Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Иванченкова О.А. 1 Гамазин В.П. 1 Луцевич А.А. 1

---

1 ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет»

В настоящей работе приведены результаты обследования нефтезагрязненной территории, возникшей в результате аварии на магистральном нефтепроводе более 20 лет назад. Рекогносцировочное обследование территории показало, что с течением времени нефтяное загрязнение привело к угнетению лесных пород и деградации растительного покрова. На поверхности почвы отчетливо наблюдались следы нефтепродуктов. С целью определения содержания нефтепродуктов в почве были отобраны пробы грунта и проведен лабораторный физико-химический анализ отобранных проб. Отбор проб проводился в весенний период. Для контроля загрязнения нефтью и нефтепродуктами точечные пробы отбирались послойно с глубины 0–20 и 20–40 см. Обработка результатов проводилась с помощью математического моделирования с применением компьютерного программного пакета – Mathcad. Результаты исследования выявили значительное превышение содержания нефтепродуктов в почве, что наблюдалось во всех отобранных пробах. Так, содержание нефтепродуктов в почве некоторых проб превышало фоновую концентрацию, характерную для данной местности, более чем в 80 раз. Максимальное значение концентрации нефтепродуктов в почве составило 30000 мг/кг, что более чем в 5 раз превышает безопасный уровень содержания нефти и нефтепродуктов в почве. На основании полученных данных степень нарушенности нефтезагрязненных земель определяется от высокой до очень высокой. На основании полученных экспериментальных результатов нами предложены мероприятия по восстановлению нарушенных земель, заключающиеся в санации почвы с последующей биоремедиацией нефтезагрязненной территории. Предложена математическая модель, которую можно использовать для обследования почвы, загрязненной нефтепродуктами.

Статья в формате PDF

0 KB

нефтяное загрязнение

пробы почвы

нефтепродукты

деградация почв

растительный покров

концентрация

1. Барабанщиков Д.А., Сердюкова А.Ф. Экологические проблемы нефтяной промышленности России // Молодой ученый. 2016. № 26. С. 727–731.

Barabanschikov D.A., Serdyukova A.F. Ecological problems of the oil industry in Russia // Young Scientist. 2016. № 26. P. 727–731 (in Russian).

2. Подавалов Ю.А. Экология нефтегазового производства. М.: Инфра-Инженерия, 2010. 412 с.

Podavalov Yu.A. Ecology of oil and gas production. М.: Infra-Inzheneriya, 2010. 412 p. (in Russian).

3. Солнцева Н.П. Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели) // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988. C. 24–41.

Solntseva N.P. General patterns of soil transformation in areas of oil production (manifestations, main processes, models) // Restoration of oil-contaminated soil ecosystems. M.: Nauka, 1988. Р. 24–41 (in Russian).

4. ГОСТ 17.4.4.02-2017 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» от 17 апреля 2018 № 17.4.4.02-2017. М.: Стандартинформ, 2018. 12 с.

5. ГОСТ Р 54039-2010 «Качество почв. Экспресс-метод спектроскопии в ближней зоне инфракрасной области для определения содержания нефтепродуктов» от 30 ноября 2010 № 54039-2010. М.: Стандартинформ, 2018. 10 с.

6. Баранова И.М., Муравьев А.Н. Математическое моделирование. Брянск: РИО БГИТА, 2014. 214 с.

Baranova I.M., Muravev A.N. Math modeling. Bryansk: RIO BGITA, 2014. 214 p. (in Russian).

7. McGill W.W. Soil restoration following oil spills – a review. J. Canad: Petrol. Technol. 1977. V. 16. № 2. P. 60–67.

8. Вержбицкий В.В., Андрианов И.И., Полтавская М.Д. Охрана окружающей среды в нефтегазовом деле: учеб. пособие. Ставрополь: СКФУ, 2014. 97 с.

