Оглы экологическая оценка техногенно загрязненных земель нефтепромыслового района зых-говсаны и способов их комплексной очистки
На правах рукописи
Керимов Садиг Вагиф оглы ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО РАЙОНА ЗЫХ-ГОВСАНЫ И СПОСОБОВ ИХ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ Специальность - 03.02.08 – экология (биологические наук
и)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук МОСКВА – 2010
Работа выполнена на кафедре экологии Российского государственного аграр ного университета – МСХА имена К.А. Тимирязева.
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Васенев Иван Иванович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич Виталий Игоревич кандидат биологических наук, доцент Довлетярова Эльвира Анваровна
Ведущая организация: Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова.
Защита диссертации состоится 22 декабря 2010 в 1630 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аг рарном университете - МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, тел./факс. 8 (499) 976-24-92.
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А.
Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская,
Автореферат разослан «22» ноября 2010 г.
и размещен на сайте университета – www.timacad.ru
Ученый секретарь диссертационного совета О.В. Селицкая Введение Актуальность. Проблема загрязнения основных компонентов окру жающей среды нефтепродуктами традиционно является одной из централь ных задач прикладной экологии («Агроэкология», 2000;
2004;
Черников и др., 2003;
Немцов, 2007;
Васенев и др., 2010;
Раскатов и др., 2010). Нефтяные месторождения являются одним из основных природных ресурсов Азербай джана, сконцентрированы, в основном, на Апшеронском п-ове и прилегаю щей шельфовой части Каспия, и продолжают интенсивно разрабатываться в течение уже более 150 лет. В настоящее время здесь разрабатываются 37 ме сторождений на суше и 17 – на шельфе. Модуль техногенного давления неф ти и нефтепродуктов составляет около 40т/км2 (Исмаилов, 2006). За 150 летний период добычи углеводородных ресурсов на Апшеронском п-ове бы ли загрязнены нефтью и нефтепродуктами и вышли из оборота свыше 30 ты сяч гектар некогда плодородных земель (Исмаилов, 2009).
На повестке дня стоят вопросы повышения эффективности очистки нефтезагрязненных земель и минимизации экологических рисков вторичного загрязнения окружающей среды в процессе очистки. Правительством Азер байджанской Республики поставлена задача активизации работ по экологи ческой оценке и рекультивации загрязненных земель, что обусловливает вы сокую актуальность работ, направленных на системный анализ экологиче ских рисков и совершенствование технологий комплексной очистки – с уче том особенностей каждого района и участка.
Нефтепромысловый район Зых-Говсаны отличается сложной организа цией структуры почвенного покрова и комплексным характером техногенно го загрязнения, что затрудняет эффективное проведение мероприятий по очистке и возвращение в сельскохозяйственное использование нефтезагряз ненных земель.
Цель данной работы состоит в проведении комплексных экологичес ких исследований по оценке функционально-экологического качества техно генно загрязненных земель нефтепромыслового района Зых-Говсаны и спо собов их комплексной очистки.
В соответствие с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Анализ современного состояния почвенного покрова техногенно нару шенных и загрязненных земель Зых-Говсаны.
2. Исследование уровня и характера углеводородного загрязнения земель и водоемов на территории Зых-Говсаны.
3. Анализ уровня загрязнения исследуемой территории (почв, почвообра зующих пород, буровых шламов) тяжелыми металлами.
4. Оценка проблем загрязнения исследуемой территории поверхностно активными веществами.
5. Сравнительный анализ способов очистки техногенно загрязненных зе мель Зых-Говсаны с применением различных биоразлагаемых препа ратов.
Научная новизна. На основе комплексных исследований экологиче ского состояния почв, грунтов, поверхностных и грунтовых вод в нефтепро мысловом районе Зых-Говсаны выделены лимитирующие факторы и показа тели экологического качества земель. Дана комплексная оценка экологиче ского качества функциональных зон исследуемого района, с определением перечня приоритетных мер по решению проблемных экологических ситуа ций и сравнительным анализом экологической эффективности препаратов ECO-5, ЕСО-3, D-318 при физико-химической очистке нефтезагрязненных почво-грунтов техногенно нарушенных и загрязненных земель Зых-Говсаны.
Практическая значимость. Исследования проводились в рамках Комплексного плана мероприятий по улучшению экологического состояния территории Азербайджанской Республики в 2006-2010 гг. (утвержден Прези дентом Азербайджана И.Алиевым 28 сентября 2006 г), в рамках которого предусмотрены мероприятия по очистке нефтезагрязненных почв Апшерон ского полуострова. Полученные результаты исследования позволяют прогно зировать ответные реакции и устойчивость почв на нефтяное загрязнение.
Проведенное в работе ранжирование исследуемой территории по степени за грязнения и устойчивости почв позволяет рекомендовать проведение про странственно дифференцированных мероприятий по очистке загрязненных земель. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по применению наиболее эффективного и экологически безопасного в данных условиях препарата ЕСО-5 при очистки нефтезагрязненных почв.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на меж дународных (Баку 2008, 2009;
РГАУ-МСХА, 2008) научных конференциях.
Публикации. По теме работы опубликовано 9 печатных трудов, вклю чая 1 статью в рецензируемом журнале по списку ВАК РФ.
Внедрение. По результатам проведенного исследования эффективно сти применения биоразлагаемых ПАВ в 12.02.2010 года принято решение Управления экологии ГНКАР (п.п.№ 15/230) о включении препарата ЕСО- в план внедрения при реализации проектов по очистке нефтезагрязненных почв Апшеронского п-ова.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 178 стра ницах машинописного текста и структурно состоит из введения, 4 глав, за ключения и выводов, содержит 29 таблиц и 26 рисунков, включает в себя библиографию из 224 наименований, в том числе 23 на иностранных языках, и 5 приложений.
