных веществ.

Природные воды, отвечающие разным обстановкам водной миграции,

характеризуются вполне определенными химическими свойствами: растворяющей и

окисляющей способностью, возможностью к переносу коллоидов, влиянием на живое

веще ство и т.д. Например, кислая обстановка водной миграции в сочетании с

про мывным типом водног о режима, развитая в почвах лесных и таежных ландшафтов,

спо собствует выщелачиванию подвижных продуктов техногене за (в частно сти,

токсичных тяжелых мета ллов). При этом возможно частичное закрепление

загрязняющих веществ в различных горизонтах почвенного профиля на

биогеохимическом, сорбционном или щелочном барьерах.

С другой стороны, в засоленных почвах аридных ландшафтов с сульфатно-

на триевой обстановкой водной миграции и восстановительными условиями, процессы

десульфуризации способны привести к образованию сероводорода и закреплению в

почвах ряда токсичных веществ (в частности, битуминозных веществ нефти) с

осаждением ряда тяжелых металлов в виде нерастворимых сульфидов.

Механический со став почв, напрямую связанный с их поглотительной

способностью, оценивается через величину емкости поглощения почв, выраженную

в мг-экв на 100 г сухого вещества.

Техногенное не фтезагрязнение почв территории Российской Федерации

Всего выделяется четыре градации сорбирующей способности почв

соответствующего механического состава:

а) «н» – очень низкая (1–10): песчаный и супесчаный, в горных областях –

хрящевато-щебнистый и каменистый;

б) «п» – пониженная и низкая (10–20): супесчаный и легкосуглинистый;

в)

«с» – средняя (20–40): среднесуглинистый;

г )

«в» – высокая и очень высокая (40): тяжелосуглинистый, глинистый, торфянистый.

Предложенный способ анализа ландшафта позволил разделить всю совокупность

исследуемых почв по способности к самоочищению. Выделяется пять градаций

природного потенциала самоочищения почв от органических загрязняющих веществ,

который определяется скоростью разложения и режимом биологического

круговорота: очень низкий; ниже среднего, средний, выше среднего, очень высокий.

По потенциалу самоочищения от минеральных веществ выделено также пять

градаций значений потенциала: низкий, ниже среднего, средний, выше среднего,

очень высокий.

Выше сказанное подтверждается приведенной картой (рис. 5) «Потенциал

самоочистки ландшафтов от минеральных и органических веществ» [12].

Как видно из представленной карты, прослеживаются зональные закономерности

в распределении почв субаэральных ландшафтов. Очень низкий потенциал

самоочищения имеют мерзлотные разности почв арктической и тундровой зон –

арктические, арктотундровые, тундровые глеевые и некоторые другие. На крайнем

северо-западе Евразиатской полярной области и Кольском полуострове потенциал

самоочищения от минеральных веществ повышен. Почвы подзолистого типа

характерные для таежных ландшафтов Европейско-Западно-Сибирской области,

обладают низким и ниже среднего потенциалом самоочищения от органических

веществ, высоким и очень высоким от минеральных.

Близкими значениями потенциала характеризуются таежных ландшафтов

Дальневосточной таежно-лесной области. В таежных ландшафтах Восточной Сибири,

в связи с развитием многолетней мерзлоты и континентальностью климата,

понижаются значения потенциала очищения от минеральных веществ.

Серые лесные почвы и выщелоченные черноземы лесостепной зоны отличаются

сочетанием средних значений потенциалов. Типичные буроземы, лесные и луговые

подбелы хвойно-широколиственных лесов Дальневосточной лесной области обладают

средним значением обоих потенциалов. Максимальные значения обоих потенциалов

свойственны красноземам и желтоземам влажных лесов субтропической влажно-

лесной области.

В супераквальных ландшафтах способность к самоочищению обычно понижена

по сравнению с субаэральными ландшафтами соответствующих зон и подзон.

Наименьшие значения обоих потенциалов характерны, с одной стороны, для

тундрово-болотных, болотно-торфяных, болотно-мерзлотных, болотных перегнойно-

торфянисто-глеевых почв тундровой и таежной зон, с другой – для солонцов,

солончаков и гипсовых солончаковых почв, распространенных в семиаридных и

аридных ландшафтах лесостепной, степной и полупустынной зон.