Verzhbitsky V.V., Andrianov I.I., Poltava M.D. Environmental protection in oil and gas business: manual. Stavropol: SKFU, 2014. 97 p. (in Russian).

В настоящее время добыча, переработка и транспортировка нефти стремительно развивается и вносит значительный вклад в развитие экономики страны. Но не следует забывать о том, что данная отрасль может оказывать значительное влияние на все компоненты природной среды. На каждом этапе своего развития нефтяная промышленность может оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Добыча нефти приводит к деградации почвы и загрязнению мирового океана, переработка, транспортировка – является источником загрязнения атмосферы, почвы и водных объектов, к тому же повсеместное использование углеводородов сказывается на состоянии всех компонентов природной среды, имея накопительный характер.

Загрязнение компонентов природной среды при транспортировке нефти и нефтепродуктов происходит в результате аварий на нефтепроводах, которые возникают в результате отказа механизмов, нарушения требований к эксплуатации оборудования, а также несанкционированных врезок. Как правило, такие аварии имеют залповый характер и приводят к масштабным экологическим проблемам.

«Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений: алканов, некоторых циклоалканов и ароматических углеводородов различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений, многие из которых высокотоксичны» [1].

Кроме того, нефть и ее органические соединения могут находиться в почве в парообразном, жидком подвижном и свободном неподвижном состоянии, а также в сорбированном на частицах почвы виде и в виде плотной массы на поверхности [2].

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами, возникающее в результате аварий, приводит к значительным изменениям структур биоценозов и фитоценозов, что является причиной их деградации [3]. Сельскохозяйственные угодья на длительный период времени полностью изымаются из пользования.

Нефть приводит к изменению химического состава почвы, ее свойств и структуры. Прежде всего, это оказывает влияние на гумусовый горизонт, изменяя его состав, а также затрудняет поступление влаги к корням растений, что сказывается на физиологическом развитии растений, к тому же процесс самовосстановления почвы протекает очень медленно. Исходя из этого, целью работы является оценка состояния территории, подвергшейся нефтяному загрязнению в результате аварии нефтепровода, произошедшей более 20 лет назад.

Материалы и методы исследования

Для проведения исследования был выбран участок лесного массива Злынковского района Брянской области, на территории которого, в результате прорыва магистрального нефтепровода «Куйбышев – Унеча – Мозырь-1 и 2» компании АО «Транснефть-Дружба» произошел разлив нефтепродуктов. В результате чего территория площадью около 10 га оказалась залита нефтью, что привело к масштабному загрязнению почвенного покрова. С момента аварии на нефтепроводе до момента исследования прошло более 20 лет, однако на данной территории не проводились мероприятия по рекультивации нефтезагрязненной почвы, что привело к угнетённому состоянию лесных пород и деградации растительного покрова. На поверхности почвы отчетливо наблюдались следы нефтепродуктов. Для исследования и оценки состояния почвенного покрова в 2017 г. были отобраны пробы почвы на загрязненной территории согласно известной методике [4]. Отбор проб почвогрунтов и определение массовой концентрации нефтепродуктов в отобранных пробах проводилось отделом аналитических исследований Брянского филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр лабораторного анализа и технических измерений по центральному федеральному округу», действующим на основании аттестата аккредитации № РОСС RU.0001.511747, выданного 07.12.2017 г. Для исследования отбирались пробы почвогрунта в одиннадцати определенных точках обследуемой площадки, где производилась закладка участка площадью 1х1 м с соответствующим послойным снятием грунта до глубины 10 см и последующей выемкой слоя грунта (проба) до глубины 20 см одноразовым совком из полипропилена на полиэтиленовую пленку. Вынутый грунт на месте подвергался усреднению. Последовательным квартованием проводилось взятие усредненной пробы в стеклянные емкости объемом 3 л с пришлифованными крышками. Аналогично проводился отбор пробы до глубины 40 см. Кроме того, для определения фонового содержания нефтепродуктов в почве, послойный отбор проб проводился на территории, не подвергшейся загрязнению нефтепродуктами в результате аварии магистрального нефтепровода. Координаты мест отбора проб представлены в табл. 1.