Я выражаю глубокую признательность правительствам Азербайджана и России за предоставленную мне возможность учиться и совершенствовать свои знания в России. Выражаю особую благодарность за плодотворное со трудничество и оказанную помощь ГНКАР и сотрудникам Комплексной ис следовательской лаборатории Управления экологии. Чувство особой благо дарности испытываю научному руководителю проф. Васеневу И.И. и кон сультанту проф. Исмаилову Н. М. за постоянную помощь и ценные советы во время выполнения работы. Благодарю всех преподавателей кафедры эколо гии РГАУ-МСХА за их поддержку в течение моего обучения в аспирантуре.
Искреннюю благодарность выражаю деканату по обучению иностранных студентов за их наставления во время моего обучения в аспирантуре.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. Экологические проблемы техногенного загрязнения земель в нефтепромысловых районах.
По оценкам экспертов, в мире ежегодно в окружающую среду попада ет более 45 млн. т. нефти и нефтепродуктов или 2% от ежегодной мировой добычи (Габбасова и др., 2002;
Киреева и др., 2004). Потери при добыче и хранении нефти на суше составляют 5 млн.т. в год. При переработке и транс портировки нефти теряется еще 8 млн.т. углеводородов, из которых 3 млн. т.
попадают в почву. Потери нефтепродуктов составляют до 27 млн.т. в год, из которых 9 млн.т. инфильтруются в почву (Абросимов 2002;
Сорокин 2007).
Попадая в почву, нефть может находиться в четырех основных состоя ниях (рис. 1.1). Загрязнение почвы нефтью нарушает ее стабильное функ ционирование, меняются физико-химические свойства, характер биохимиче ских процессов, подавляется активность микробиоты (Kiss, 1995, 2001;
Ки реева и др., 1996;
Margesin et al., 2000;
Исмаилов, 2006, 2009).
Состояние нефти в почве в жидком подвижном состоянии в свободной, раство ренной водной или водно-эмульсионной фазе в порах в свободном неподвижном состоянии в порах выпол няя роль цемента между почвенными частицами и агрегатами в сорбированном состоянии, связанном с органической и/или органо-минеральной массой;
в виде сплошного слоя на поверхности почвы.
Рис. 1.1. Состояние нефти в почве Локальные аварийные и многолетние технологические утечки, систе матические разливы нефтепродуктов на территории нефтехранилищ и транс портно-перегрузочных комплексов негативно воздействуют на все звенья экологической цепи: почвенный слой, поверхностные и подземные воды, геологическую среду (Трофимов, 2006;
Довлетярова, Васенев, 2008). Особая опасность нефтяного загрязнения связана с тем, что при загрязнении почво грунтов, химические соединения попадают в мобильные сферы – атмосферу и гидросферу, в которых мигрируют на большие расстояния, что приводит к формированию атмо- лито- и гидрохимических ореолов (рис. 1.2).
Атмосфера Животные Растения Почва Поверхност ные воды Грунтовые воды Нефтяное загрязнение Рис. 1.2. Пути миграции сырой нефти при загрязнении почв После разлива нефти на поверхность почвы с течением времени проис ходит испарение летучих фракций и просачивание вглубь почвенного про филя жидких фракций. В результате на поверхности почвы и в самой верхней части профиля остаются, в основном, высокомолекулярные компоненты (твердые парафины, смолы, асфальтены), а также продукты деградации неф ти (Пиковский, 1993;
Исмаилов, 2009). Все вместе они образуют на поверх ности почвы весьма устойчивые к разложению корочки, а при многократных разливах тяжелой нефти - твердые покровы. Такое «запечатывание» почвен ного профиля ухудшает водно-воздушные свойства почв, нередко приводит к заболачиванию и смене окислительно-восстановительные условий (Киреева и др., 2004) и замедляет разложение нефти, проникшей в нижележащие гори зонты. Под воздействием загрязнения нефтью существенно изменяются фи зические, химические, биологические свойства почвы, что еще раз подчерки вает совершенно особый характер этого вида загрязнения (Пиковский, 2003).
Скорость разложения, особенности миграции и распределения компо нентов нефти в почвах наряду с химической природой нефти и объемами их выбросов чрезвычайно сильно зависят от ландшафтно-геохимической обста новки и структуры природной системы, а также от свойств почв, в которые поступают загрязнения (Глазовская,1978,1997;
Солнцева, 1982, 1998;
Пиков ский, 1988, 2003;
Яшин, Карпачевский, 2010). Последний фактор имеет наи большее значение, так как почвы являются базовым компонентом ландшаф та. Сорбционные свойства почв определяют, в конечном итоге, скорость раз ложения и особенности миграции загрязняющих веществ, в том числе нефти и нефтепродуктов, в ландшафтах («Агроэкология», 2000;
Яшин и др., 2003).
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования В основу работы положены результаты четырехлетних полевых и ла бораторных исследований, проведенных в 2007-2010 гг. на территории двух старейших месторождений Апшеронского п-ова – Зых и Говсаны, располо женных на 1,5-2-километровой береговой полосе Каспийского моря, с захва том прибрежной зоны его акватории. Территория Зых-Говсаны находится в центральной и юго-восточной части Апшеронского полуострова (рис. 2.1).
Западная сухопутная граница Зых-Говсаны проходит западнее оз. Зых, за хватывая сброс из озера в море. На месторождении имеются четыре техноло гические площадки Зых-1 и. Зых-2 и Говсаны-1 и Говсаны-2 (рис. 2.1.В). Ис следования проводились на площади 4751.19 га.
Рис. 2.1. Расположение исследуемой территории и основных объектов исследования Для Апшеронского п-ова характерен сухой климат умеренно теплых полупустынь и сухих степей (Шыхлинский, 1977, 1992). Суммарная солнеч ная радиация составляет 130-135 ккал/см2 за год. Основная часть суммарной радиации (86-90 ккал/см2) поступает в течение теплого полугодия. Среднего довая температура воздуха составляет 13,5-13,70 С.
Апшеронский п-ов характеризуется сглаженным и слаборасчлененным рельефом. Это объясняется молодостью аккумулятивного рельефа и незна чительной высотой полуострова над базисом эрозии – Каспийским морем.