Почвы горных территорий по особенностям самоочищения от органических

веществ обычно соответствуют своим равнинным аналогам.

Таким образом, наиболее устойчивы к загрязнению ландшафты влажных

субтропиков Восточного Причерноморья. Эти экосистемы являются наиболее энерго-

Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродукт ами

Рис. 5. Потенциал самоочищения ландшафтов от минеральных и органических веществ

Техногенное не фтезагрязнение почв территории Российской Федерации

и влагообеспеченными, с преобладанием в почвах легкого хрящевато-щебнистого

механического состава и широким развитием окислительных условий,

способств ующих скорому разло жению и выносу загрязняющих веществ из ландшафта.

Средние оптимальные условия с амоочищения ландшафтов от загрязняющих

веществ характерны для ландшафтов южной тайги и северной лесостепи.

Наибольшая опасность длительного загрязнения продуктами техногенеза при

пониженной устойчивости к техногенному воздействию создается на северо-востоке

Русской равнины и на большей части Западно-Сибирской низменности. Условия

разложения химических веще ств и выно са их из ландшафта зд е сь крайне

неблагоприятны в связи с широким развитием процессов мер злотного оглеения,

тиксот ропии, криогенной метаморфизации солевых растворов при высокой

способности оторфованных горизонтов болотных почв к поглощению токсичных

веществ и продуктов их трансформации.

В целом опасность остат очног о накопления про дуктов техногенеза органического

происхождения возрастает с юга на север. В пределах ландшафтных зон и провинций

экологическая опасность увеличивается: от горных районов и возвышенных равнин к

низменностям; от субаэральных ландшафтов – к супераквальным; от песчаных почв –

к суглинистым и глинистым.

ЛИТЕРАТУРА

1. Состояние окружающей среды и природных ресурсов в Нижневартовском районе:

Аналитический обзор. Ежегодник, вып. 3, 1998.

2. Государственный доклад «О состоянии промышленной безопасности опасных

производственных объектов, рационального использования и охраны недр Российской

Федерации в 1999 году». – М.: НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора

России, 2000. – 224 с.

3. Попов А.А., Соловьянов А.А. На трех китах // Нефть России, 1999, № 9.

4. Алехин В.Г., Емцев В.Т., Рогозина Е.А., Фахрутдинов А.И.. Биологическая активность и

микробиологическая рекультивыция почв, загрязненных нефтепродуктами // Биологические

ресурсы и природопользование: Сб. науч. труд. – Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. пед.

ин-та, 1998, вып. 2. – С. 95–105.

5. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов:

Практическое руководство. – Санкт-Петербург, 2000. – 248 с.

6. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Голованов Д.Л., Сахаров Г.Н. Картографическая оц енка

потенциала самоочищения почв от техногенных углеводородов на территории России /

География и окружающая среда. – М.: ГЕОС, 2000. – 492 с.

7. Зубайдуллин А.А. К вопросу реку льтивации нефтезагрязненных земель на верх овых болотах /

Биологические ресурсы и природопользование: Сб. науч. труд. Нижневартовск: Изд-во

Нижневарт. пед. ин-та, 1998, вып. 2. – С. 106–116.

8. Проблема экологической безопасности нефтегазового комплекса Среднего Приобъя // Федер.

совещ. Избранные научно-практические материалы. Нижневартовск, 17–18 февраля 1999.

9. Аренс В.Ж., Саушин А.З., Гридин О.М., Гридин А.О. Очистка окружающ ей среды от

углеводородных загрязнений. – М.: Из-во «Интебук», 1999. – 372 с.

10. Опыт ликвидации аварийных раз лив ов нефти в Усинском районе Респуб лики Коми: Материалы

реализации проекта. – Сыктывкар, 2000. – 183 с.

11. Всероссийская экологическая газета «Спасение», № 37 (233), октябрь 2001 г.

Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродукт ами

12. Природные ресурсы и экология России: Федеральный атлас / Под ред.

Н.Г. Рыбальского и В.В. Снакина. – М.: НИА-Природа, 2002. - 278 с.

13. Деградация и охрана почв / Под ред. Г.В. Добровольского. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – 654 с.

14. Снакин В.В., Алябина И.О., Кречетов П .П. Экологическая оценка устойчивости почв к

антропогенному воздействию // Изв. РАН . Сер. г еогр., 1995, № 5. - С. 50–57.