Результаты исследования и их обсуждение

На основании анализа литературных источников по данной проблеме можно сделать предположение о том, что легкие фракции нефти испаряются с поверхности разлива, оставшиеся тяжелые неиспарившиеся фракции нефти сорбируются минеральными и органическими компонентами почвенного покрова, в зависимости от гранулометрического состава и влажности грунта.

Почвы на территории района отбора проб представлены подзолистыми песчаными и супесчаными типами, на которых произрастают елово-сосновые леса, с участием мягколиственных и твердолиственных пород. Согласно единой классификационной шкале почв по гранулометрическому составу, предложенной В.И. Кирюшиным (1996), данный тип почвы включает фракции крупного и среднего песка и характеризуется высокой водопроницаемостью и низкой влагоемкостью. Исходя из этого, сорбционная способность углеводородов в единице объема почвогрунта составит 15 л/м3.

Так как разлив нефти произошёл более 20 лет назад, значительная часть нефти с поверхности почвы просочилась в нижние горизонты. Скорость и глубина инфильтрации зависят от таких факторов, как структура, состав, растительный покров, уровень грунтовых вод. В результате проведения ряда повторных измерений [5] были получены следующие данные, представленные в табл. 1.

Обработка результатов проводилась с помощью математического моделирования с применением компьютерного программного пакета – Mathcad.

Так как объект исследования оказывается под влиянием факторов, не имеющих количественной оценки, то использовался метод дисперсионного анализа, который был предложен Р. Фишером и развит Р. Йейтсом [6].

Рассмотрим влияние мест отбора проб на содержание нефтепродуктов в почве. Для этого проведем вычисление средних арифметических величин по формулам

Отсюда k0 = M – 1, kx = u – 1, k_ε = M – u.

Вычисление общей средней величины проводилось по формуле

Отсюда YCP = 8,989•10⁴.

Таблица 1

Содержание нефтепродуктов в пробах почвы

Вычисление дисперсий проводим по формулам

В результате получили

S_X2 = 7,647·10⁹ S₀₂ = 2,39·10⁹ S_ε2 = 1,482·10³.

Вычисление статистики проводилось следующим образом:

Отсюда Fb = 3,548·10⁶

В данном расчете статистики Fb критерия Фишера сравнивается со значением встроенной функции qF(p, d1, d2), используемой в Mathcad. При уровне значимости α = 0,1, величина xα = 1,904.

Корреляционное отношение находим по формуле

σ = 4,888·10⁴.

Плотность вероятностей величины загрязнения почвы нефтепродуктами в горизонтах 0–20 см и 20–40 см представлена на рис. 1 и 2.

Корреляционное отношение при исследовании содержания нефтепродуктов в горизонте 20–40 см соответствует σ = 4,733·10⁴.

Из приведенных вычислений следует, что уровень загрязнения почвы нефтепродуктами представляет величины, имеющие нормальное распределение:

– в горизонте 0–20 см 4,888·10⁴ – 3,000·10⁵;

– в горизонте 20–40 см 4,733·10⁴ – 2,800·10⁵.

Уровни содержания нефтепродуктов в почве зависят от места и глубины отбора проб.

Согласно исследованиям, проведенным МакДжилом, «при содержании нефти в почве от 20000–50000 мг/кг сухой почвы – степень нарушенности определяется от умеренной до высокой, а при содержании нефти в почве свыше 50000 мг/кг степень нарушенности определяется от высокой до очень высокой. Безопасный уровень содержания нефти в почве соответствует 5000 мг/кг» [7].

Рис. 1. График плотности вероятностей величины загрязнения почвы нефтепродуктами в горизонте 0–20 см

Библиографическая ссылка