Благодаря аридности климата в регионе широко развиты аридно-денудаци онные, солончаково-дефляционные и эоловые формы рельефа. Склоны хреб тов, гряды и плато характеризуются ступенчатостью и наличием морских четвертичных террас. Апшеронский п-ов представляет собой юго-восточное продолжение мегаантиклинария Большого Кавказа и сложен комплексом осадочных образований мезозойской (верхний мел), палеогеновой, неогено вой и четвертичной систем мощностью до 8000-9000 м, с преобладанием песков, песчаников, алевролитов (Ширинов, 1965;
Азизов 1999). В пределах региона выделяются пять геоморфологических участков: западный;
юго западный;
центральный;
восточный и северо-западный (Талыбов 2004).
На Апшеронском п-ове имеется более 200 внутренних водоемов, часть из которых являются естественными озерами, а большинство имеют искусст венное происхождение, связанное с разработкой нефтегазовых месторожде ний. Развитие промышленности и увеличение численности населения приве ло к интенсивному строительству и образованию многочисленных поселков, зачастую не обеспеченных канализационной сетью и очистными сооруже ниями. Сточные воды этих поселков также как и промышленные стоки, ста ли сбрасываться в близлежащие водоемы, что привело к их загрязнению био генными элементами и токсичными веществами, которые содержались в промышленных стоках (Исмаилов, 2009). Гидрологические факторы опреде ляют условия разгрузки подземных вод. Причем, ведущее место занимает Каспийское море. Большое количество соленых озер питается, в основном, сбросными нефтяными и реже грунтовыми водами. Меньшее значение в их балансе имеет подпитывание пластовыми водами продуктивной толщи.
Почвы Апшеронского п-ова молодые и представлены различными по мощности и гранулометрическому составу бурыми и серо-бурыми почвами, различной степени солонцеватости и карбонатности (Волобуев, 1953;
Зейна лова 1965;
Мамедов 1969, 1989;
Салаев, 1991;
Мамедов, Исмаилов 2006). Ре зультаты их исследований указывают на исключительную бедность серо-бу рых почв территории органическим веществом, а также азотом и фосфором.
Методы исследований. В задачу исследований входило изучение по левыми, лабораторными и информационно-аналитическими методами влия ния нефтяных и сопутствующих загрязнений на эколого-функциональное со стояние почвенного покрова и других компонентов экосистем Зых-Говсаны.
Дополнительным материалом послужили отчеты Управления по экологии Государственной Нефтяной Компании Азербайджана по предыдущим этапам обследования этой территории.
Все полевые исследования были проведены в соответствии с ГОСТами:
• ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хране ние образцов, • ГОСТ 4979-49. Вода хозяйственно-питьевого и промышленного водо снабжения. Методы химического анализа. Отбор, хранение и транспорти рование проб, • ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загряз ненность.
На исследуемой территории были отобраны образцы почв на глубину до 2.5 м, пробы донных отложений из зоны аэрации и пробы воды для хими ческого анализа. Общее количество образцов составило 182 пробы. После сбора проб они помещались в холодильной установке при температуре 40С ±20С. Склянки для отбора проб воды были представлены лабораторией в стерилизованном состоянии и с предварительно наклеенными этикетками.
Пробы воды не фильтровывались на участке их сбора, в результате чего они были устойчивыми. В комплексной исследовательской лаборатории Управ лении экологии при ГНКАР проводились следующие виды анализов:
• Содержание углеводородов - хроматографическим методом с помощью газового хроматографа -AutoSystem XL («Perkin Elmer», USA, 2002);
• Определение ПАУ – хроматографическим методом с помощью хромато-масс спектрометр -TurboMass Gold («Perkin Elmer»,USA,2002);
• Определение тяжелых металлов – спектральным методом и масс де тектором -ICP-MS Agilent Technologies 7500 Series • Биологическое поглощение кислорода - БПК5 – фотометрическим ме тодом в Spektrofotometr-Lambda EZ-210;
• Химическое поглощение кислорода – ХПК – фотометрическим мето дом в Spektrofotometr-Lambda EZ-210;
• Определение ПАВ - фотометрическим методом в Spektrofotometr Lambda EZ-210;
• емкость катионного обмена - ГОСТ17.4.4.01-84;
• реакция среды (рН водн.) - ГОСТ 20841.4-75;
• содержание гумуса - по Тюрину (ГОСТ 26213-91);
• анализ гранулометрического состава, плотности сложения и твердой фазы почвы, пористости (Вадюнина, Корчагина, 1986).
Определение фитотоксичности почв проводили путем выращивания семян красного редиса на почвенных вытяжках по Гродзинскому (1991). Все лабораторные исследования проведены в 3-х повторностях, а полученные результаты обработаны статистическими методами (Доспехов, 1985;
Дмит риев, 2003). Исследования по росту и развитии микроорганизмов проводили на жидкой среде Раймонда, в качестве источника микроорганизмов исполь зовали нефтезагрязненную почву исследуемой территории Зых-Говсаны (степень загрязнения 0,3%), образец избыточного активного ила из Говса нинской станции, а также штамм нефтеокисляющих микроорганизмов № (род Pseudomonas aeruginosa) из коллекции Института микробиологии НА НА. Целью изучить биологическое разложение ПАВ, проводили культивиро вание микроорганизмов в жидкой минеральной среде. В колбы в качестве единственного источника углерода и энергии вносили три образца ПАВ. Вы ращивание осуществляли методом непрерывного культивирования на качал ке со скоростью качания 150 оборот в минуту в течение 32 часа.
ГЛАВА 3. Экологическая оценка техногенно загрязненных почв Зых-Говсаны 3.1. Морфогенетические характеристики нефтезагрязненных почв Одним из ключевых элементов комплексной оценки современной эколо гической обстановки является характер и качественное состояние почвенного покрова объекта. Территория Зых-Говсаны в почвенно-мелиоративном от ношении является очень сложным объектом. Направление почвообразования отвечает режиму, характерному для полупустынного, фрагментарного пус тынного ландшафта, что подтверждается преобладанием серо-бурых почв (табл. 3.1.1 и 3.1.2).
Опираясь на имеющиеся опубликованные схемы, классификации и но менклатуры нефтезагрязненных земель Апшеронского полуострова и в ре зультате полевых почвенных исследований на территории Зых и Говсаны, мы выделили 7 основных агроэкологических групп почв (табл. 3.1.1.).
Табл. 3.1.1. Агроэкологическая группировка почв Зых-Говсаны № Группы почв Подгруппы S, га 1 Серо-бурые непол- А. СБнпр, орошаемые, окультуренные, средне- 1223, норазвитые почвы и тяжелосуглинистые на ракушечных известняка Б. СБнпр, орошаемые, окультуренные мало- и 850, (СБнпр) среднемощные суглинистые, на плотных ра кушечных известняках.
346, В. СБ залежные (частично орошаемые), сла боокультуренные, среднемощные, суглини стые на песчаных отложениях.
155, Г. СБ слаборазвитые, залежные, слабоокуль туренные, маломощные, суглинисто супесчаные на ракушечных известняках.
Итого 2576, 200, А. СБср дефляционные маломощные легко 2 Серо-бурые слабо суглинистые на плотных ракушечных извест развитые почвы с няках выходами плотных 75, Б. СБср, скелетные, мало- и среднемощные, ракушечных из легкосуглинистые на песчаных отложениях вестняков 283, В. СБср, сильно дефляционные, маломощные, (СБср) суглинисто-супесчаные почвы с выходами ра кушечных известняков Итого 559, 120, А. СБсч.сц мощные глинистые на засоленных 3 Серо-бурые солон морских глинах.
чаковато-солонце 357, Б. СБсч.сц мощные глинисто-тяжело сугли ватые почвы нистые на морских супесчаных отложениях.
(СБсч.сц) 249, В. СБсч. среднемощные суглинистые на мор ских ракушечных песках Итого 726, 35, А. СБнпр, заболоченные, среднемощные, тя 4 Серо-бурые слабо желосуглинистые на ракушечных известняках.
развитые заболо Б. СБсрз, маломощные, легкосуглинистые на ченные почвы 95, морских песчаных отложениях.
(СБсрз) 82, В. СБсрз, солончаковатые, маломощные на морских песчано-ракушечных отложениях.
78, Г. СБсрз, солончаковатые, маломощные, на морских глинисто-ракушечных отложениях.
Итого 292, А. Слабозакрепленные глубинно - засоленные 80, 5 Непочвенные бугристо-дюнные пески.
образования Б. Прибрежные слабозакрепленные морские 110, (НпО) пески с молодыми эоловыми образованиями.
В. Выходы плотных известняковых пород 71, крутых склонов в сочетании засоленных суг линисто-супесчаных и почво грунтов.
Г. Грязевые вулканы 30, Итого 292, № Группы почв Подгруппы S, га А. Земли засоренные промышленным и хозяй- 117, 6 Земли, перерытые ственным мусором перерытые земли и засоренные мусо ром (Зпзм) Итого 117, А. Земли замазученные 49, 7 Нефтезагрязнен Б. Земли, залитые мазутом 5, ные земли В. Земли, загрязненные буровым шламом, 41, (НзЗ) пропитанные нефтью Г. Земли, заболоченные и замазученные буро- 43, выми водами Д. Земли, затопленные и замазученные нефте- 30, промысловыми - сточными водами.
Е.Земли, загрязненные нефтью – очагами 14, (вокруг буровой скважины) Итого 184, ВСЕГО 4751, Исследования показали что, большую часть исследуемой территории преобладают серо-бурые неполноразвитые почвы (52,23%). Так как эти поч вы в основном орошаемые и окультуренные, их интенсивно можно исполь зовать в сельском хозяйстве, а слабоокультуренную часть с помощью агро мелиоративных способов можно вернуть в сельское хозяйство.
Серо-бурые слаборазвитые почвы с выходами плотных ракушечных известняков составляют, 11,78% обшей исследуемой территории. В участках с данными группировками почв для предотвращения дефляции нужно поса дить лесо-полосы и можно использовать как пастбище. Серо-бурые солонча ковато-солонцеватые почвы составляют 15,3% общей территории. Эти поч вы в основном мощные глинистые и засоленные. Под регулярным наблюде нием данный участок можно использовать как пастбище.
Серо-бурые слаборазвитые заболоченные почвы составляют 6,16% об щей территории исследования. Это группа почв требует урегулирование гид рологического режима. Под постоянным наблюдением участки, с данными группировками почв можно использовать в производственных целях.
Непочвенные образования также составляют 6,16 % общей территории исследования. Основная часть данной группы почв слабо закрепленные, эо ловые образования. Участки с данной группы почв наиболее уязвимые и их можно использовать в рекреационных целях.
Земли, перерытые и засоренные мусором, составляют 2,48% общей ис следуемой территории. Сложность этих участок в том, что в этих местах из за нефтепроводов и коммуникаций вести планировку не целесообразно, так как данная группа почв в основном встречается в зонах нефтепромыслов. Пред лагается вести санацию локально.
Нефтезагрязненные земли составляют 3,89% общей исследуемой тер ритории. Эти земли преобладают в районе месторождений. Данная группи ровка почв имеет загрязнения нефтью и нефтепродуктами в разных степенях, в разных глубинах, в разных сроках загрязнения и разных составов загрязни теля. Поэтому, данная группа почв имеет особую сложность для рекультива ции. Земли замазученные (А), земли залитые мазутом (В) и земли загрязнен ные буровым шламом, пропитанные нефтью подлежать к очищению с физи ко-химическим и биологическим методом.
Земли, заболоченные и замазученные буровыми водами (Г) и земли, за топленные и замазученные нефтепромысловыми - сточными водами (Д) тре буют, в первую очередь, осушения территорий, а потом проведения биологи ческой рекультивации. Земли, очагами загрязнённые нефтью (вокруг буровой скважины) (Е) требуют особого внимания при очистке почв, так как данную территорию охватывают нефтепроводы и линии коммуникаций.
3.2. Исследования уровня углеводородного загрязнения земель Зых-Говсаны Результаты массовых обследований верхних гумусовых горизонтов почв на содержание в них нефтепродуктов показали очень высокое варьиро вание степени их загрязнения: от 0,4-1,0 % до 35-40 % (табл. и рис.3.2.1).
Функциональный анализ первичной информации проводился по двум рангам содержания нефтепродуктов: менее 10% и более 10% – исходя из эффективности непосредственного применения технологий биоремедиации.
Эти данные в дальнейшем послужили основой для выбора приоритетных технологий санации загрязненных почв исследуемой территории.
Табл. 3.2.1. Сводный анализ степени загрязнения верхних гумусовых го ризонтов почв (0-30см) нефтепродуктами на территории че тырех представительных промыслах Зых-Говсаны Распределение по степени загрязнения Про- Агроэкологи Загрязнения 10 % Загрязнения 10 % мы- ческая под- N сел группа почв N S, га S, % n S, га S, % СБср, НзЗ 1 32 20 32,50 28,40 12 16,60 23. (2В, 7Е) СБнпр, НзЗ 2 12 7 26,00 22,70 5 19,50 27. (4А, 7Г) СБсрзал, НзЗ 3 15 9 25,50 22,26 6 18,20 25. (1Г, 7В) СБнпрор, НзЗ 4 14 9 30,52 26,64 5 15,90 22. (3А, 7А) Итого 73 45 114,52 62 28 70,20 Рис. 3.2.1. Среднее загрязнение подгруп нефтезагрязненных земель нефтепродуктами, средний уровень загрязнения 180 А г/кг 140 Б В Г 40 Д Е НзЗ СБнпр Зпзм подгрупп земель Примечание: описание подгрупп А – Е для разных агроэкологических подгрупп почв приведено а табл. 3.1.1.
Одновременно исследовали степень загрязненности углеводородами нижних горизонтов почв, почвообразующих пород и грунтовых вод (табл.3.2.2;
3.2.3.). Как правило, загрязнения проявляется до глубины 0,5 1,0м, но не превышает значения ПДК. На месте аварийных разливов отмеча ется резкое увеличение содержания нефтепродуктов - вплоть до 18,6%.
Для всех исследованных скважин отмечается многократное превыше ние ПДК по содержанию нефтепродуктов в грунтовых водах в десятки раз.
На уровне тенденции отмечается повышение уровня загрязнений грунтовых вод с повышением уровня загрязнений вышележащих почв и с приближени ем грунтовых вод поверхности: максимальный уровень загрязнений отмеча ется на глубине 1,8-2м, до 100 ПДК. Отсутствие однозначных математиче ских закономерности можно объяснит сложным литологическим строением района и возможности ускоренного проникновения нефтепродуктов по при родным почвенным трещинам и зонам антропогенных нарушений.
Табл. 3.2.2. Загрязнение углеводородами нижних горизонтов почв и поч вообразующих пород Агроэкологи Скважи- Глуби- СУ* мг/кг Превышение ческая под ны на, м сухого веса ПДК, раз группа почв 1 НзЗ (7В) 1.0 410 Отсутствует 6 НзЗ (7Г) 1,0 580 Отсутствует 8 НзЗ (7Е) 0,5 18600 3, 9 НпО (5Б) 0,5 50 Отсутствует 14 НзЗ (7Г) 1,0 80 Отсутствует Табл. 3.2.3. Загрязнение углеводородами грунтовых вод Скважи- Агроэкологи- Глубина, СУ*мг/л Превышение ны ческая под- м ПДК, раз группа почв 1 НзЗ (7В) 5,2 3,28 65, 6 НзЗ (7Г) 2,0 5,01 100, 8 НзЗ (7Е) 1,8 3,38 68, 9 НпО (5Б) 3,0 1,12 22, 14 НзЗ (7Г) 6,9 3,72 74, ПДК**: 0,05 (стандарты Азербайджана и России) • СУ - сумма углеводородов.
• ПДК** - для рыбохозяйственного назначения.
Загрязненность грунтовых вод свидетельствует о том, что на исследуе мой территории степень загрязненности настолько превышает буферные свойства почво-грунтов, что углеводородные соединения могут проникать в область грунтовых вод, что ведет к их загрязнению. С другой стороны, в со ответствии с гидрорельефом территории Зых-Говсаны, загрязненные угле водородными соединениями грунтовые воды могут выклиниваться в при брежные воды Каспия, способствуя загрязнению водных систем.
Попадающие в почву нефтепродукты постепенно опускаются вниз по профилю. В месте свежего разлива наблюдается ярко выраженный аккумуля тивный характер их профилю, когда уже на глубине 1м содержание нефте продуктов мало отличается от фона (рис. 3.2.3, разрез 6).
Рис. 3.2.3. Распределение нефтепродуктов по профилю почв разных сро ков загрязнения.
экстрагируемые нефтепродукты 180 разрез 1-разлив 5-6 летней г/кг давности разрез 6-свежий разлив -0,2 -1 -2, глубина, м Степень загрязнения почв нефтепродуктами определяет степень их фи тотоксичности: всхожесть семян для незагрязненных почв составляет 93 97%, а для загрязненных – варьирует в пределах 15-26% (рис. 3.2.2).
Рис. 3.2.2. Влияние уровня загрязнении нефте-продуктами на всхожесть тест культуры (кресс салат) всхожесть семян 0.1 0,2 0,2 2,6 5,4 63,2 84,9 154,7 169,8 190,3 214,5 239 241 242,1 242,6 уровень нефтепродуктов, г/кг Наибольшей фитотоксичностью обладали почвы агроэкологической подгруппы почв нефтезагрязненные земли (НзЗ), разреза 1 (а, б, в), 2, 3, 4, 26, 27. В этих почвах лабораторная всхожесть семян кресс салат снижалась бо лее чем на 40-50%. В разрезах 7, 24 и 25 мы встречаемся с серо-бурыми не полноразвитыми почвами. В этих почвах очень низкое содержание нефте продуктов и это дает возможность активному прорастанию семян тестовой культуры. В разрезах 5 и 9 земли перерыты и засорены мусором. Содержа щиеся в них нефтепродукты поступили в почву из грунтовых вод.
3.3. Анализ уровня загрязнения тяжелыми металлами Во всех почвах исследуемой территории содержание Cd превышает норму (1,1 - 4,7 мг/кг). ПДК по Zn превышена во всех образцах (65 – мг/кг), кроме 26-го разреза с серо-бурой неполноразвитой орошаемой окуль туренной почвой. Содержание Pb в пределах нормы во всех пробах кроме 2 х разрезов (10-го и 27-го). Содержание Cr в почвах исследуемой территории варьирует в пределах 19 – 62 мг/кг. Ni также во всех почвенных пробах пре вышает ПДК. Содержание Mn во всех почвенных разрезах находится в нор ме. Наличие зон превышений ПДК тяжелых металлов в пределах незагряз ненных в целом участков объясняется выраженными процессами их боковой миграции с осаждением на почвенных геохимических барьерах (рис. 3.3.1).
Рис. 3.3.1. Экологическая оценка содержания тяжелых металлов в почва Зых-Говсаны (в отношении к ПДК) содержание тяжелых металлов в почве в отношении ПДК Cd Zn Pb 4 Cr Mn Ni НзЗ СБнпр Зпзм Агроэкологические подгруппы почв 3.4. Анализ радиационного загрязнения на территории Зых-Говсаны Согласно результатам обследования, уровень радиационных излучений на территории всех промыслов Зых-Говсаны существенно (от 5,3 до 21,4 раз) превышает предельно допустимые дозы (2,8 мР/час - при работе персонала 36 часов в неделю) и варьирует в широких пределах. Усреднение уровней из лучения в пределах промыслов значительно сглаживает их пространственное варьирование, но сохраняет яркое проявление проблемной экологической си туации по уровню радиационного загрязнения (табл. 3.4.1).
Табл. 3.4.1. Анализ усредненных значений уровня радиационных из лучений на территории Зых-Говсаны Территории Количество Показатели и оценки уровня излучений промыслов точек Пределы Количество Кратность измерений излучений, мР/ч превышений превышений ПДД ПДД* 1 Промысел 65 35-60 65 12,5-21, 2 Промысел 25 28-35 25 10-12, 3 Промысел 37 20-30 37 7,1-10, 4 Промысел 66 15-18 66 5,3-6, 3.5. Проблемы загрязнения исследуемой территории поверхностно активными веществами Результаты исследований показывают серьезную проблему загрязнения почв и водоемов ПАВ, поступающими в них при очистке трубопроводов и из сточных вод предприятий (табл.3.5.1.). При прохождении сточных вод через территорию Зых-Говсаны в эти воды сбрасывается дополнительное количе ство ПАВ. Так, в водах, отобранных с 2-го сброса сточных вод, (проба №10) содержание ПАВ превышает ПДК в 19 раз, в том же канале на входе на ис следуемую территорию - в 15 раз (проба №7). В Зыхском озере содержание ПАВ превышает ПДК в 17 раз (пробы №9 и 9-а). При этом, в очищенных сточных водах ГАС, сбрасываемых в море, а также в водах АМК содержание ПАВ не превышает ПДК, но в прибрежной зоне Зых-Говсаны содержание ПАВ превышает ПДК на 16-32%. Это является показателем того, что количе ство вносимых в морскую воду ПАВ значительно и самоочищение воды от этих соединений затруднено.
Табл. 3.5.1. Содержание ПАВ (мг/л) в водных объектах Зых-Говсаны Фактическое Превы № Места отбора содержание шение ПАВ, мг/л ПДК, раз Конец ветки магистрального Апшерон 1 0,20 ского (Тюрканского) канала Сброс в море вод с Говсанинской аэра 2 0,34 торной станции (ГАС) Конец сухого сброса после поселка Гов 3 0,41 саны 4 Сброс Зыхского озера 0,47 На границе Говсанинского коллектора с 5 1,21 исследуемой территорией Говсанинский коллектор сброса вод 6 1,47 йодового завода, в 100 м от сброса ГАС 7 Второй сброс на входе территории 7,68 Проба с Зыхского озера 8,39 Проба с Зыхского озера 8,70 17, 9-а Второй сброс нефтесодержащих сточ 10 9,64 ных вод (сброс воды идет с Карачухура) Примечание: ПДК - 0,5 мг/л ГЛАВА 4. Комплексный анализ функционально-экологического каче ства земель и оценка их способности самоочищения Результаты комплексного анализа природных факторов, определяющих устойчивость ландшафтов исследуемой территории к загрязнению сырой нефтью и их способность к самоочищению, отражены в табл. 4.1. Сопряжён ный анализ природных условий и типов ответных реакций всех компонентов природных комплексов в случае техногенного воздействия, в различных сре дах обитания на всей исследуемой территории позволяет говорить о том, что они потенциально устойчивы к воздействию нефтепродуктов и могут быть отнесены к экосистемам с высокой самоочищающей способностью. Но по тенциальная устойчивость и способность самоочищения относительно низка.
Табл. 4.1. Природные факторы, обеспечивающие устойчивость к нефтя ному загрязнению и способность ландшафтов территории Зых Говсаны к самоочищению Агроэкологические группы (подгруппы) почв Природные СБсч.сц СБср СБнпр СБсрз СБсч факторы (А,Б,В) (А,Б,В) (А,Б,В,Г) (А,Б,В,Г) (А,Б) 1.Факторы, определяющие интенсивность миграции и рассеивания нефти:
УГВ (м) выше 3 м 2-3 м 0,5-1,3м 0,6-1,2м Водный режим почв Непромывной Период. Выпотный Период.
промывной выпотный 2. Факторы, определяющие интенсивность закрепления нефти:
рН 8,1-8,6 7,8-8,2 8,0-8,3 7,9-8,2 8,3-9, ОВП окислительные условия восстановит.
ЕКО (мг.экв./100г) 20-25 12-17 18-21 13-19 16- Гумус (%) 0,74-0,92 0,70-1,05 1,33-1,56 0,97-1,30 0,65-0, Физ. глина ( %) 48,3-61,0 22,6-31,3 32,7-41,0 28,6-42,4 57,0-68, 3. Факторы, определяющие интенсивность разложения нефти:
ОЧМ (тыс./гр. почвы) 1690 2450 2860 2900 Биомасса микроорга низмов, кг/га 45 70 80 85 Биомасса нефтеокис ляющих микроорга- 40 60-62 70-75 65-70 низмов, кг/га Использование углево дородов на поддержа- 1300 1575 2540 2200-2250 600- ние, кг/год Коэффициент минера лизации (мг СО2/1кг 250-280 270-290 394-540 390-450 100- почвы/год) Поглощение углеводо родов ежегодно проду- 80-90 90-100 230-650 200-680 60- цируемой биомассой растений, гр./сутки/га 4. Факторы, определяющие чувствительность ландшафтов к загрязнению:
Структура биоценозов 5-9 3-7 15-20 20-28 3- (разнообразие видов) Полученные данные позволяют говорить о том, что в случае разливов нефти, для восстановления незасоленных и незаболоченных серо-бурых почв потребуется значительно меньше времени – по сравнению с заболочен ными и засоленными, солончаками. Для этих зон могут быть использованы и менее дорогостоящие мероприятия по рекультивации.
В настоящее время для очистки нефтезагрязненных почв наиболее час то используются физико-химические и биологические методы. Принимая во внимание масштабы загрязнения нефтепродуктами почвенного покрова Ап шеронского п-ова и систематизированные данные о средней степени загряз нения почв Зых-Говсаны нефтепродуктами было проведено функционально технологическое ранжирование территорий промыслов по приоритетным ме тодам очистки их земель от нефтепродуктов (табл. 4.2).
Табл. 4.2. Ранжирование территории Зых-Говсаны по приоритетным ме тодам очистки их почв от загрязнения нефтепродуктами Территории промыслов Приоритетные методы очистки 1 Промысел Физ.-хим. и Биотехн.
2 Промысел Физ.-хим. и Биотехн.
3 Промысел Биотехнологические 4 Промысел Физ.-хим. и Биотехн.
ГЛАВА 5. Оптимизация выбора ПАВ в технологии физико-химической очистки нефтезагрязненных почв.
Для снижения рисков техногенного загрязнения ПАВ были выбраны три наиболее перспективные марки ПАВ: Есо-5, Есо-3 и DE-318 – для прове дения сравнительной оценки их эффективности и экологичности – по выще лачиванию нефти из нефтезагрязненного грунта, фитотоксичности, влиянию на рост и развитие микроорганизмов, скорости биоразложения.
Анализ исследуемых ПАВ на образцах нефтезагрязненных почв, с вы сокой степенью загрязнения (10-20%), при температуре 50-600С и соотноше нии почва-раствор 1:15 (0,1-0,01%-ные растворы), показал наиболее высокую эффективность в вымывании остаточной нефти Есо-5 (табл. 5.1).
Результаты определения фитотоксичности образцов ПАВ (методом по Гродзинскому – табл. 5.2) показали, что все три анализируемые ПАВ не яв ляются фитотоксичными в концентрации 0,1-0,2%. При концентрации 0,5% слабую фитотоксичность проявляют Eco-5 и DE-318, сильную – Eco-3.
Табл. 5.1. Эффективность выщелачивания нефти из почвы 0,1 и 0,01% ми растворами ПАВ в лабораторных условиях Степень вытеснения нефти из почвы, % Степень за №№ Eco-3 Eco-5 DE- грязнения почвы, % 0,1% 0,01% 0,1% 0,01% 0,1% 0,01% 10 97 96 99 97 95 15 95 94 98 95 94 20 93 92 97 94 92 Табл. 5.2. Фитотоксичность различных растворов ПАВ Интенсивность прорастания семян красного ре Марка НПАВ диса (% по сравнению с контролем ) при разной концентрации ПАВ 0,1% 0,2% 0,5% 93 85 Eco- 100 97 Eco- 100 93 DE- 100 100 Дист. вода (контроль) Исследования развития микроорганизмов проводили в стационарных условиях в термостате при температуре 28-300С (7 дней культивирования в трех повторностях). Через 5 дней в чашках на твердых средах обнаружили интенсивный рост выделенных культур, что подтвердило способность мик роорганизмов использовать исследуемые образцы ПАВ в качестве источника углерода (табл. 5.3).
Исследования по динамике разложения ПАВ (рис. 5.1) показали наибо лее высокую скорость снижения концентрации Есо-5 в жидкой среде и, вме сте с результатами других исследований, наиболее высокую экологичность этого препарата. С учетом наиболее высокой эффективности и экологично сти, он был рекомендован для последующих производственных испытаний.
Табл. 5.3. Рост и развитие микроорганизмов на минеральной среде Раймонда в присутствии ПАВ Рост микроорганизмов Оценка роста Избыточный Музейная культура Почва (в баллах) ПАВ активный ил микроорганизмов № Интенсивная Толстая пленка на Толстая пленка на по Eco- мутность среды поверхности среды верхности среды Толстая пленка Толстая пленка на Интенсивная мутность на поверхности Eco- поверхности среды среды среды Интенсивная Толстая пленка на Интенсивная мутность DE- мутность среды поверхности среды среды Контроль Нет роста Нет роста Нет роста Нет роста (без ПАВ) вещество, мг 10 6 12 18 24 время, час Рис. 5.1. Динамика разложения ПАВ в жидкой среде: 1- Eco-5;
2-Есо-3;
3-DE-318.
ВЫВОДЫ 1. Комплексное исследование современного состояния почвенного по крова Зых-Говсаны (Апшеронский п-ов Азербайджана) показало широкое распространение техногенно нарушенных (27,5 %) и сильно загрязненных нефтепродуктами (3,8 %) почв. Преобладание в почвенном покрове неполно и слаборазвитых серо-бурых почв с локальными ареалами осолонцевания, за соления и заболачивания серьезно осложняют общую агроэкологическую об становку и проведение мероприятий по очистке нефтезагрязненных участков.
2. Предложенная в работе агроэкологическая группировка почв ( 7 групп и 25 подгрупп) создает информационно-методическую основу для простран ственной дифференциации первоочередных мероприятий по очистке нефте загрязненных земель, характеризующихся очень высоким разнообразием: по удельной площади загрязненных участков (от 0,4 до 40 %), уровню (с ло кальным превышением ПДК до 372 раз) и глубине их загрязнения (от 20 см на свежих разливах до 2 м и глубже – на разливах старше 5 лет).
3. Уровень загрязнения грунтовых водах исследуемой территории часто превышает ПДК в 22-100 раз. На уровне тенденции отмечается зависимость уровня загрязнений грунтовых вод от уровня их залегания и загрязнения вы шележащих почв: максимальный уровень загрязнений отмечается на глубине 1,8-2 м – до 100 ПДК. Загрязненные углеводородами грунтовые воды могут выклиниваться, в соответствии с гидрорельефом, в прибрежную зону Кас пийского моря, оказывая негативное воздействие на биологию его вод.
4. Степень фитотоксичности нефтезагрязненных почв определяется уров нем их загрязнения и агроэкологической подгруппой: всхожесть семян крас ного редиса для незагрязненных почв составляет 93-97%, а для загрязненных – варьирует в пределах 15-26 %.
5. Почвы Зых-Говсаны характеризуются повышенным уровнем загрязне ния тяжелыми металлами (Cd, Zn, Cr, Ni – в концентрациях от 3до 7 ПДК) и радиационного загрязнения (от 5 до 23 ПДД), что, в целом, свойственно поч вам в зоне влияния месторождений этой части Апшеронского полуострова и значительно осложняет рекультивацию загрязненных земель.
6. Результаты исследований показывают серьезную проблему загрязнения почв и водоемов ПАВ, поступающими в них при очистке трубопроводов и из сточных вод предприятий. В Зыхском озере содержание ПАВ превышает ПДК в 17 раз, а в прибрежной зоне Зых-Говсаны – на 16-32%. Количество вносимых в морскую воду ПАВ выше ее способности к самоочищению.
7. Системный анализ природных факторов, определяющих устойчивость почв к нефтяному загрязнению и способность их к самоочищению, показал последовательное нарастание экологической буферности серо-бурых почв Зых-Говсаны по мере улучшения их общего агроэкологического состояния:
солончаковато-солонцеватые слаборазвитые заболоченные неполнораз витые неполноразвитые орошаемые. Соотношение между ними определяет последовательность приоритетных мероприятий по их очистке: очистку 38% загрязненной нефтью территории рекомендуется начинать с физико-хими ческого метода, в наиболее благоприятных агроэкологических условиях (62%) – с биотехнологического метода (значительно удешевляет затраты).
8. Анализ исследуемых ПАВ на образцах нефтезагрязненных почв, с вы сокой степенью загрязнения (10-20%), показал наиболее высокую технологи ческую эффективность и экологичность препарата Eco-5 – по выщелачива нию нефти из нефтезагрязненного грунта, фитотоксичности, влиянию на рост и развитие микроорганизмов, скорости биоразложения.
Рекомендации.
В результате проведения лабораторных исследований 3-х марок ПАВ ус тановлена наиболее высокая технологическая эффективность и экологич ность препарата Eco-5, который рекомендован для проведения производст венных испытаний на установке ТТС в технологии физико-химической очи стки нефтезагрязненных почв Апшеронского п-ова (Предложение принято к внедрению Управлением экологии ГНКАР - п.п.№ 15/230).
Публикации:
1. Керимов С.В., Исмаилов Н.М. Опыт рекультивации почв, загрязненных нефтью в Азербайджане // Нефтяное хозяйство Азербайджана. 2007. № 7.
С. 61-64.
2. Керимов С.В., Исмаилов Н.М., Васенев И.И. Экологическая оценка совре менного состояния техногенно загрязненных земель в условиях нефтепро мыслов Апшеронского полуострова // Доклады ТСХА.Т. 280. М. 2008.
3. Керимов С.В. и др., Микробиологическая очистка участков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Научные труды. Фундаментальные науки.
№ 2,Т. YII(26). Баку, 2008. С. 43-47.
4. Керимов С.В., Ализаде Э. Фиторемедиация - новая технология восстанов ления экосистем // Методы восстановления загрязненных почв. Баку. 2008.
5. Керимов С.В., Исмаилов Н.М. Экологические критерии выбора технологий очистки нефтезагрязненных почв на Апшеронском полуострове // Нефтя ное хозяйство Азербайджана. 2008. № 3. С. 64-69.
6. Керимов С.В., Джабраилов Дж. Эколого-экономическая оценка нефтезаг рязненных земель Азербайджана // Доклады ТСХА.Т. 281. М. 2009.
7. Керимов С.В., Исмаилов Н.М., Васенев И.И. Функционально-экологичес кая оценка почв Апшеронского полуострова, загрязненных нефтепродук тами // АгроэкоИнфо. М. 2009. № 1.
8. Керимов С.В. и др., Воздействие топливно-энергетического комплекса на формирование аномально техногенных ландшафтов на Апшеронском п ове // Нефтяное хозяйство Азербайджана. 2009. № 4. С. 66-71.
9. Керимов С.В., Васенев И.И. Агроэкологическая группировка почв нефте промыслового района Зых-Говсаны // Достижения науки и техники АПК.
2010. № 9. С. 17-19.